《一种并联式混合动力汽车传动系设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种并联式混合动力汽车传动系设计.docx（69页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。
1、一种并联式混合动力汽车传动系设计摘要近年来，一些交通机构已经测试了配备混合动力系统的公交车。据报道，混合动力系统在排放和燃油经济性能方面和传统的柴油发动机系统相比有着显著的优势。在本文中，我们分析了混合动力汽车的发展现状以及现有混合动力电动客车传动系的结构特点和使用效果，参考相关文献，综合考虑各方面因数，对城市用并联式电动客车的结构特点进行分析，并以cs6120混联式混合动力电动客车为基础，对其传动系统进行一系列的设计。其中包括结构设计、参数选择、变速器设计计算以及绘图过程，并对各零部件进行校核。另外还根据并联式混合动力电动客车的使用要求，采用类比的方法，选用合适的离合器等其他总成。关键词：混
2、合动力汽车:CS6120并联式混合动力电动客车；传动系统；变速器设计THEDESIGNOFATRANSMISSIONSYSTEMFORCS6120PARALLELHYBRIDELECTRICVEHICLEAbstractInrecentyears,severaltransitagencieshavetestedbusesequippedwithhybridpowertrainsystems.Ithasbeenreportedthathybridpowertrainshavesignificantadvantagesoverconventionaldieselenginesystems,inth
3、eareaofemissionsandfueleconomyperformance.Inthispaper,weanalysisedonthestructuralcharacteristicsandapplicationoftransmissionsystemfortheexistinghybridelectricbus,referencetorelevantliterature,comprehensiveconsiderationofvariousfactors,toanalyzethestructuralcharacteristicsofthecityhybridelectricbuses
4、,andbasedonCS6120HybridElectricBus,designitstransmissionsystemIncludingthestructuraldesign,preferences,calculationanddrawing.Inaddition,alsoaccordingtotherequirementsofusingHybridElectricBus,useanalogmethods,choosetheotherappropriateassemblysuchasclutch,andtocheckallpartsandcomponents.KeyWords:Hybri
5、delectricvehicle;CS6100parallel-serieshybridelectricvehicle;Transmissionsystem;Transmissiondesign目录1绪论11.2混合动力汽车的发展现状11.2.1治理与改善我国环境状况的目标21.2.2石油短缺的压力41.23日本混合动力/电动汽车发展概况61.2.4美国混合动力/电动汽车发展概况71.2.5欧洲混合动力/电动汽车发展概况91.2.6我国发展概况111,3关键性技术的研究121.3.1整车能量管理系统和控制策略1213.2子系统的关键技术141.4本课题的研究内容172并联式混合动力电动汽车传动
6、系的结构特点分析172.1混合动力汽车动力传动系布置方案172.2并联式HEV动力传动系172.3并联式HEV动力传动系结构分析182.3.1转速合成式PHEV动力传动系182.3.2扭矩合成式PHEV动力传动系20233牵引力合成式PHEV动力传动系233CS6120并联式混合动力大客车总体设计243.1基本原理243.2汽车轴数、驱动形式、布置形式的选择263.2,1确定汽车类型263.2.2确定轴数26323驱动形式263,24布置形式2733汽车主要参数确定273.3.1外廓尺寸27332一般参数27333轴荷分配274汽车轮胎的选择284CS6120并联式混合动力电动汽车传动系参数的
7、设计294.1发动机功率的选择294.2电动机参数的选择314.2.1电动机额定转速和最高转速的选择314.2.2电动机额定功率的选择324.3传动比的选择334.2.1主减速器传动比ja的选择33432变速器传动比选择344.4电池组容量的选择374.5车辆最高车速的校核375变速器的设计385.1中心距的确定395.2齿轮参数的选择405.2.1模数m405.2.2压力角405.2.3螺旋角P415.2.4齿宽425.2.5变位系数435.3各档齿轮参数的计算435.3.1确定一档的齿数435.3.2修正中心距445.3.3确定常啮合传动齿轮副的齿数445.3.4确定其他档位的齿数445.
