一種并聯(lián)式混合動力汽車傳動系設(shè)計

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1、一種并聯(lián)式混合動力汽車傳動系設(shè)計 摘要 近年來，一些交通機(jī)構(gòu)已經(jīng)測試了配備混合動力系統(tǒng)的公交車。據(jù)報道，混 合動力系統(tǒng)在排放和燃油經(jīng)濟(jì)性能方面與傳統(tǒng)的柴油發(fā)動機(jī)系統(tǒng)相比有著顯著 的優(yōu)勢。 在本文中，我們分析了混合動力汽車的發(fā)展現(xiàn)狀以與現(xiàn)有混合動力電動客車 傳動系的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用效果，參考相關(guān)文獻(xiàn)，綜合考慮各方面因數(shù)，對城市用 并聯(lián)式電動客車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析， 并以 6120 混聯(lián)式混合動力電動客車為基 礎(chǔ)，對其傳動系統(tǒng)進(jìn)行一系列的設(shè)計。其中包括結(jié)構(gòu)設(shè)計、參數(shù)選擇、變速器設(shè) 計計算以與繪圖過程，并對各零部件進(jìn)行校核。另外還根據(jù)并聯(lián)式混合動力電動 客車的使用要求，采用類比的方法，選用合適的

2、離合器等其他總成。 關(guān)鍵詞：混合動力汽車； 6120 并聯(lián)式混合動力電動客車；傳動系統(tǒng)；變速 器設(shè)計 6120 6100 A 6120 目錄 參考文獻(xiàn) 致謝 1 緒論 1.1 引言 混合動力汽車應(yīng)是我國電動汽車產(chǎn)業(yè)化的突破口據(jù)中國汽車報報道， 根據(jù)“十五”國家 863 計劃電動汽車重大專項(xiàng)的目標(biāo)定位和技術(shù)路線， 結(jié) 合我國汽車工業(yè)

3、的發(fā)展現(xiàn)狀，一些專家認(rèn)為，混合動力電動汽車應(yīng)成為我 國電動汽車發(fā)展的重點(diǎn)和方向，并有希望率先取得產(chǎn)業(yè)化突破。從我國電 動車技術(shù)來看，目前已從實(shí)驗(yàn)室開發(fā)試驗(yàn)階段過渡到商品性試生產(chǎn)階段， 我國電動汽車研制開發(fā)基本上與國外同行處于同一起跑線上，技術(shù)水平與 產(chǎn)業(yè)化的差距比較小，目前已有一定基礎(chǔ)。在上世紀(jì) 90 年代中期已推出 電動汽車樣車，電動轎車概念車、燃料電池中型客車已經(jīng)問世。 現(xiàn)在世界上的電動汽車主要分成純電動汽車、混合動力電動汽車和燃 料電池汽車三種，專家認(rèn)為選擇混合動力電動汽車作為現(xiàn)階段我國電動汽 車產(chǎn)業(yè)化的突破口，符合我國汽車工業(yè)的發(fā)展要求。原因一是混合動力電 動汽車承接了傳統(tǒng)汽車的技術(shù)

4、，有利于對傳統(tǒng)汽車工業(yè)的改造；二是有利 于降低制造成本和有利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。 1.2 混合動力汽車的發(fā)展現(xiàn)狀 汽車工業(yè)是大多數(shù)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。美國國家工程院評出的 20 世紀(jì)最偉大的 20 項(xiàng)工程技術(shù)成就中汽車排名第二已足以說明這一點(diǎn)。 從“十五”計劃開始 , 我國汽車工業(yè)也進(jìn)入高速發(fā)展和快速增長時期。 我 國與世界各國一樣，隨著汽車產(chǎn)品與保有量的大量增加 ，由此而引發(fā)的環(huán) 境和能源問題已經(jīng)引起了國家和社會的廣泛關(guān)注。污染的嚴(yán)重和能源的匱 乏，對整個世界和各國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而言 ，無疑是一個巨大的挑戰(zhàn)和殘酷的 瓶頸。對此，必須積極尋求應(yīng)對辦法，認(rèn)真研究解決對策。 治理與改善我國

5、環(huán)境狀況的目標(biāo) 汽車尾氣排放有害物質(zhì)對城市區(qū)域大氣具有嚴(yán)重的危害 ，許多國家相 應(yīng)制定了嚴(yán)格的法律法規(guī)、規(guī)范和國家標(biāo)準(zhǔn) ，違背法律法規(guī)和不符合相關(guān) 標(biāo)準(zhǔn)的汽車在市場競爭中被淘汰出局。 當(dāng)前我國汽車工業(yè)面臨著必須達(dá) 到的兩個目標(biāo)是:①達(dá)到如表1-1所示的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)要求 表1-1美國、歐洲與中國對汽車尾氣排放有害氣體的限制法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn) 實(shí)施 年代 199 2 1994 1996 2000 2002 2005 2008 2010 美國 聯(lián)邦 法規(guī) 1990 法規(guī) 1994 法規(guī) 2004 法規(guī) 歐洲 標(biāo)準(zhǔn) 歐 I 歐U 歐川 歐W

6、 歐V 中國 14716 (1-70 93 相當(dāng)于 歐I 相當(dāng) 于歐 n 相當(dāng)于歐川 與國 際同 步 ②限制2的排放 越來越多的證據(jù)表明，汽車的2排放是破壞環(huán)境 最重要的元兇之一。 為此，聯(lián)合國“政府間氣候變化專業(yè)委員會” 對 （） 其進(jìn)行了評估，表明:1996年世界共排放2等溫室氣體200億噸，美國占 25 % ,其中汽車排放占10 % ,中國排放2占1315 % 。 1997 年12月, 全球氣候變化條約國第三次締約國會議 （3）在日本京都召幵，會議通過的 《京都議定書》限定了 2、2、甲烷等6種造成溫室的氣體的排放量如 表1-2所示。

7、 表1-2世界主要國家需要降低的排放量 歐盟 美國 日本 加拿大 8% 7% 6% 6% 議定書還規(guī)定以 1990年為基準(zhǔn)到 2012 年止,工業(yè)發(fā)達(dá)國家2排放 量要降低總量的512 %。這些數(shù)字看起來不大，但考慮到汽車數(shù)量的增加 需要減少的絕對量則相當(dāng)可觀，如日本實(shí)際要降低20 %左右。目前已有 110多個國家批準(zhǔn)了《京都議定書》，但排放2最多的美國卻拒絕執(zhí)行， 并提出排放2要實(shí)行市場化。 《京都議定書》雖對發(fā)展中國家沒有提出 具體要求，但考慮到每燃燒1汽油產(chǎn)生約3的2 ,而我國是石油消耗大國， 有不可忽視的2排放量的治理任務(wù)。 石油短缺的壓力 我國石油資源

8、短缺，已發(fā)現(xiàn)可幵采的儲量僅占世界總儲量的 4 %左右, 從1993年幵始進(jìn)口石油，并以每年兩位數(shù)字的百分比增長，2000年進(jìn)口 石油7000萬噸,成品油3000萬噸。到2005年以后，每年進(jìn)口石油將超 過一億噸，相當(dāng)于科威特一年的石油總產(chǎn)量，未來我國石油缺口更大。 我 國石油需求與產(chǎn)量如表1-3所示 表1-3我國石油需求與 億噸 年份 需求 產(chǎn)里 缺口 2000 年 2.4 1.6 0.7+0.3 2005 年 2.8 1.78 1.02 2010 年 3.6 1.89 1.71 面對如此嚴(yán)重的環(huán)境問題和嚴(yán)峻的能源現(xiàn)狀 ，世界各國都在尋找解決 的途徑，

9、經(jīng)過多年的探索，在科技界比較一致的對策是：①提高和完善內(nèi)燃 機(jī)的性能，進(jìn)一步提高內(nèi)燃機(jī)的熱效率，降低能耗，廣泛采用電噴、智能正 時可變氣閥（2i）,稀薄燃燒、壓縮直噴點(diǎn)火、改進(jìn)燃油品質(zhì)等先進(jìn)技術(shù) ：② 采用替代燃料，如水煤氣、氫、乙醇、甲醇、合成燃油 G和L等;③鼓勵 和推廣采用電動汽車（）、混合動力電動汽車（）、燃料電池電動汽車（）。目 前動力電池技術(shù)未取得突破性進(jìn)展 ，只能在城近郊區(qū)、旅游名勝區(qū)、步行 街等有限地區(qū)使用。 是利用氫、氧在常溫下產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)發(fā)電作為車 輛運(yùn)動的動能，排出的是水，為零排放，這是第一優(yōu)勢；第二優(yōu)勢是氫在 地球上儲存量很多，可以從水和生物中提取，不依賴石油

