插電式混合動力汽車解剖教具的設計

【摘 要】通過介紹插電式混合動力汽車解剖教具在中職教學的用途，以比亞迪F3DM雙模電動車為例，說明了插電式混合動力汽車的特點、工作模式及結構，并根據插電式混合動力汽車的工作原理和特點制定了解剖教具設計方案。

【關鍵詞】插電式混合動力 汽車 解剖教具 設計

【中圖分類號】G【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2015）05B-0099-03

隨著經濟的發展，中國汽車銷量持續快速增長，汽車保有量的不斷攀升導致中國石油消耗量日益升高，石油對外依存度也不斷升高。中國迫切需要發展新能源汽車，為了加快新能源汽車行業的發展步伐，中國相關部門出臺的《國務院辦公廳關于加快新能源汽車推廣應用的指導意見》提出，要貫徹落實發展新能源汽車的國家戰略，以純電驅動為新能源汽車發展的主要戰略取向，重點發展純電動汽車、插電式（含增程式）混合動力汽車和燃料電池汽車。

我國新能源汽車戰略道路已逐漸走向清晰，而混合動力汽車將成為目前的開發重點，中等職業學校也要適應社會的發展，建設新能源汽車實訓室，購買和自制新能源汽車的教學設備，開設新能源汽車相關課程，培養懂新能源汽車基本原理和基本保養維修技術的中職學生，以適應社會的需要。但是，在職業學校教學中需要的插電式混合動力汽車解剖教具在市場上沒有現成的產品，而訂制這種解剖教具價格十分昂貴，為此，學校汽車專業教師和校外汽車銷售服務公司合作，購買了插電式混合動力汽車——比亞迪F3DM雙模電動車，對該車進行解剖，并用于教學，使教學更加方便直觀。解剖前，我們根據新能源的教學用途需要，學習了該車的結構特點和工作原理，設計了整車解剖方案。

一、插電式混合動力汽車解剖教具用途

插電式混合動力汽車解剖教具可起動運行，進行起動、加速、減速、簡單故障檢測與診斷、故障模擬與排除等工況的實際操作，真實展示汽車油電混合動力結構與原理及工作過程，以滿足學校新能源汽車的如下教學需要：

1.適用于職業學校對汽車油電混合動力理論和維修實訓的實訓教學需要。

2.適用于職業學校對汽車油電混合動力模塊各單元教學需要。

3.適用于職業學校汽車理實一體化教學模式的教學需要。

4.適用于職業學校現場教學的教學模式的教學需要。

5.適用于職業學校行動導向教學模式和教學需要。

6.適用于油電混合動力各模塊的結構與原理認知、功能動態演示、故障模擬與考核、故障檢測與維修、故障診斷與排除等教學需要。

二、比亞迪F3DM雙模電動車的特點、工作模式及結構

為了更好地制作插電式混合動力汽車解剖教具，需要對這臺比亞迪F3DM雙模電動車的工作特點、工作模式和結構有一定的了解。

（一）比亞迪F3DM（Dual Mode）系統：是將汽油發動機和電機有機結合融為一體，配合動力電池，形成由電機和電機配合發動機向車輛輸出動力的兩種驅動模式。車輛可以在純電動（EV）和混合動力（HEV）這兩種模式之間自由切換。

（二）比亞迪DM系統特點：與普通的汽油車相比較，有更好的動力性能、燃油經濟性。在純電動情況下可實現噪音小，零排放的特點，還具有電機輔助回收制動能量功能。與其他混合動力汽車相比較，擁有大容量的動力電池，極大增加了純電動狀態的行駛里程。具有外接充電功能，充電采用220V交流電源，方便用戶使用。另外，該車搭載了全新的車頂太陽能電池充電系統，不僅美觀環保，而且也為驅動車輛提供了能量來源。

（三）整車高壓零部件

整車各高壓零部件如下圖所示。

（四）比亞迪F3DM發動機艙內元件分布

比亞迪F3DM的動力由一臺與排量1.0L的371QA全鋁汽油機發動機和主副兩臺稀土永磁同步電動機M1和M2組成。

（五）比亞迪DM系統工作模式

1.“EV”—— 純電動工作模式

純電動工作模式下，動力電池提供電能，由電機二驅動車輛行駛。帶檔滑行或剎車等減速工況下，電動機二不再消耗電能，相反電機反轉，回收一部分損失的動能。

2.“HEV”——混合動力工作模式

（1）混合動力工作模式A，當電池組電量不足20%底線的時候，371QA發動機起動并工作在最佳狀態，直接驅動車輛，電機一隨發動機轉動，產生電量，為動力電池充電。如果跑長途，長期處于混合動力模式，電機一在電池電量只剩50%的時候就將啟動，充電到70%停止工作。

（2）混合動力工作模式B，在需要較高動力輸出的模式下，發動機和電機二一起驅動車輛，提供更高的輸出功率。

（3）混合動力工作模式C，在電量比較低而整車需要的動力輸出也較低的模式下，發動機帶動電機一發電，但發動機不驅動車輪，電機二利用電機一發的電驅動車輛，多余的電能將存儲在動力電池內。