8、3.5倒档齿轮齿数455.3.6确定倒档与中间轴的中心距455.4齿轮机构的校核465.4.1变速器齿轮的毁坏形式465.4.2齿轮强度计算465.5轴的没计计算505.5.1轴的功用及要求505.5.2轴的尺寸的初选5155.3轴的校核526设计总结.”,”,”+”+”,“”,”,”,”,”,”,”,.”,”,.”,”,.”,”63参考文献致谢1绪论1.1弓1言混合动力汽车应是我国电动汽车产业化的突破口据中国汽车报报道，根据十五”国家863计划电动汽车重大专项的目标定位和技术路线，结合我国汽车工业的发展现状，一些专家认为，混合动力电动汽车应成为我国电动汽车发展的重点和方向，并有希望率先取得产
9、业化突破。从我国电动车技术来看，目前已从实验室开发试验阶段过渡到商品性试生产阶段，我国电动汽车研制开发基本上和国外同行处于同一起跑线上，技术水平和产业化的差距比较小，目前已有一定基础。在上世纪90年代中期已推出电动汽车样车，电动轿车概念车、燃料电池中型客车已经问世。现在世界上的电动汽车主要分成纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池汽车三种，专家认为选择混合动力电动汽车作为现阶段我国电动汽车产业化的突破口，符合我国汽车工业的发展要求。原因一是混合动力电动汽车承接了传统汽车的技术，有利于对传统汽车工业的改造；二是有利于降低制造成本和有利于实现产业化。1.2混合动力汽车的发展现状汽车工业是大多数国家
10、经济发展的支柱产业。美国国家工程院评出的20世纪最伟大的20项工程技术成就中汽车排名第二已足以说明这一点。从十五”计划开始，我国汽车工业也进入高速发展和快速增长时期。我国和世界各国一样，随着汽车产品和保有量的大量增加，由此而引发的环境和能源问题已经引起了国家和社会的广泛关注。污染的严重和能源的匮乏，对整个世界和各国经济的发展而言，无疑是一个巨大的挑战和残酷的瓶颈。对此，必须积极寻求应对办法，认真研究解决对策。1.2.1治理和改善我国环境状况的目标汽车尾气排放有害物质对城市区域大气具有严重的危害，许多国家相应制定了严格的法律法规、规范和国家标准，违背法律法规和不符合相关标准的汽车在市场竞争中被淘
11、汰出局。当前我国汽车工业面临着必须达到的两个目标是：达到如表IT所示的法规和标准要求表1-1美国、欧洲及中国对汽车尾气排放有害气体的限制法规和标准实施年代199219941996220082010美国1990USEPA法1994USEPA法2004USEPA联规规法规邦法规欧洲标准欧I欧II欧III欧N欧V中国GB14716(1-70-93相当于欧I相当欧II相当于欧HI和国际同步限制C02的排放越来越多的证据表明，汽车的C02排放是破坏环境最重要的元凶之一。为此，联合国“政府间气候变化专业委员会”(IPCC)对其进行了评估,表明：1996年世界共排放C02等温室气体200亿吨，美国占25%,
12、其中汽车排放占10%,中国排放C02占1315%。1997年12月，全球气候变化条约国第三次缔约国会议(COP3)在日本京都召开，会议通过的京都议定书限定了C02、N02、甲烷等6种造成温室的气体的排放量如表1-2所示。表1-2世界主要国家需要降低的排放量欧盟美国日本加拿大8%7%6%6%议定书还规定以1990年为基准到2012年止,工业发达国家C02排放量要降低总量的512%0这些数字看起来不大，但考虑到汽车数量的增加，需要减少的绝对量则相当可观，如日本实际要降低20%左右。目前已有IlO多个国家批准了京都议定书，但排放CO2最多的美国却拒绝执行，并提出排放C02要实行市场化。京都议定书虽对