10、資源。雖然現(xiàn)在 的一些技術(shù)難題使近期批量使用還有困難 ，但這兩大優(yōu)勢注定了 是發(fā)展 的趨勢。早在1909年，就有人提出了利用內(nèi)燃機(jī)與電動機(jī)結(jié)合來克服純 電動汽車?yán)m(xù)駛里程短和充電時間長的缺點(diǎn) ，并出現(xiàn)了早期的混合動力電動 汽車，成為了從內(nèi)燃機(jī)汽車到電動汽車的一種過渡車型。 隨著技術(shù)的進(jìn) 步，電動汽車的發(fā)展呼喚新的車型。 這種車型是將技術(shù)上最先進(jìn)（即油耗 最低，排放污染最優(yōu)，體積重量最?。┑膬?nèi)燃機(jī)與一種一定容量的高性能 儲能裝置 （ 動力電池 ） 相結(jié)合 ,通過最先進(jìn)的電子控制系統(tǒng)組成電機(jī)驅(qū)動系 統(tǒng) , 這三者的最佳匹配必將大幅度地降低油耗 , 實(shí)現(xiàn)更低的排污量 , 滿足 更嚴(yán)格的排放

11、要求 , 使其成本比較接近于同類汽車的水平。 這種 將會受 到汽車工業(yè)界歡迎 , 并成為為市場接受的主流車型。據(jù)最新的資料顯示 , 日本已在美國出售 1318 萬臺混合動力電動轎車 。 總之 , 、、的發(fā)展是當(dāng) 今汽車技術(shù)發(fā)展的一個新方向 , 是尋求解決上述難題的一個有效途徑。 1.2.3 日本混合動力 / 電動汽車發(fā)展概況 日本汽車保有量占全球第二位， 由于人口密集， 國土狹小，石油 100 ％ 依賴進(jìn)口。因此，日本對 的研發(fā)十分重視。日本從 1965 年開始電動車的 研制、通產(chǎn)省正式把電動車列入國家項(xiàng)目， 1967 年成立了日本電動車協(xié) 會，促進(jìn)了電動車事業(yè)的發(fā)展， 1971 年日本通

12、產(chǎn)省就制定了電動汽車的 開發(fā)計劃， 1991 年日本通產(chǎn)省又制定了“第三屆電動汽車普與計劃”， 提出到 2000 年日本電動汽車的年產(chǎn)量達(dá)到 10 萬輛，保有量達(dá)到 20 萬輛。 2001 年 7 月，日本開展了“低公害車開發(fā)普與行動”，將 列為重點(diǎn)開發(fā) 的低公害汽車之列，并制定了專門的政策，以促進(jìn) 的普與應(yīng)用； 2002 年 提出從 2005 年開始大幅度限制尾氣排放，制定了《新長期排放限制》的 標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)備用于 2005 年以后銷售新車的一項(xiàng)排放法規(guī)； 2002 年 2 月 26 日，日本中央環(huán)境審議會大氣環(huán)境領(lǐng)域的一個專門委員會（環(huán)境大臣的咨 詢機(jī)構(gòu)）提出了一份將要納入這項(xiàng)法規(guī)的尾氣排放標(biāo)

13、準(zhǔn)的咨詢提案。這項(xiàng) 提案的內(nèi)容包括將顆粒狀物質(zhì)（）含量比現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求最大削減 85% ， 將氮氧化物（NO??）削減50%等一些內(nèi)容，該法規(guī)的實(shí)施將進(jìn)一步推動 的發(fā)展。按照目前的發(fā)展速度，預(yù)計在 2010 年將達(dá)到 210 萬輛。 豐田是全世界第一臺正式批量生產(chǎn)的混合動力車的制造者，自從 1997 年開始，就開始在日本銷售， 2000 年起便在北美、歐洲與世界各地 公開發(fā)售。目前，已經(jīng)在中國上市。到了 2001 年，豐田又在日本推出了 混合動力小貨車、使用弱混合動力的皇冠豪華小轎車和混合動力輕型貨車。 豐田商業(yè)化的車型已經(jīng)達(dá)到 5 款。為了在實(shí)現(xiàn)低排放的前提下，提高車輛 的動力性，在 2

14、003 年，豐田汽車把新一代的混合動力系統(tǒng) 引入到了第 二代的上面。在 2005 年，他把這套系統(tǒng)的使用范圍擴(kuò)展到了對動力性能 要求更高的車型上——雷克薩斯的 400h （日本名為 ）和 （日本名為 ）。 本田公司在混合動力車方面也頗有建樹， 1999 年推出“”， 2001 年推出“”。本田還在混合動力車的開發(fā)上，通過研究新型發(fā)動機(jī)、鎳氫 蓄電池等追求動力高效化；通過開發(fā)新型輕質(zhì)鋁車身、樹脂油箱等謀求車 輛的輕型化，使汽車達(dá)到每公升汽油可行駛 35 公里的世界最高水平，并 且使汽車尾氣排放達(dá)到世界最嚴(yán)格要求的標(biāo)準(zhǔn)。 1.2.4 美國混合動力 / 電動汽車發(fā)展概況 汽車工業(yè)是美國的支柱產(chǎn)

15、業(yè)，給美國帶來了繁榮昌盛，但同時也帶來 了能源危機(jī)、環(huán)節(jié)污染以與資源的浪費(fèi)。美國近年來幾乎要從國外進(jìn)口全 國消耗量一半以上的石油。為了避免受到石油危機(jī)的沖擊，美國十分重視 對混合動力汽車的研究和開發(fā)。 1976 年卡特總統(tǒng)簽署研究開發(fā)和示范法 案，授權(quán)美國能源部執(zhí)行和管理研究計劃，但是直到九十年代初電動車的 研究在美國才真正開始。 1990 年 10 月布什總統(tǒng)簽署清潔空氣法嚴(yán)格規(guī)定 了汽車排放的標(biāo)準(zhǔn)，同月加州政府也有了新的規(guī)定，即要求汽車制造商在 加州銷售的車輛中百分之二必須是零排放車輛，而當(dāng)時只有純電動汽車才 可能達(dá)到零排放車輛的要求。 1991 年美國通用汽車公司、福特汽車公司和克萊斯

16、勒汽車公司共同 協(xié)議，成立了先進(jìn)電池聯(lián)合體 ()，共同研究開發(fā)新一代電動汽車所需要的 高能電池。 1991 年 10 月與美國能源部簽訂協(xié)議，在 1991-1995 年的四 年間投資 2.26 億美元來資助電動汽車用高能電池的研究。 1993 年，美國 克林頓政府推出了新一代汽車伙伴計劃即，要求聯(lián)邦政府部門從 1993 到 1995 年度大量購買包括的替代燃油車。制訂了 10 年開發(fā)計劃，目標(biāo)是 80( 約 3100) 的低油耗汽車。 2002 年 1 月 9 日， 10 年計劃尚未結(jié)束，美國能源部部長斯潘塞 ?阿 伯拉罕在各大汽車公司首腦參加的會議上宣布，根據(jù)總統(tǒng)布什的國家能源 計劃，降

17、低美國對進(jìn)口石油依賴性，決定成立一個新的汽車研究項(xiàng)目，叫 做自由車 ( ) ，該項(xiàng)目的長期目標(biāo)是高效、價廉、無污染。研究先進(jìn)、高效 的燃料電池技術(shù)，用氫燃料作動力，不產(chǎn)生任何污染。改項(xiàng)目繼續(xù)對電動 汽車進(jìn)行專項(xiàng)研究，但是重點(diǎn)是發(fā)展氫燃料電池電動車。 按照的時間表，在1999年以前為濃縮并集中技術(shù)目標(biāo)階段，1999? 2001為生產(chǎn)概念車階段，2001?2005年為生產(chǎn)性樣車階段。在 2000 年底特律國際汽車展上福特和通用汽車公司展示了其柴油復(fù)合動力概念 車，同年 2 月 22 日，戴姆勒克萊斯勒在華盛頓國家博物館公布了其復(fù)合 動力概念車。計劃在 2002 年被終止，原因是 80 的目標(biāo)很高