三、比亞迪F3DM雙模電動車解剖教具設計方案

（一）總體要求

解剖汽車用于展示汽車的組成、主要部件結構及電動汽車的基本工作原理。可以清楚地看見發動機艙、車身側圍及車門的構造結構、鋼板的厚度及前后懸掛的結構，能夠展示電動汽車動力系統的組成和基本工作過程。要求解剖汽車結構完整能開動。

（二）功能特點

1.汽車解剖模型主要總成剖示并以各種顏色區分并做防銹處理。

2.汽車解剖模型能清晰的看出各主要部件結構，一種顏色直觀看到動力傳遞路線。

3.汽車解剖模型能夠滿足汽車整車結構、基本工作原理的教學。

4.汽車解剖模型覆蓋件、內飾及漆色無明顯損傷且規定配置齊全。

5.采用LED等技術展示電池與電機間的電流流動方向，方便進行工作原理教學。

（三）解剖位置

1.解剖右前翼子板，展示前懸架的安裝位置與結構。

2.解剖右側車身，取下右側前門及右側后門，去除右側B柱，展示動力電池與電機、控制器間的線路連接。由于車頂有太陽能電池板，故車頂不解剖。

3.在動力電池與電機、控制器等部件間用LED線管展示電流流動方向，以便直觀進行教學。

4.解剖左側前、后車門，展示車門內部前后門電動車窗及防撞鋼梁結構。

5.解剖右側后翼子板，展示后懸架的安裝位置與結構。

6.解剖尾箱蓋前部，展示車載充電器、高壓配電箱和太陽能DC＼DC控制器的位置。

7.解剖儀表臺右側，展示汽車空調及安全氣囊組件。

（四）電流流動方向LED線管展示設計要求

1.“EV”—— 純電動工作模式

純電動工作模式下，動力電池提供電能，由電機二驅動車輛行駛。

流水燈設計1：汽車啟動后為EV模式，通過采集EV模式信號，低速運轉情況下，電池向電機二供電，這時LED線管展示為：電池→電機二流水燈為綠色流動。

2.“HEV”—— 混合動力工作模式

（1）混合動力工作模式A，當電池組電量不足20%底線的時候，371QA發動機起動并工作在最佳狀態，直接驅動車輛，電機一隨發動機轉動，產生電量，為動力電池充電。如果跑長途，長期處于混合動力模式，電機一在電池電量只剩50%的時候就將啟動，充電到70%停止工作。

流水燈設計2：EV模式下，只要發動機起動，同時采集到EV模式信號和發動機起動信號，則帶動電機一給電池充電，同時電池仍然向電機二供電。這時LED線管展示：電機一→電池流水燈為紅色流動；電池→電機二流水燈為綠色流動。

（2）混合動力工作模式B，在需要較高動力輸出的模式下，發動機和電機二一起驅動車輛，提供更高的輸出功率。

流水燈設計3：HEV模式汽車啟動后加速行駛情況下，同時采集到HEV模式信號和發動機加速信號，電池向電機二供電。這時LED線管展示：電池→電機二流水燈為綠色流動。

（3）混合動力工作模式C，在電量比較低而整車需要的動力輸出也較低的模式下，發動機帶動電機一發電，但發動機不驅動車輪，電機二利用電機一發的電驅動車輛，多余的電能將存儲在動力電池內。

流水燈設計4：汽車啟動后在HEV模式下起動發動機不加速，同時采集到HEV模式信號和發動機起動信號，電機一給電池充電，電池向電機二供電。這時LED線管展示：電機一→電池流水燈為紅色流動；電池→電機二流水燈為綠色流動。

四、結論

目前這臺制作好的插電式混合動力汽車解剖教具在學校汽車實訓樓一樓前廳擺放，供參觀和教學用。1.由于該解剖教具直觀實用，使很多學生對新能源汽車產生了濃厚的興趣。經學校汽車專業一些學生的試用，教師和學生反映良好。學生使用這個解剖教具時不但能夠對傳統汽車的一些結構有所了解，而且能直觀的學習插電式混合動力汽車的新知識，對插電式混合動力汽車的組成、各部件作用、工作原理能很快了解和掌握。2.在設計和制作過程中使參與其中的教師對新能源汽車有了更深的了解，教師在新能源汽車課程中使用該解剖教具時容易吸引學生聽課，使學生記憶深刻，提高教學效率。3.該車解剖后仍能保持原車的功能，便于老師設置故障和提高學生排除故障的能力。4.該插電式混合動力汽車解剖教具價格相對便宜，功能豐富，設計制作難度不高，適合各種教學模式。因此，該插電式混合動力汽車解剖教具有一定的推廣價值。

【作者簡介】鄭凱（1971- ），福建人，柳州市第一職業技術學校汽車專業教師。研究方向：汽車電氣、電控、空調和新能源汽車。

（責編 羅汝君）