13、发展中国家没有提出具体要求，但考虑到每燃烧Ikg汽油产生约3kg的CO2,而我国是石油消耗大国，有不可忽视的CO2排放量的治理任务。1.2.2石油短缺的压力我国石油资源短缺，已发现可开采的储量仅占世界总储量的4%左右，从1993年开始进口石油，并以每年两位数字的百分比增长，2000年进口石油7000万吨,成品油3000万吨。到2005年以后，每年进口石油将超过一亿吨，相当于科威特一年的石油总产量，未来我国石油缺口更大。我国石油需求和产量如表1-3所示表1-3我国石油需求和亿吨年份需求产量缺口2000年2.41.60.7+0.32005年2.8L781.022010年3.61.891.71面对如
14、此严重的环境问题和严峻的能源现状,世界各国都在寻找解决的途径，经过多年的探索，在科技界比较一致的对策是:提高和完善内燃机的性能，进一步提高内燃机的热效率，降低能耗，广泛采用电喷、智能正时可变气阀(WT2i).稀薄燃烧、压缩直喷点火、改进燃油品质等先进技术;采用替代燃料，如水煤气、氢、乙醇、甲醇、合成燃油LNG和LPG等;鼓励和推广采用电动汽车（EV）、混合动力电动汽车（HEV）、燃料电池电动汽车（FCEV）。目前动力电池技术未取得突破性进展，EV只能在城近郊区、旅游名胜区、步行街等有限地区使用。FCEV是利用氢、氧在常温下产生电化学反应发电作为车辆运动的动能，排出的是水，为零排放，这是第一优势
15、；第二优势是氢在地球上储存量很多，可以从水和生物中提取，不依赖石油资源。虽然现在的一些技术难题使近期批量使用还有困难，但这两大优势注定了FCEV是发展的趋势。早在1909年，就有人提出了利用内燃机和电动机结合来克服纯电动汽车续驶里程短和充电时间长的缺点，并出现了早期的混合动力电动汽车HEV,成为了从内燃机汽车到电动汽车的一种过渡车型。随着技术的进步，电动汽车的发展呼唤新的车型。这种车型是将技术上最先进（即油耗最低，排放污染最优，体积重量最小）的内燃机和一种一定容量的高性能储能装置（动力电池）相结合,通过最先进的电子控制系统组成电机驱动系统，这三者的最佳匹配必将大幅度地降低油耗，实现更低的排污量
16、，满足更严格的排放要求，使其成本比较接近于同类汽车的水平。这种HEV将会受到汽车工业界欢迎，并成为为市场接受的主流车型。据最新的资料显示，日本已在美国出售1318万台混合动力电动轿车。总之，EV、HEV、HCEV的发展是当今汽车技术发展的一个新方向，是寻求解决上述难题的一个有效途径。1.2.3日本混合动力/电动汽车发展概况日本汽车保有量占全球第二位，由于人口密集，国土狭小，石油100%依赖进口。因此，日本对EV、HEV的研发十分重视。日本从1965年开始电动车的研制、通产省正式把电动车列入国家项目，1967年成立了日本电动车协会，促进了电动车事业的发展，1971年日本通产省就制定了电动汽车的开
17、发计划，1991年日本通产省又制定了“第三届电动汽车普及计划，提出到2000年日本电动汽车的年产量达到10万辆，保有量达到20万辆。2001年7月，日本开展了低公害车开发普及行动，将EVHEV列为重点开发的低公害汽车之列，并制定了专门的政策，以促进EVHEV的普及应用；2002年提出从2005年开始大幅度限制尾气排放，制定了新长期排放限制的标准，准备用于2005年以后销售新车的一项排放法规；2002年2月26日，日本中央环境审议会大气环境领域的一个专门委员会（环境大臣的咨询机构）提出了一份将要纳入这项法规的尾气排放标准的咨询提案。这项提案的内容包括将颗粒状物质（PM）含量比现行标准的要求最大削
18、减85%,将氮氧化物（NOX）削减50%等一些内容，该法规的实施将进一步推动EVHEV的发展。按照目前的发展速度，预计在2010年将达到210万辆。丰田是全世界第一台正式批量生产的混合动力车的制造者，自从1997年开始，Prius就开始在日本销售，2000年起便在北美、欧洲及世界各地公开发售。目前，Prius己经在中国上市。到了2001年，丰田又在日本推出了Estima混合动力小货车、使用弱混合动力的皇冠豪华小轿车和Dyna混合动力轻型货车。丰田商业化的车型已经达到5款。为了在实现低排放的前提下，提高车辆的动力性，在2003年，丰田汽车把新一代的混合动力系统HybridSynergyDrive