18、，而研制的 新車在成本上并未取得很好的成果，不能滿足用戶在價格上的要求，也就 是說，在短時期內(nèi)不具有市場價值。更重要的是，仍然局限于用石油作為 基本能源。因此要求新項(xiàng)目在這方面有新的突破，將著眼于新一代汽車能 源，而不囿于現(xiàn)有技術(shù)和當(dāng)前燃料資源。但是起到了全球技術(shù)開發(fā)領(lǐng)頭人 的作用，從其建立和執(zhí)行情況來看，新一代汽車已經(jīng)成為跨國汽車公司和 工業(yè)國家戰(zhàn)略發(fā)展的重要內(nèi)容。 1.2.5 歐洲混合動力 / 電動汽車發(fā)展概況 (1) 法國 法國是一個缺少石油的國家，每年要從國外進(jìn)口大量石油。因此，法 國是全世界最積極研制和推廣電動汽車的國家之一。法國電力供應(yīng)充沛且 多用核能發(fā)電和水力發(fā)電，發(fā)電源干

19、凈且電價便宜，汽車工業(yè)發(fā)達(dá)。法國 政府鼓勵開發(fā)電動汽車和充分利用電力資源，在政策上給予支持，為開發(fā) 電動汽車提供資助。法國政府、法國電力公司、標(biāo)致－雪鐵龍汽車公司和 雷諾汽車公司共同承擔(dān)開發(fā)和推廣電動汽車的協(xié)議，共同合資組建了電動 汽車的電池公司， 和薩夫特 ()公司承擔(dān)電動汽車的高能電池的研究和開發(fā)， 以與電池的租賃和維修等工作。 1990 年法國標(biāo)致－雪鐵龍汽車公司所開發(fā)的 5和25 電動貨車投入生 產(chǎn)。 1995 年法國能源部、標(biāo)致－雪鐵龍汽車公司開發(fā)了標(biāo)致－ 106 和型 四座電動轎車，用雪鐵龍－型轎車改裝的電動轎車，雷諾汽車公司的型四 座電動轎車與其變型車等，并投放在羅切里市進(jìn)行

20、試驗(yàn)。 1997 年法國的 電動汽車產(chǎn)量達(dá)到 2000 輛左右。 不僅如此，法國非常鼓勵使用混合動力汽車，使法國混合動力汽車的 發(fā)展位居世界前列。四年前法國政府電力公司與汽車制造商簽訂了協(xié)議， 使全國電動汽車保有量達(dá)到 10 萬臺， 在 20 個城市推廣混合動力汽車。 法 國已有十幾個城市運(yùn)行電動汽車且有比較完善的充電站等服務(wù)設(shè)施，政府 機(jī)關(guān)帶頭使用混合動力汽車。法國政府為了鼓勵用戶使用混合動力汽車， 還宣布企業(yè)購買混合動力汽車第一年可以免稅。法國電力公司向電動汽車 生產(chǎn)廠家每生產(chǎn)一輛電動汽車提供 1 萬法郎的補(bǔ)助，以擴(kuò)大電力使用范圍。 目前，法國混合動力汽車的普與程度和保有量都位居世界前

21、列。 (2) 德國 德國政府十分重視環(huán)節(jié)保護(hù)，投入了大量的資金用于的研發(fā)， 1971 年成立了城市電動車交通公司 ()，積極組織的研究與開發(fā)。 1991 年在拜爾 州投入了 300 輛進(jìn)行運(yùn)行。拜爾州還撥 400 萬馬克，用于資助用戶車價 的 30% 購買電動汽車。另外，漢堡市也采取資助用戶車價的 25% 來鼓勵 用戶購買電動汽車。德國政府指定奔馳汽車公司和大眾合資建立的德國汽 車工業(yè)有限公司的科技開發(fā)機(jī)構(gòu)， 1992 年德國政府撥款 2200 萬馬克， 在 呂根 ()島建立歐洲試驗(yàn)基地， 組織了四大公司 62 輛各類電動車在呂根半島 城運(yùn)行試驗(yàn)，對 64 輛電動汽車和電動汽車的系統(tǒng)工程

22、進(jìn)行長達(dá) 4 年的大 規(guī)模試驗(yàn)，并有很多國家和城市都派有參加呂根島的實(shí)驗(yàn)。 1994 年展示 出了 19 種轎車， 13 種面包車， 4 種大客車，都進(jìn)入了實(shí)用階段。 20 世紀(jì) 70 年代末期，德國戴姆勒－奔馳汽車公司生產(chǎn)了一批 306 電動汽車，采 用鉛酸電池。20 世紀(jì) 80 年代初期，德國奔馳汽車公司生產(chǎn)了電動大客車， 也生產(chǎn)了商用電動汽車，奔馳公司還宣布投資 4.7 億美元研究開發(fā)燃料電 池，計劃 2005 年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。歐寶公司在 1972 年開始研制新型電動汽 車。 1981 年與公司 （現(xiàn)在的公司 ）合作研制了電動轎車。 1.2.6 我國發(fā)展概況 我國目前也非常重視混合動

23、力電動汽車的研究與開發(fā)，一些單位的起 步研究工作正在展開， 國家科技部已將其作為“十五” 重大8專63項(xiàng)的內(nèi) 容。我國有關(guān)電動汽車的研制開始于 20 世紀(jì) 90 年代。從 1996 年開始， 廣東省科委統(tǒng)一協(xié)調(diào)組織研制電動汽車，并取得了可喜的進(jìn)展。清華大學(xué) 研制了電動中型客車。中國遠(yuǎn)望 （集團(tuán) ）總公司與北京理工大學(xué)、國防科技 大學(xué)和河北勝利客車廠等單位聯(lián)合，于 1996 年 3 月研制成功了 51 座 6120 型電動大客車。 在此基礎(chǔ)上， 我國混合動力電動汽車的研制也有了一定的進(jìn)展。 1998 年，清華大學(xué)與廈門金龍公司合作研制了混合動力電動客車；同年，江蘇 理工大學(xué)承擔(dān)了江蘇省科委下

24、達(dá)的重點(diǎn)工業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目——混合動力 電動公交輕型客車 6700 串聯(lián)式混合動力的研制， 目前樣車的研制工作已 經(jīng)結(jié)束。一汽在 2001 年 4 月 19 日閉幕的第 3 屆北京國際清潔車展上 推出一款混合動力電動轎車——紅旗 7180 。該轎車是由一汽研究所、美 國電動車亞洲 7 公司、汕頭國家電動汽車試驗(yàn)示范區(qū)三方共同合作完成的， 屬串聯(lián)式結(jié)構(gòu)的中高檔車型。清華大學(xué)與沈陽金杯客車制造有限公司在 2001 年 3 月簽訂了“ 648混0 合動力電動客車的研制與開發(fā)”合作項(xiàng)目 的合同。深圳明華環(huán)保汽車有限公司于 2001 年4 月推出了混合動力電動 環(huán)保汽車 6720 ，引起社會各界關(guān)注 ;

25、該車采用的是并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)， 發(fā)動機(jī)為 87 ；電機(jī)為 312V 、充電次數(shù)大于 500 次；異步交流電機(jī)平均 功率為 36; 滿載最高車速 為 90 ; 最大爬坡度為 33 ％ ; 續(xù)駛行程可達(dá) 1080 ，純電機(jī)驅(qū)動時為 100 ；百公里等速油耗 7.69L; 乘客數(shù)為 22; 其 尾氣排放達(dá)歐洲標(biāo)準(zhǔn)，噪聲指標(biāo)也大大低于國產(chǎn)普通中巴車。東風(fēng)汽車公 司承接“ 863 ”混合動力研制項(xiàng)目現(xiàn)已完成 , 并已于最近推出混合動力電 動客車樣車，整車性能良好。我國通過國家“八五”、“九五”甚至“十 五”電動汽車的科技攻關(guān)，在方面已經(jīng)積累了一定的技術(shù)基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn) 1.3 關(guān)鍵性技術(shù)的研究 1.3.