19、引入到了第二代的PriUS上面。在2005年，他把这套系统的使用范围扩展到了对动力性能要求更高的SUV车型上-雷克萨斯的RX400h（日本名为HarrierHybrid）和HighlanderHybrid日本名为KlugerHybrid）0本田公司在混合动力车方面也颇有建树，1999年推出INSIGHT，2001年推出CIVIC。本田还在混合动力车的开发上，通过研究新型发动机、碌氢蓄电池等追求动力高效化；通过开发新型轻质铝车身、树脂油箱等谋求车辆的轻型化，使汽车达到每公升汽油可行驶35公里的世界最高水平，并且使汽车尾气排放达到世界最严格要求的标准。1.2.4美国混合动力/电动汽车发展概况汽车工
20、业是美国的支柱产业，给美国带来了繁荣昌盛，但同时也带来了能源危机、环节污染以及资源的浪费。美国近年来几乎要从国外进口全国消耗量一半以上的石油。为了避免受到石油危机的冲击,美国十分重视对混合动力汽车的研究和开发。1976年卡特总统签署EV/HEV研究开发和示范法案，授权美国能源部执行和管理EV/HEV研究计划，但是直到九十年代初电动车的研究在美国才真正开始。1990年10月布什总统签署清洁空气法严格规定了汽车排放的标准，同月加州政府也有了新的规定，即要求汽车制造商在加州销售的车辆中百分之二必须是零排放车辆，而当时只有纯电动汽车才可能达到零排放车辆的要求。1991年美国通用汽车公司、福特汽车公司和
21、克莱斯勒汽车公司共同协议，成立了先进电池联合体(USABC),共同研究开发新一代电动汽车所需要的高能电池。1991年10月USABC和美国能源部签订协议，在1991-1995年的四年间投资2.26亿美元来资助电动汽车用高能电池的研究。1993年，美国克林顿政府推出了新一代汽车伙伴计划即PNGV,要求联邦政府部门从1993到1995年度大量购买包括EV/HEV的替代燃油车。PNGV制订了10年开发计划，目标是80mpg(约3L/100km)的低油耗汽车。2002年1月9日，10年计划尚未结束，美国能源部部长斯潘塞阿伯拉罕在各大汽车公司首脑参加的会议上宣布，根据总统布什的国家能源计划，降低美国对进
22、口石油依赖性，决定成立一个新的汽车研究项目，叫做自由车(FreedOmCAR),该项目的长期目标是高效、价廉、无污染。研究先进、高效的燃料电池技术，用氢燃料作动力，不产生任何污染。改项目继续对电动汽车进行专项研究，但是重点是发展氢燃料电池电动车。按照PNGV的时间表,在1999年以前为浓缩并集中技术目标阶段,19992001为生产概念车阶段，20012005年为生产性样车阶段。在2000年底特律国际汽车展上福特和通用汽车公司展示了其柴油复合动力概念车，同年2月22日，戴姆勒克莱斯勒在华盛顿国家博物馆公布了其PNGV复合动力概念车。PNGV计划在2002年被终止，原因是80MPG的目标很高，而研
23、制的新车在成本上并未取得很好的成果,不能满足用户在价格上的要求，也就是说，在短时期内不具有市场价值。更重要的是，PNGV仍然局限于用石油作为基本能源。因此要求新项目在这方面有新的突破，将着眼于新一代汽车能源，而不囿于现有技术和当前燃料资源。但是PNGV起到了全球EV/HEV技术开发领头人的作用，从其建立和执行情况来看，新一代汽车已经成为跨国汽车公司和工业国家战略发展的重要内容。1.2.5欧洲混合动力/电动汽车发展概况(1)法国法国是一个缺少石油的国家，每年要从国外进口大量石油。因此，法国是全世界最积极研制和推广电动汽车的国家之一。法国电力供应充沛且多用核能发电和水力发电，发电源干净且电价便宜，
24、汽车工业发达。法国政府鼓励开发电动汽车和充分利用电力资源，在政策上给予支持，为开发电动汽车提供资助。法国政府、法国电力公司、标致一雪铁龙汽车公司和雷诺汽车公司共同承担开发和推广电动汽车的协议，共同合资组建了电动汽车的电池公司，和萨夫特(SAFT)公司承担电动汽车的高能电池的研究和开发，以及电池的租赁和维修等工作。1990年法国标致一雪铁龙汽车公司所开发的J-5和C-25电动货车投入生产。1995年法国能源部、标致一雪铁龙汽车公司开发了标致一106和SAXO型四座电动轿车，用雪铁龙一AX型轿车改装的电动轿车，雷诺汽车公司的CIiO型四座电动轿车及其变型车等，并投放在罗切里市进行试验。1997年法
25、国的电动汽车产量达到2000辆左右。不仅如此，法国非常鼓励使用混合动力汽车，使法国混合动力汽车的发展位居世界前列。四年前法国政府电力公司和汽车制造商签订了协议，使全国电动汽车保有量达到10万台，在20个城市推广混合动力汽车。法国已有十几个城市运行电动汽车且有比较完善的充电站等服务设施，政府机关带头使用混合动力汽车。法国政府为了鼓励用户使用混合动力汽车，还宣布企业购买混合动力汽车第一年可以免税。法国电力公司向电动汽车生产厂家每生产一辆电动汽车提供1万法郎的补助，以扩大电力使用范围。目前，法国混合动力汽车的普及程度和保有量都位居世界前列。(2)德国德国政府十分重视环节保护，投入了大量的资金用于EV
26、的研发，1971年成立了城市电动车交通公司(GES),积极组织EV的研究和开发。1991年在拜尔州投入了300辆EV进行运行。拜尔州还拨400万马克，用于资助用户车价的30%购买电动汽车。另外，汉堡市也采取资助用户车价的25%来鼓励用户购买电动汽车。德国政府指定奔驰汽车公司和大众合资建立的德国汽车工业有限公司的科技开发机构，1992年德国政府拨款2200万马克，在吕根(RUgen)岛建立欧洲EV试验基地，组织了四大公司62辆各类电动车在吕根半岛城运行试验，对64辆电动汽车和电动汽车的系统工程进行长达4年的大规模试验，并有很多国家和城市都派有EV参加吕根岛的实验。1994年展示出了19种轿车，1
27、3种面包车，4种大客车，都进入了实用阶段。20世纪70年代末期，德国戴姆勒一奔驰汽车公司生产了一批LE306电动汽车，采用铅酸电池。20世纪80年代初期，德国奔驰汽车公司生产了电动大客车，也生产了商用电动汽车，奔驰公司还宣布投资4.7亿美元研究开发燃料电池，计划2005年实现产业化。欧宝公司在1972年开始研制新型电动汽车。1981年和BBC公司（现在的ABB公司）合作研制了电动轿车。1.2.6我国发展概况我国目前也非常重视混合动力电动汽车的研究和开发，一些单位的起步研究工作正在展开，国家科技部已将其作为十五”863重大专项的内容。我国有关电动汽车的研制开始于20世纪90年代。从1996年开始
28、，广东省科委统一协调组织研制电动汽车，并取得了可喜的进展。清华大学研制了电动中型客车。中国远望（集团）总公司和北京理工大学、国防科技大学和河北胜利客车厂等单位联合，于1996年3月研制成功了51座YW6120型电动大客车。在此基础上，我国混合动力电动汽车的研制也有了一定的进展。1998年，清华大学和厦门金龙公司合作研制了混合动力电动客车；同年，江苏理工大学承担了江苏省科委下达的重点工业科技攻关项目-混合动力电动公交轻型客车ZJK6700HEV串联式混合动力的研制，目前样车的研制工作已经结束。一汽在2001年4月19日闭幕的第3届北京国际清洁车展上推出一款混合动力电动轿车一一红旗CA7180AE
29、o该轿车是由一汽研究所、美国电动车亚洲7公司、汕头国家电动汽车试验示范区三方共同合作完成的，属串联式结构的中高档车型。清华大学和沈阳金杯客车制造有限公司在2001年3月签订了“SY6480混合动力电动客车的研制和开发”合作项目的合同。深圳明华环保汽车有限公司于2001年4月推出了混合动力电动环保汽车MH6720,引起社会各界关注；该车采用的是并联式混合动力系统，发动机为87kw；电机为312V、充电次数大于500次；异步交流电机平均功率为36kW;满载最高车速为90km/h;最大爬坡度为33%;续驶行程可达1080km,纯电机驱动时为100km；百公里等速油耗7.69L:乘客数为22:其尾气排