26、1 整車能量管理系統(tǒng)和控制策略 要實(shí)現(xiàn)混合動力電動汽車性能的提高，就必須對整車，尤其是動力系 統(tǒng)進(jìn)行控制，使各個部件能夠協(xié)調(diào)工作。這一任務(wù)由整車能量管理系統(tǒng)來 完成。 (1) 整車能量管理系統(tǒng) 混合動力電動汽車的能量管理系統(tǒng)和工業(yè)上用到的復(fù)雜系統(tǒng)一樣，普 遍采用分級分布式結(jié)構(gòu)，如圖 1.1 所示。最上層為能量管理系統(tǒng)的決策單 元 (— )，統(tǒng)一協(xié)調(diào)和控制各個低端控制器； 中間一層包括多個低端控制器； 最下層為各個執(zhí)行器。能量管理系統(tǒng)的決策單元接受駕駛員輸入的指令、 各個執(zhí)行器的信息和環(huán)境信息 ,協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)的工作。 [ 能量管鋰系塩的決策單元 n CANSS 圖1.1混合動力電動

27、汽車整車能量管理系統(tǒng) （2）整車能量管理策略 混合動力系統(tǒng)的整車控制策略（能量管理策略）可以從不同的角度出發(fā) 進(jìn)行分析。無論是串聯(lián)、并聯(lián)還是混聯(lián)系統(tǒng)，控制策略要解決的問題主要 有兩個：系統(tǒng)運(yùn)行模式的切換和混合模式下功率的分配。混合動力系統(tǒng)有 多種運(yùn)行（能量流動）模式。根據(jù)不同的工況要求，以優(yōu)化各部件工作點(diǎn)為 目的，可以在這些運(yùn)行模式中進(jìn)行切換。串聯(lián)混合動力系統(tǒng)有 11種可能 的工作模式與多種模式切換策略，如發(fā)動機(jī)策略和“轉(zhuǎn)換輸出功率”策略。 并聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)行模式較少，混聯(lián)系統(tǒng)則可以設(shè)計得較多，以適應(yīng)不同的工 況。 功率分配是系統(tǒng)能量管理策略研究的關(guān)鍵。通常功率分配都被看作是 一個以減小

28、油耗和改善排放為目標(biāo)的優(yōu)化闊題，功率分配決定了混合動力 系統(tǒng)中發(fā)動機(jī)的工作區(qū)域。根據(jù)優(yōu)化程度（或者說發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)選擇方式） 的不同，目前被廣泛采用或研究的功率分配策略大體上可以分為：恒定工 作點(diǎn)策略、優(yōu)化工作區(qū)策略、優(yōu)化曲線策略、瞬時優(yōu)化策略和全局優(yōu)化策 隨著對混合動力系統(tǒng)控制策略研究的深人，諸如自適應(yīng)控制、模糊邏 輯控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制等方法也得到有效的運(yùn)用。這些方法可以改善實(shí) 時控制的性能，提高對各種工況的適應(yīng)能力。 1.3.2 子系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 為了充分發(fā)揮混合動力系統(tǒng)的潛力，應(yīng)當(dāng)對部件進(jìn)行優(yōu)化，使其適應(yīng) 混合動力系統(tǒng)的工作特點(diǎn)。 (1) 電池和電池管理系統(tǒng) 一般情況下，混合動力

29、系統(tǒng)的動力電池進(jìn)行的是頻繁、淺度的充放電 循環(huán)：在充放電過程中， 電壓、電流可能有較大變化。 針對這種使用特點(diǎn)， 混臺動力系統(tǒng)對電池有如下幾方面的特別要求： ① 大功率充放電的能力。質(zhì)量比功率和體積比功率是衡量電池快速 放電能力的指標(biāo)，相對于能量要求，混合動力系統(tǒng)的電池對比功率的要求 更高。同時，混合動力系統(tǒng)在制動能量回收或低功率調(diào)峰時要求電池能夠 在短時間內(nèi)接受大量的能量，目前的高功率電池往往存在快速充電接受能 力差的問題。提高電池快速充電接受能力比提高電池的比功率更加緊迫和 關(guān)鍵。 ② 充放電效率。混合動力電動汽車中內(nèi)燃機(jī)發(fā)出的相當(dāng)一部分能量 須經(jīng)歷充電——放電的能量循環(huán)， 高的充放電

30、效率對保證整車效率具有至 關(guān)重要的作用。 ③ 混合動力系統(tǒng)的電池應(yīng)當(dāng)在快速充放電和充放電過程變工況的條 件下保持性能的相對穩(wěn)定?；旌蟿恿ο到y(tǒng)使用條件下能達(dá)到足夠的充放電 循環(huán)次數(shù)也是對電池的基本要求。 此外，作為車用動力電池，還有一些基本要求：電壓、質(zhì)量比能量和 體積比能量、免維護(hù)性以與成本。 發(fā)展的其它儲能技術(shù) ① 飛輪電池 飛輪電池有比能量高、比功率大、充電快、壽命長、無污染等優(yōu)點(diǎn)， 但目前技術(shù)難度和成本都較高。 ② 超級電容 超級電容雖然能量密度較低，卻擁有很高的功率密度，能在瞬時提供 很大的電流和功率，同時壽命長、效率高、充電快，是混臺動力系統(tǒng)中很 有前途的一種瞬時供能裝置

31、。 電池管理系統(tǒng) 電池管理系統(tǒng)是整車能量管理系統(tǒng)的一部分整車能量管理策略的實(shí) 施要依賴電池管理系統(tǒng)對電池狀態(tài)的判別和對電池性能的維護(hù) 電池管理 系統(tǒng)的主要功能有：防止電池過充電或過放電；判定荷電狀態(tài)：選擇適當(dāng) 的充電或放電模式； 對電池進(jìn)行均衡充電； 控制并平衡電池組的工作溫度。 (1) 電驅(qū)動系統(tǒng) 對電驅(qū)動系統(tǒng)的要求： ① 串聯(lián)系統(tǒng)對驅(qū)動電機(jī)的要求與純電動車相似，發(fā)電機(jī)則要求小體 積、高效率、控制性能良好。 ② 并聯(lián)和混聯(lián)系統(tǒng)要求電機(jī)能適應(yīng)頻繁的起停和電動 / 發(fā)電狀態(tài)之間 的切換。在并聯(lián)系統(tǒng)“輕度復(fù)合”的結(jié)構(gòu)中，電機(jī)功率要求較小，可采用 與發(fā)動機(jī)曲軸同軸的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步減小了電

32、機(jī)尺寸和質(zhì)量。目前發(fā)展中的 “ 42 V 系統(tǒng)”實(shí)際上就是一種“輕度復(fù)合”方案： 目前適合使用的電驅(qū)動 系統(tǒng)主要是異步電機(jī) (感應(yīng)電機(jī) )驅(qū)動系統(tǒng)和永磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng) (3) 動力復(fù)合裝置 在并聯(lián)和混聯(lián)系統(tǒng)中，機(jī)械的動力復(fù)臺裝置是耦合發(fā)動機(jī)和電機(jī)功率 的關(guān)鍵部件。 它不僅具有很大的機(jī)械復(fù)雜性， 而且直接影響整車控制策略， 因而成為混合動力系統(tǒng)開發(fā)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。目前采用的動力復(fù)合方式有轉(zhuǎn) 矩復(fù)合、速度復(fù)合和雙橋動力復(fù)合。 (4) 混臺動力系統(tǒng)專用發(fā)動機(jī) 系統(tǒng)中，由于發(fā)動機(jī)的工況可以控制在一定范圍內(nèi)，因而可以進(jìn)行優(yōu) 化設(shè)計進(jìn)一步提高其燃油經(jīng)濟(jì)性，降低排放。 ① 對內(nèi)燃機(jī)的改進(jìn) 目前采用內(nèi)