30、放达欧洲标准，噪声指标也大大低于国产普通中巴车。东风汽车公司承接“863混合动力研制项目现已完成，并已于最近推出混合动力电动客车样车，整车性能良好。我国通过国家八五”、九五甚至十五电动汽车的科技攻关，在HEV方面已经积累了一定的技术基础和经验1.3关键性技术的研究1.3.1整车能量管理系统和控制策略要实现混合动力电动汽车性能的提高，就必须对整车，尤其是动力系统进行控制，使各个部件能够协调工作。这一任务由整车能量管理系统来完成。(1)整车能量管理系统混合动力电动汽车的能量管理系统和工业上用到的复杂系统一样，普遍采用分级分布式结构，如图1.1所示。最上层为能量管理系统的决策单元（DeCiSiOn-
31、makingUnit）,统一协调和控制各个低端控制器；中间一层包括多个低端控制器；最下层为各个执行器。能量管理系统的决策单元接受驾驶员输入的指令、各个执行器的信息和环境信息,协调各子系统的工作。图1.1混合动力电动汽车整车能量管理系统（2）整车能量管理策略混合动力系统的整车控制策略（能量管理策略）可以从不同的角度出发进行分析。无论是串联、并联还是混联HEV系统，控制策略要解决的问题主要有两个：系统运行模式的切换和混合模式下功率的分配。混合动力系统有多种运行（能量流动）模式。根据不同的工况要求,以优化各部件工作点为目的，可以在这些运行模式中进行切换。串联混合动力系统有11种可能的工作模式及多种模
32、式切换策略，如发动机0N/0FF策略和“转换输出功率”策略。并联系统的运行模式较少,混联系统则可以设计得较多，以适应不同的工况。功率分配是系统能量管理策略研究的关键。通常功率分配都被看作是一个以减小油耗和改善排放为目标的优化阔题，功率分配决定了混合动力系统中发动机的工作区域。根据优化程度（或者说发动机工作点选择方式）的不同，目前被广泛采用或研究的功率分配策略大体上可以分为：恒定工作点策略、优化工作区策略、ICE优化曲线策略、瞬时优化策略和全局优化策略。随着对混合动力系统控制策略研究的深人，诸如自适应控制、模糊逻辑控制、神经元网络控制等方法也得到有效的运用。这些方法可以改善实时控制的性能，提高H
33、EV对各种工况的适应能力。1.3.2子系统的关键技术为了充分发挥混合动力系统的潜力，应当对部件进行优化，使其适应混合动力系统的工作特点。(1)电池和电池管理系统一般情况下，混合动力系统的动力电池进行的是频繁、浅度的充放电循环：在充放电过程中，电压、电流可能有较大变化。针对这种使用特点，混台动力系统对电池有如下几方面的特别要求：大功率充放电的能力。质量比功率和体积比功率是衡量电池快速放电能力的指标，相对于能量要求，混合动力系统的电池对比功率的要求更高。同时，混合动力系统在制动能量回收或低功率调峰时要求电池能够在短时间内接受大量的能量，目前的高功率电池往往存在快速充电接受能力差的问题。提高电池快速
34、充电接受能力比提高电池的比功率更加紧迫和关键。充放电效率。混合动力电动汽车中内燃机发出的相当一部分能量须经历充电放电的能量循环，高的充放电效率对保证整车效率具有至关重要的作用。混合动力系统的电池应当在快速充放电和充放电过程变工况的条件下保持性能的相对稳定。混合动力系统使用条件下能达到足够的充放电循环次数也是对电池的基本要求。此外，作为车用动力电池，还有一些基本要求：电压、质量比能量和体积比能量、免维护性以及成本。HEV发展的其它储能技术飞轮电池飞轮电池有比能量高、比功率大、充电快、寿命长、无污染等优点，但目前技术难度和成本都较高。超级电容超级电容虽然能量密度较低，却拥有很高的功率密度，能在瞬时
35、提供很大的电流和功率，同时寿命长、效率高、充电快，是混台动力系统中很有前途的一种瞬时供能装置。电池管理系统电池管理系统是整车能量管理系统的一部分整车能量管理策略的实施要依赖电池管理系统对电池状态的判别和对电池性能的维护电池管理系统的主要功能有：防止电池过充电或过放电；判定荷电状态SOC：选择适当的充电或放电模式；对电池进行均衡充电；控制并平衡电池组的工作温度。(1)电驱动系统HEV对电驱动系统的要求：串联系统对驱动电机的要求和纯电动车相似，发电机则要求小体积、高效率、控制性能良好。并联和混联系统要求电机能适应频繁的起停和电动/发电状态之间的切换。在并联系统轻度复合”的结构中，电机功率要求较小，