33、燃機(jī)的混合動力系統(tǒng)基本上都對其發(fā)動機(jī)進(jìn)行了重新設(shè) 計或重大改進(jìn)。例如豐田的 1.5 L 汽油機(jī)采用的高效率、高膨脹比、工作 循環(huán)、緊湊型傾斜式擠氣燃燒室以與鋁合金缸體。其主要目的是追求高效 率而不是高功率。由于電機(jī)承擔(dān)了功率調(diào)峰的作用，發(fā)動機(jī)町以舍棄非經(jīng) 濟(jì)工作區(qū)的性能而追求經(jīng)濟(jì)工作區(qū)的更高效率。 ② 混合動力系統(tǒng)中使用的其它熱機(jī) 混合動力電動汽車還可以選用燃?xì)廨啓C(jī)、斯特林發(fā)動機(jī)或燃?xì)獍l(fā)動機(jī) 等其它熱機(jī)，利用它們各自的優(yōu)勢，可以構(gòu)成不同特點(diǎn)的混合動力系統(tǒng)。 1.4 本課題的研究內(nèi)容 (1) 并聯(lián)式混合動力電動汽車傳動系的特點(diǎn)分析 (2) 6100 并聯(lián)式混合動力電動汽車傳動系的設(shè)計

34、2 并聯(lián)式混合動力電動汽車傳動系的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析 2.1 混合動力汽車動力傳動系布置方案 由于混合動力汽車采用 2 種動力源作為動力裝置 , 它的各個組成部件、 布置方式與控制策略的不同 , 因而形成了各式各樣的結(jié)構(gòu)型式?；旌蟿恿?汽車的分類方法也有多種。根據(jù)動力源的數(shù)量與動力傳遞方式的不同 , 分 為串聯(lián)型、并聯(lián)型和混聯(lián)型 ; 根據(jù)發(fā)動機(jī)和電機(jī)的功率比的大小 , 分為里 程延長型、動力輔助型和雙模式型 ; 根據(jù)發(fā)動機(jī)運(yùn)行模式的不同 , 分為發(fā) 動機(jī)開 / 關(guān)模式和發(fā)動機(jī)連續(xù)運(yùn)行模式 ; 根據(jù)發(fā)動機(jī)和電動機(jī)是否布置在 同一軸線上 , 分為單軸式和雙軸式 ; 根據(jù)蓄電池組的荷電狀態(tài) ( ) 的

35、變 化情況 , 又可分為荷電消耗型和荷電維持型。 2.2 并聯(lián)式 動力傳動系 并聯(lián)式 動力傳動系 ( , 又稱 ) 的結(jié)構(gòu)組成如圖 2.1所示。在并聯(lián)式 動 力傳動系中 , 發(fā)動機(jī)與電動機(jī)可以分別獨(dú)立地為汽車驅(qū)動輪提供動力 , 沒 有串聯(lián)式 動力傳動系中的發(fā)電機(jī) , 因此更像傳統(tǒng)的汽車動力傳動系 , 并 具有了許多顯著的優(yōu)點(diǎn) : ① 由于發(fā)動機(jī)的機(jī)械能可直接輸出到汽車驅(qū)動 橋 , 中間沒有能量的轉(zhuǎn)換 , 與串聯(lián)式布置相比 , 系統(tǒng)效率較高 , 燃油消耗 也較少。 ② 電動機(jī)同時又可作為發(fā)電機(jī)使用 , 系統(tǒng)僅有發(fā)動機(jī)和電動機(jī)兩 個動力總成 , 整車質(zhì)量和成本大大減小。 ③ 假定汽車所要求的最

36、大功率為 P ,則每臺動力總成的功率總和往往是在 P?2P之間，由于設(shè)備功率較 小，所需的設(shè)備費(fèi)用也較小。但由于發(fā)動機(jī)與車輛驅(qū)動輪間有直接的機(jī)械 連接，發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況不可避免地要受到汽車具體行駛工況的影響 ，要維 持發(fā)動機(jī)在最佳工作區(qū)工作，則控制系統(tǒng)和控制策略較復(fù)雜 圖2.1 并聯(lián)式動力傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 2.3 并聯(lián)式動力傳動系結(jié)構(gòu)分析 231 轉(zhuǎn)速合成式動力傳動系 轉(zhuǎn)速合成式動力傳動系的動力合成裝置為轉(zhuǎn)速合成裝置 ，其工作原 理如圖2.2所示 轉(zhuǎn)跆戎髓如血＞ 圖2.2轉(zhuǎn)速合成裝置

37、工作原理簡圖 如果用i1、i2分別表示轉(zhuǎn)速合成裝置對應(yīng)于 1輸入、2輸入的機(jī)械 傳動比，則存在下述關(guān)系式： (2-1) Vin1 Vin2 Vout (2-2) 式中 T、V ――扭矩和轉(zhuǎn)速 、 輸入和輸出 此結(jié)構(gòu)有2套結(jié)構(gòu)機(jī)械變速器，內(nèi)燃機(jī)和電動機(jī)各自與一套變速結(jié)構(gòu) 相聯(lián)，然后通過齒輪進(jìn)行復(fù)合。在此種結(jié)構(gòu)中 ，可以通過變速機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)內(nèi) 燃機(jī)、電動機(jī)之間的轉(zhuǎn)速關(guān)系，使發(fā)動機(jī)的工況調(diào)節(jié)變得更靈活。此種結(jié) 構(gòu)目前是最有生命力的結(jié)構(gòu)，主要采用行星差動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。 行星齒輪動力復(fù)合機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)多個部件轉(zhuǎn)速的復(fù)合，即各個部件 間的轉(zhuǎn)矩保持一定的比例關(guān)系。這種功率復(fù)合形式被稱為速度復(fù)合

38、。行星 機(jī)構(gòu)有2個自由度，通過不同離合器和制動器的作用，可以實(shí)現(xiàn)單自由度、 固定傳動比的傳動。 在此機(jī)構(gòu)中發(fā)動機(jī)與行星架相聯(lián)，通過行星齒輪將動力傳遞給外齒圈 和太陽輪，齒圈軸與電動機(jī)和傳動軸相聯(lián)，太陽輪軸與發(fā)電機(jī)相聯(lián)。動力 分配裝置將發(fā)動機(jī)大部分轉(zhuǎn)矩直接傳遞到驅(qū)動軸上 ，將另一小部分轉(zhuǎn)矩傳 給發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能根據(jù)指令給電池充電或用于電動機(jī)以增加驅(qū) 動力。 通過對行星機(jī)構(gòu)的變速比和受力分析可以得到 (1 + ?? ???= ??????+ ??? ??????= (1 + 1??? ????= (1 + ?? ??? ??? = ??? ???= ??? + ???= ?

39、?? + ????？(1 + ?? {???= ??????= [(1 + ?? ????- ?? ???]??? (2-3) 式中 p——太陽輪齒數(shù)與齒圈齒數(shù)之比 (0< p < 1) ??? ?辦？?、???、???——分別為發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、齒圈、電機(jī)和驅(qū) 動軸的轉(zhuǎn)速 ??? ??? ??? ???、??? 分別為發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、齒圈、電機(jī)和驅(qū)動 軸的轉(zhuǎn)矩 K 齒圈與驅(qū)動軸間的傳動比 這種結(jié)構(gòu)可以通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生變化 ，此外，發(fā) 動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與作用在齒圈上的轉(zhuǎn)矩是成一定比例的 ，傳到驅(qū)動軸上的轉(zhuǎn)矩 是從齒圈上得到的轉(zhuǎn)矩和電動機(jī)發(fā)出的轉(zhuǎn)矩 (為負(fù)時代表制動

40、能量回收) 的和，這種結(jié)構(gòu)可以有非常靈活的控制策略 ，可實(shí)現(xiàn)對混合動力能量流的 最優(yōu)控制。目前，應(yīng)用這種結(jié)構(gòu)最成功的是豐田公司 的驅(qū)動系統(tǒng)。 扭矩合成式動力傳動系 扭矩合成式動力傳動系的動力合成裝置為扭矩合成裝置，其工作原 理如圖2.3所示 益益|血合雌置 圖2.3 扭矩合成裝置工作原理圖 如果用？？ ？?分別表示扭矩合成裝置對應(yīng)于1輸入、2輸入的機(jī)械傳 動比，則存在下述關(guān)系式 Tout = il °Tin1 + i2 Tin2 (2-4) M)ut Vin1 + Vin2 il 12 (2-5) 由于兩動力總成通過扭矩合成裝