36、可采用和发动机曲轴同轴的结构，进一步减小了电机尺寸和质量。目前发展中的“42V系统”实际上就是一种轻度复合”方案：目前适合HEV使用的电驱动系统主要是异步电机(感应电机)驱动系统和永磁同步电机驱动系统(3)动力复合装置在并联和混联系统中，机械的动力复台装置是耦合发动机和电机功率的关键部件。它不仅具有很大的机械复杂性，而且直接影响整车控制策略，因而成为混合动力系统开发的重点和难点。目前采用的动力复合方式有转矩复合、速度复合和双桥动力复合。(4)混台动力系统专用发动机HEV系统中，由于发动机的工况可以控制在一定范围内，因而可以进行优化设计进一步提高其燃油经济性，降低排放。对内燃机的改进目前采用内燃
37、机的混合动力系统基本上都对其发动机进行了重新设计或重大改进。例如丰田Prius的1.5L汽油机采用Atkinson的高效率、高膨胀比、工作循环、紧凑型倾斜式挤气燃烧室以及铝合金缸体。其主要目的是追求高效率而不是高功率。由于电机承担了功率调峰的作用，发动机町以舍弃非经济工作区的性能而追求经济工作区的更高效率。混合动力系统中使用的其它热机混合动力电动汽车还可以选用燃气轮机、斯特林发动机或燃气发动机等其它热机，利用它们各自的优势，可以构成不同特点的混合动力系统。1.4本课题的研究内容(1)并联式混合动力电动汽车传动系的特点分析(2)CS6100并联式混合动力电动汽车传动系的设计2并联式混合动力电动汽
38、车传动系的结构特点分析2.1混合动力汽车动力传动系布置方案由于混合动力汽车采用2种动力源作为动力装置，它的各个组成部件、布置方式及控制策略的不同，因而形成了各式各样的结构型式。混合动力汽车的分类方法也有多种。根据动力源的数量及动力传递方式的不同，分为串联型、并联型和混联型；根据发动机和电机的功率比的大小，分为里程延长型、动力辅助型和双模式型；根据发动机运行模式的不同，分为发动机开/关模式和发动机连续运行模式；根据发动机和电动机是否布置在同一轴线上，分为单轴式和双轴式；根据蓄电池组的荷电状态SoC(Stateofcharge)的变化情况，又可分为荷电消耗型和荷电维持型。2.2并联式HEV动力传动
39、系并联式HEV动力传动系(ParalleISchedule,又称PHEV)的结构组成如图2.1所示。在并联式HEV动力传动系中，发动机和电动机可以分别独立地为汽车驱动轮提供动力，没有串联式HEV动力传动系中的发电机，因此更像传统的汽车动力传动系，并具有了许多显著的优点：由于发动机的机械能可直接输出到汽车驱动桥，中间没有能量的转换，和串联式布置相比，系统效率较高，燃油消耗也较少。电动机同时又可作为发电机使用，系统仅有发动机和电动机两个动力总成，整车质量和成本大大减小。假定汽车所要求的最大功率为P,则每台动力总成的功率总和往往是在P2P之间，由于设备功率较小，所需的设备费用也较小。但由于发动机和车
40、辆驱动轮间有直接的机械连接，发动机运行工况不可避免地要受到汽车具体行驶工况的影响，要维持发动机在最佳工作区工作，则控制系统和控制策略较复杂。图2.1并联式HEV动力传动系统结构图2.3并联式HEV动力传动系结构分析2.3.1转速合成式PHEV动力传动系转速合成式PHEV动力传动系的动力合成装置为转速合成装置,其工作原理如图2.2所示。图2.2转速合成装置工作原理简图如果用il、i2分别表示转速合成装置对应于1输入、2输入的机械传动比，则存在下述关系式：TTirII*rlOUt=。1inl=l2lin2(2-1)2-2)式中T、V扭矩和转速in、out输入和输出此结构有2套结构机械变速器，内燃机