41、置(嚙合齒輪傳動、鏈傳動、傳動帶 與T傳動等)直接驅(qū)動車輛，因此它們的輸出特性總和應(yīng)能滿足車輛的 牽引需求，否則，應(yīng)在傳動系中適當(dāng)?shù)奈恢貌贾米兯傧?。另外，由于所采?的扭矩合成裝置結(jié)構(gòu)以與傳動軸數(shù)目的不同，扭矩合成式動力傳動系又 具有以下幾種典型的結(jié)構(gòu)型式。 (1) 單軸扭矩合成式 動力傳動系 如圖2.4所示， 圖2.4單扭矩合成式動力傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 發(fā)動機(jī)通過主傳動軸與變速器相聯(lián)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩通過齒輪與內(nèi)燃 機(jī)的轉(zhuǎn)矩在變速器前進(jìn)行復(fù)合，傳到驅(qū)動軸上的功率是兩者之和。關(guān)系式 如下： {???= (???+ ?? ????) ??? { ???= ???= ?????? (

42、2-6) 式中??? ???、??分別為發(fā)動機(jī)、電動機(jī)和變速器輸入轉(zhuǎn)矩 ??? ??? ???――分別為變速器輸入軸轉(zhuǎn)速、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和電動機(jī)轉(zhuǎn) 速 n、K ―― 傳動效率和傳動比 在此結(jié)構(gòu)中，發(fā)動機(jī)、電動機(jī)和變速器輸入軸之間的轉(zhuǎn)速成一定的比 例關(guān)系，隨著路況和車速的變化，這些轉(zhuǎn)速會隨著變化。輸出轉(zhuǎn)矩的變化 ， 可以通過式中的轉(zhuǎn)矩關(guān)系，在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩保持恒定的條件下，通過調(diào)節(jié)電 動機(jī)的轉(zhuǎn)矩而獲得。 (2)雙軸扭矩合成式動力傳動系 依據(jù)變速箱的具體位置不同，雙軸扭矩合成式 動力傳動系具有2種 布置方案,分別如圖2.5、圖2.6所示。在圖2.5中，變速箱布置于動力元 件和扭矩合成裝置

43、之間,變速箱的具體選擇可以是多速、 單一速比或T傳 動,變速箱幾種可行的組合方案確定的傳動系特點(diǎn) ，如表2-1所列。 矩合成裝置」 圖2.5雙軸扭矩合成式動力傳動系統(tǒng)之一 圖2.6雙軸扭矩合成式動力傳動系統(tǒng)之二 在圖2.6中，變速箱布置于扭矩合成裝置與主減速器之間 ，變速箱的 設(shè)置同等比例地提高了內(nèi)燃機(jī)和電動機(jī)的輸出扭矩 ，改善了汽車的動力性 能，使系統(tǒng)采用小型內(nèi)燃機(jī)和電動機(jī)成為可能。 表2-1 雙軸扭矩合成式動力傳動系之一中變速箱選擇方案對比 變速箱1 變速箱2 動力傳動系特點(diǎn) 多前進(jìn)檔變速箱 多前進(jìn)檔變速箱 提咼了整車的加

44、速能力 和爬坡能力；提咼了驅(qū) 動系的總效率；傳動系 復(fù)雜，難于同時控制內(nèi) 燃機(jī)、電動機(jī)和變速箱 多前進(jìn)檔變速箱 單前進(jìn)檔變速箱 仍充分利用了牽引電機(jī) 的恒功率特性并改善了 內(nèi)燃機(jī)的扭矩特性；提 咼了內(nèi)燃機(jī)的效率，減  小了電動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動汽 車的車速范圍，從而減 少了電池組的放電量。 單前進(jìn)檔變速箱 單前進(jìn)檔變速箱 驅(qū)動系的結(jié)構(gòu)和控制都 比較簡單；汽車的行駛 功率需求難于同時滿 足，因此其動力元件參 數(shù)的選擇應(yīng)充分考慮汽 車的動力性需求。 233 牽引力合成式動力傳動系 牽引力合成式 動力傳動系的具體結(jié)構(gòu)如圖2.7所示。發(fā)動機(jī)和電動機(jī) 控制器一電動機(jī) 之間無

45、任何機(jī)械連接，它們通過各自的傳動軸分別驅(qū)動車輛的前輪和后輪。 內(nèi)祗機(jī) [ 變速馳1 圖2.7牽引力合成式動力傳動系 該動力傳動系的顯著優(yōu)點(diǎn)是:汽車的驅(qū)動力由2個驅(qū)動軸承擔(dān)，因此 作用于每一驅(qū)動軸上的驅(qū)動力不會超出其輪胎地面附著極限 ；在標(biāo)準(zhǔn)的混 合模式下，汽車主要由發(fā)動機(jī)驅(qū)動；在“零排放”模式下只使用電動機(jī)驅(qū) 動；當(dāng)汽車需要加速或爬坡，發(fā)動機(jī)和電動機(jī)同時驅(qū)動；該種結(jié)構(gòu)的混合 動力汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性和動力性均超過了傳統(tǒng)汽車 , 但由于電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng) 與內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)分離 , 結(jié)構(gòu)不緊湊 , 給動力傳動系的具體布置帶來困難。 本設(shè)計選用的是單軸扭矩合成式 動力傳動系結(jié)構(gòu)。 3 6120

46、 并聯(lián)式混合動力大客車總體設(shè)計 3.1 基本原理 混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中并聯(lián)式結(jié)構(gòu)的實(shí)質(zhì)是在傳統(tǒng)汽車中加裝一套電 力驅(qū)動裝置，本設(shè)計選用的是單軸扭矩合成式 動力傳動系結(jié)構(gòu)，其基本 結(jié)構(gòu)如圖3.1 0 r發(fā)動機(jī)I H 1耦合器? 電動機(jī) 圖3.1 并聯(lián)系統(tǒng)驅(qū)動布置圖 該系統(tǒng)利用發(fā)動機(jī)和電機(jī)共同驅(qū)動車輪，由于發(fā)動機(jī)與驅(qū)動車輪之間 直接相連，所以發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)受驅(qū)動工況的影響 ?該系統(tǒng)不需要發(fā)電機(jī)， 因此提高了能量轉(zhuǎn)化效率。 由于電機(jī)的數(shù)量和種類的不同、 變速裝置類型的多樣、部件的數(shù)量（如 離合器的數(shù)量）和位置關(guān)系（如電機(jī)和離合器的位置關(guān)系）的差別，并聯(lián) 式結(jié)構(gòu)具

47、有明顯的多樣性。 并聯(lián)式結(jié)構(gòu)中發(fā)動機(jī)和電動機(jī)是相互獨(dú)立的：可以只利用發(fā)動機(jī)進(jìn)行 驅(qū)動，此時發(fā)動機(jī)富余的功率還可以通過動力復(fù)合裝置和電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能， 對電池進(jìn)行充電；在高速運(yùn)行和加速是，可以利用動力復(fù)合裝置對發(fā)動機(jī) 和電動機(jī)的輸出動力進(jìn)行疊加。在市郊和城間運(yùn)行時，汽車經(jīng)常處于高速 平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)，而且對排放沒有苛刻要求，并聯(lián)式動力系統(tǒng)可以關(guān)閉效率 較低、經(jīng)常對電池進(jìn)行管理的電驅(qū)動部分從而使系統(tǒng)具有更好的經(jīng)濟(jì)性。 在并聯(lián)式動力傳動系中，發(fā)動機(jī)與電動機(jī)可以分別獨(dú)立地向汽車驅(qū)動 輪提供動力，沒有串聯(lián)式 動力傳動系中的發(fā)電機(jī)，因此更像傳統(tǒng)的汽車 動力傳動系，并具有了許多顯著的優(yōu)點(diǎn):①由于發(fā)動機(jī)的機(jī)械能

48、可直接 輸出到汽車驅(qū)動橋，中間沒有能量的轉(zhuǎn)換，與串聯(lián)式布置相比，系統(tǒng)效率 較高，燃油消耗也較少。② 電動機(jī)同時又可作為發(fā)電機(jī)使用，系統(tǒng)僅有發(fā) 動機(jī)和電動機(jī)2個動力總成，整車質(zhì)量和成本大大減小。③假定汽車所要 求的最大功率為P ,則每臺動力總成的功率總和往往是在 P?2P之間， 由于設(shè)備功率較小，所需的設(shè)備費(fèi)用也較小。但由于發(fā)動機(jī)與車輛驅(qū)動輪 間有直接的機(jī)械連接，發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況不可避免地要受到汽車具體行駛工 況的影響，要維持發(fā)動機(jī)在最佳工作區(qū)工作，則控制系統(tǒng)和控制策略較復(fù) 雜。 3.2汽車軸數(shù)、驅(qū)動形式、布置形式的選擇 321確定汽車類型 由汽車的設(shè)計型號 6120，查文獻(xiàn)確定該車屬于總長

49、度為 12m的客 車。一般客車按照長度可分為：大型客車、中型客車、輕型客車、微型客 車。如圖表3-1所示。因此，該設(shè)計車型屬于大、中型客車，預(yù)設(shè)載客量 50?60 人，總質(zhì)量約 15000。 表3-1客車分類 車身總長度(m) 客車類型 > 10 大型客車 7?10 中型客車 3.5 ?7 輕型客車 < 3.5 微型客車 322確定軸數(shù) 根據(jù)國家道路法規(guī)規(guī)定，單軸最大允許軸載質(zhì)量為 10 t，又因該車總 質(zhì)量小于19 t，故采用兩軸方案。另外，兩軸方案有結(jié)構(gòu)簡單、制造成本 低廉等優(yōu)點(diǎn)。 驅(qū)動形式 根據(jù)汽車用途與最大總質(zhì)量，確定采用 6 X 4驅(qū)動形式。

50、 布置形式 綜合各種客車布置形式的優(yōu)缺點(diǎn)，確定采用發(fā)動機(jī)后置后橋驅(qū)動布置。 3.3汽車主要參數(shù)確定 整體式客車總長一般不超過 12000 ，根據(jù)設(shè)計要求并參照福田 61231混合動力城市客車參數(shù)， 可選定所設(shè)計的客車總體參數(shù): 3.3.1 外廓尺寸 總長 L?? = 12000 總寬 B?? = 2550 總咼 H?? = 3150 3.3.2 一般參數(shù) 軸距 L： L = 5450 輪距B :前輪距為2098，后輪距為1840 前懸L??：取2670 后懸L??：取3445 3.3.3 軸荷分配 對于6 X 4驅(qū)動、后輪雙胎： 滿載前軸 1925% ，后軸

51、7581% ；空載前軸 3137% ，后軸 6369% 取滿載時， 前軸： 1795 0 X 25% = 4500 后軸： 1795 0 X 75% = 13500 空載時， 前軸： 13700 X 37% = 5069 后軸： 13700 X 63% = 8631 3.4 汽車輪胎的選擇 根據(jù)汽車的用途與軸荷、最高車速并參考同類汽車，查 9744 —1997 選取 輪胎規(guī)格為 7.50—15 的子午線輪胎， 前后輪胎分別選用 275/70R22.5 、 295/80R22.5 。 該型號輪胎主要參數(shù)： 新胎充氣后 前胎： 斷面寬度 B： 275 輪輞直徑D: 22.

52、5英寸 咼寬比：70% 后胎： 斷面寬度B: 295 輪輞直徑D: 22.5英寸 高寬比：80% 綜合以上將本設(shè)計所選參數(shù)列表如下: 車輛名稱：6120并聯(lián)式混合動力客 車 車輛類別：客車 總質(zhì)量（）:17950 外型尺寸(長X寬X高)(): 1200 0 X 2550 X 3150 整備質(zhì)量（）：13700 燃燒種類：柴油 額定載客（含駕駛員）（人）： 95/23-46,95/23-40 前懸 / 后懸():2670/3445 接近角/離去角（° 7/）7： 軸荷：6450 11500 軸距（）：5450 最咼車速（）：80 軸數(shù)：2 彈簧片數(shù)：

53、4/5, — / — 輪胎數(shù)：6 輪胎規(guī)格：275/70R22.5 ; 295/80R22.5 前輪距：2098 后輪距：1840 4 6120并聯(lián)式混合動力電動汽車傳動系參數(shù)的設(shè)計 4.1發(fā)動機(jī)功率的選擇 混合動力汽車動力傳動裝置參數(shù)（包括發(fā)動機(jī)功率、電動機(jī)功率、傳動 系速比等），對車輛的動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能有顯著影響?；旌蟿?力汽車動力傳動系主要有并聯(lián)式和串聯(lián)式兩種典型結(jié)構(gòu)。本設(shè)計主要針對 并聯(lián)混合動力汽車傳動系進(jìn)行參數(shù)選擇和匹配分析。發(fā)動機(jī)功率的選擇對 并聯(lián)混合動力傳動系的設(shè)計至關(guān)重要。發(fā)動機(jī)功率偏大，車輛燃油經(jīng)濟(jì)性和 排放性能就差；發(fā)動機(jī)功率偏小，后備功率就小，

54、電動機(jī)只有提供更多的驅(qū)動 功率,才能滿足一定的車輛行駛性能要求 ，這勢必引起電動機(jī)和電池組容 量取值的增大和車輛成本的增加。另外 ，電池組數(shù)目增多，在車輛上布置困 難，車重增加，僅依靠發(fā)動機(jī)的富裕功率難以維持電池組的額定電量 ，限制了 車輛的續(xù)行里程。由于并聯(lián)混合動力汽車通常都采用由發(fā)動機(jī)提供車輛平 均行駛功率，由電動機(jī)提供峰值功率的控制策略 ，因此其功率值的選擇主要 應(yīng)考慮車輛勻速行駛時的功率需求，通常按下式初選發(fā)動機(jī)最大功率 1 ?初？？？ ? ?*??????歸（?？？？?？忌）?? （4-1） 式中？??????為發(fā)動機(jī)最大功率；??為車輛最大行駛速度80 ; ??為空

55、氣 阻力系數(shù)客車取0.6?0.7; A為迎風(fēng)面積，Ba XHa8.03 m2; m為整車質(zhì) 量17950; n為傳動系效率取0.9； f為滾動阻力系數(shù)取0.0195 。 故 P?? =126.7 上式所求？??????應(yīng)為發(fā)動機(jī)裝有全部附件下測得的最大有效功率或凈 輸出功率。它比一般發(fā)動機(jī)外特性低 1220%。即： P??=141.9 ?152.04 發(fā)動機(jī)功率參數(shù)的選擇以滿足車輛勻速行駛功率為依據(jù) ，即略低于車 輛以最高速度行駛時的功率需求為宜。選取康明斯 4+225B發(fā)動機(jī) 發(fā)動機(jī)型號：4+225B 發(fā)動機(jī)排量：6700 發(fā)動機(jī)生產(chǎn)商：康明斯公司 發(fā)動機(jī)功率（）:165

56、 最大功率時轉(zhuǎn)速（）：2300 發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（ N?8師 型式 立式、直列、水冷、四沖程、直噴 進(jìn)氣方式 增壓中冷 4.2電動機(jī)參數(shù)的選擇 通常，適用于電動車輛使用的電動機(jī)外特性為 ：在額定轉(zhuǎn)速N???以下，電 動機(jī)以恒扭矩模式工作，在N???以上，以恒功率模式工作。相應(yīng)參數(shù)選擇包括: 電動機(jī)額定功率Pmr、電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速Nmr、電動機(jī)最大轉(zhuǎn)速Nm,max。 電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速的選擇 電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速對傳動系的尺寸、電動機(jī)的額定扭矩都有影響。在 電動機(jī)功率一定的前提下，其額定扭矩與最高轉(zhuǎn)速間的關(guān)系如圖 4.1所示。 圖中，y坐標(biāo)表示電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)

57、速的比值 ，也稱電動機(jī)擴(kuò)大恒 功率區(qū)系數(shù)B。由圖4.2知,隨B值增大，轉(zhuǎn)速越低，對應(yīng)的電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 越高,因此對電機(jī)支撐要求就越高。另外 ，高扭矩需較大的電機(jī)電流和電子 設(shè)備，增加了功率變換器矽鋼片的尺寸和損耗，但大B值又是車輛起步加速 和穩(wěn)定運(yùn)行所必需的，所以B電機(jī)傳動軸額定扭矩的減小只能通過選用高 速電機(jī)來解決。但這又影響傳動比，所以必須協(xié)調(diào)考慮電機(jī)最高轉(zhuǎn)速和傳動 系尺寸。另一方面，增大B值也會使驅(qū)動軸扭矩和齒輪應(yīng)力增大，選擇時還 要協(xié)調(diào)考慮B值和齒輪應(yīng)力。就目前來看，一般都傾向于選擇中高速電機(jī)（最 高轉(zhuǎn)速在9 000?15 000 之間），擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù) B—般選擇在4?6

58、之間,相應(yīng)地，電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速 (4-2) N???? 圖4.1電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩與最高轉(zhuǎn)速間的關(guān)系曲線 422電動機(jī)額定功率的選擇 對于并聯(lián)式混合動力汽車傳動系，其功率由電動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動汽車的最 高車速以與低速行駛使具有克服最小道路坡度的能力來確定，以保證電動 機(jī)的效率。若給出了期望的最高車速，選擇的電動機(jī)功率應(yīng)大體上等于但 不小于最高車速行駛時的行駛阻力功率之和。 當(dāng)以20 h連續(xù)爬2%坡道時 Pe=丄(亞 V+9Av3 +皿 V) e n 3600 76140 3600 ' (4-3) 當(dāng)以純電動帶動時，最高車速 30 h在水平路面上行駛，則 ](瞠

59、+ _CdA Vmax 3) e n 3600 max 76140 max ) (4-4) 把 17950 ,0.0076+0.000056 4=0.01285 ,8.03 m2, Cd=0.7 , n =0.9 , i坡度阻力系數(shù)； ？ a =0.22分別代入(4-2) (4-3) 得 Fmr =38.7573 ，Pmr =30.7130 選擇 Y 系列(44)電動機(jī) Y2552 驅(qū) 動電機(jī)額定功率Pmr =45,峰值功率Pm,max =60。滿載轉(zhuǎn)速2800，最大轉(zhuǎn)矩 /額定轉(zhuǎn)矩=2.1 Tmr =(9550 X 45 / 2800) X 2.1=328.006 Tf R

60、r 15900 X 0.01285 X 0.47304=96.65 Tmr > Tf故混合動力傳動系可以采用電動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動。 4.3傳動比的選擇 主減速器傳動比io的選擇 io的選擇首先應(yīng)滿足車輛最高行駛速度要求，即 i0 < 0.337???????^??? (4-5) 式中？??,????為發(fā)動機(jī)最高穩(wěn)定轉(zhuǎn)速()；？?為車輪滾動半徑(m)。另外, 為使發(fā)動機(jī)在最高車速時仍能發(fā)揮出最大功率 ，i°的選擇還應(yīng)滿足 ?令？？>??? i° > 0.337 :?-???-" (4-6) 式中？???為發(fā)動機(jī)最大功率點(diǎn)對應(yīng)的轉(zhuǎn)速()。 由圖4.3知，當(dāng)i0= i03時，車輛

61、低速行駛具有較大的后備功率，但滿足不了最高車速的要求，這就需要電動機(jī)具有更大的額定功率，電池組具有 更大的容量；當(dāng)io=ioi時，雖可以稍微減小高速行駛時的電動機(jī)供應(yīng)功率 (),但卻顯著減小了車輛低速行駛時的后備功率 ,得不償失；而當(dāng)io= io2時, 即可以滿足最高車速的要求，同時，車輛低速行駛時又具有相當(dāng)大的后備 功率，但前提條件是最高車速行駛時電動機(jī)必須提供更大的輸出功率 (P??- P??。實(shí)際上，車輛以最高速度行駛時的功率并不高，而車輛低速行駛時，發(fā)動 機(jī)具有較高的后備功率，從而使其有富裕的功率為電池組充電 ，有助于減 小車輛攜帶的電池組的容量。因此，為獲得比較好的綜合性能

62、，io的選擇應(yīng)符 合式(4-5)中的等號要求。 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 20 40 60 80 100 120 140 圖4.3不同io時車輛的功率平衡圖 理論上主減速器速比取得越大越好 ，但應(yīng)以保證車輛能達(dá)到最高車速 為界限。由于輪胎為子午線輪 R??!臺3.05為輪胎自由直徑 1.10m 故 R??=3.05 X 1.10 / 2 X 3.14=0.534m ????? ?????? ioi = 0.337 二 6.29 ??????? 02 = 0.377 '= 5.03 ??????? 取主減速器傳動比i°=6.2

63、 變速器傳動比選擇 傳動比范圍 變速器的傳動比范圍是指變速器最低檔傳動比與最高檔傳動比的比 值。目前乘用車的傳動比范圍在 3.0?4.5之間，總質(zhì)量輕些的商用車在 5.0?8.0之間，其他商用車則更大。最高檔五檔為直接檔，傳動比為 1 最低檔的影響因素有：發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速所要求的汽車最 大爬坡能力，驅(qū)動輪與路面間的附著力，主減速比和驅(qū)動輪的滾動半徑以 與所要求達(dá)到的最低穩(wěn)定行駛車速。這里根據(jù)汽車滿足最大爬坡度來確定 最低檔一檔的傳動比：汽車爬坡時車速不高，空氣阻力可忽略，則最大驅(qū) 動力用于克服輪胎與路面間的滾動阻力與爬坡阻力，故有 ??????????1?0????

64、???^ ??????Cos ??????+ sin? ?????? = ?????????? (4-7) 則由最大爬坡度要求的變速器I檔傳動比為 ??1》？？？？??????？？???????????? (4-8) 式中：？??????發(fā)動機(jī)最大扭矩；???????=?600N ?m ??1變速器一檔傳動比； 笏尸7 ??主減速器的傳動比； ？?=6.2. ???汽車傳動系傳動效率；??=0.96 m汽車總質(zhì)量； 滿載前軸負(fù)荷+滿載后軸負(fù)荷=15000 重力加速度；9.8 kg ??????道路最大阻力系數(shù)； ?初??￡.01285+0.22=0.23285 （滾

65、動阻力系數(shù)； 0.0076+0.000056 U??=0.01285 i坡度阻力系數(shù)； tan ??=0.22） ?科區(qū)動輪滾動半徑； ??尸 Fd?2??=3.05 X 974/2 X 3.14=473.041 （F為計算常數(shù)，子午線輪胎取 3.05，斜交輪胎取2.99 ） a道路最大上坡角； a tan-1 ??2212.4 ° 根據(jù)驅(qū)動車輪與路面的附著條件 ?????????1???????? 冬 G? （4-9） 求得變速器I檔傳動比為： ???????????? ??1 冬 G? ① ？？？ / (4-10) 合并(4-7)與(4-8) , 得 mg???

66、?????????????????? w??1 w G2 ①?????????????? (4-11) 代入數(shù)值，求得？?1的范圍是5.346 翎尺7.718 取最低檔？?1為7。各檔傳動比的確定中間檔傳動比理論上按公式 1???-1 ( i????????????)?1 ? ??-1 (????1?????)? (n 為檔位數(shù) )的幾何級數(shù)排列， 代入：(7/1)5- 1 ?1.63 s??2=s??1?i.63^ 4.29 ??3=??2?1.63~ 2.63 要求相鄰檔位之間的傳動比比值在 1.8 以下，該值越小換檔工作越容 易進(jìn)行。 因高檔使用頻繁，所以又要求高檔區(qū)相鄰檔位之間的傳動比比值，要 比低檔區(qū)相鄰檔位之間的傳動比比值小。 所以最后確定各檔的傳動比如下所示： ???1=7 ；???2=4.2 ； ???3=2.6 ；???4=1 ； ???=7.5 4.4 電池組容量的選擇 蓄電池的容量有實(shí)際容量和額定容量之分。用(安時)數(shù)表示。實(shí)際 容量是指蓄電池所能輸出的電量，等于放電電流所能輸出的電量，等于放 電電流與放電時間的乘積。 額定容量也叫