41、和电动机各自和一套变速结构相联，然后通过齿轮进行复合。在此种结构中，可以通过变速机构调节内燃机、电动机之间的转速关系，使发动机的工况调节变得更灵活。此种结构目前是最有生命力的结构，主要采用行星差动系统的结构。行星齿轮动力复合机构，可以实现多个部件转速的复合，即各个部件间的转矩保持一定的比例关系。这种功率复合形式被称为速度复合。行星机构有2个自由度，通过不同离合器和制动器的作用，可以实现单自由度、固定传动比的传动。在此机构中发动机和行星架相联，通过行星齿轮将动力传递给外齿圈和太阳轮，齿圈轴和电动机和传动轴相联，太阳轮轴和发电机相联。动力分配装置将发动机大部分转矩直接传递到驱动轴上，将另一小部分转
42、矩传给发电机，发电机发出的电能根据指令给电池充电或用于电动机以增加驱动力。通过对行星机构的变速比和受力分析可以得到，(1+p)ne=pn5+nr巾北=1+1P)F=(I+p)Tw=Tm+Tr=Tm+-7,(1+)EW-nrK=(1+p)ne-pngK(2-3)式中p一一太阳轮齿数和齿圈齿数之比(Kp1)neNngnrzmnw分别为发动机、发电机、齿圈、电机和驱动轴的转速及、Tg、心、Tm.Tw分别为发动机、发电机、齿圈、电机和驱动轴的转矩K齿圈和驱动轴间的传动比这种结构可以通过调节发电机转速使发动机转速产生变化，此外，发动机的转矩和作用在齿圈上的转矩是成一定比例的，传到驱动轴上的转矩是从齿圈上
43、得到的转矩和电动机发出的转矩(为负时代表制动能量回收)的和，这种结构可以有非常灵活的控制策略，可实现对混合动力能量流的最优控制。目前，应用这种结构最成功的是丰田公司PriUS的驱动系统。2.3.2扭矩合成式PHEV动力传动系扭矩合成式PHEV动力传动系的动力合成装置为扭矩合成装置，其工作原理如图2.3所示。图2.3扭矩合成装置工作原理图如果用小i2分别表示扭矩合成装置对应于1输入、2输入的机械传动比，则存在下述关系式ToUt=hHnl+*2Tin2(2-4)%ut=i+货2-5)由于两动力总成通过扭矩合成装置(啮合齿轮传动、徒传动、传动带及CVT传动等)直接驱动车辆，因此它们的输出特性总和应能
44、满足车辆的牵引需求，否则，应在传动系中适当的位置布置变速箱。另外，由于所采用的扭矩合成装置结构以及传动轴数目的不同，扭矩合成式PHEV动力传动系又具有以下几种典型的结构型式。(1)单轴扭矩合成式PHEV动力传动系如图2.4所示，图2.4单扭矩合成式PHEV动力传动系统结构图发动机通过主传动轴和变速器相联，电动机的转矩通过齿轮和内燃机的转矩在变速器前进行复合，传到驱动轴上的功率是两者之和。关系式如下：Cs(Te+KTm-)Ins=ne=nmK(2-6)式中4、%、A-分别为发动机、电动机和变速器输入转矩%、%、Hm分别为变速器输入轴转速、发动机转速和电动机转速n、K传动效率和传动比在此结构中，发
45、动机、电动机和变速器输入轴之间的转速成一定的比例关系，随着路况和车速的变化，这些转速会随着变化。输出转矩的变化，可以通过式中的转矩关系，在发动机转矩保持恒定的条件下，通过调节电动机的转矩而获得。(2)双轴扭矩合成式PHEV动力传动系依据变速箱的具体位置不同，双轴扭矩合成式PHEV动力传动系具有2种布置方案，分别如图2.5、图2.6所示。在图2.5中，变速箱布置于动力元件和扭矩合成装置之间，变速箱的具体选择可以是多速、单一速比或CVT传动，变速箱几种可行的组合方案确定的传动系特点，如表2T所列。图2.5双轴扭矩合成式PHEV动力传动系统之一图2.6双轴扭矩合成式PHEV动力传动系统之二在图2.6
46、中，变速箱布置于扭矩合成装置和主减速器之间，变速箱的设置同等比例地提高了内燃机和电动机的输出扭矩，改善了汽车的动力性能，使系统采用小型内燃机和电动机成为可能。表2-1双轴扭矩合成式PHEV动力传动系之一中变速箱选择方案对比变速箱1变速箱2动力传动系特点多前进档变速箱多前进档变速箱提高了整车的加速能力和爬坡能力；提高了驱动系的总效率；传动系复杂，难于同时控制内燃机、电动机和变速箱多前进档变速箱单前进档变速箱仍充分利用了牵引电机的恒功率特性并改善了内燃机的扭矩特性；提高了内燃机的效率，减小了电动机单独驱动汽车的车速范围，从而减少了电池组的放电量。单前进档变速箱单前进档变速箱驱动系的结构和控制都比较简单；汽车的行驶功率需求难于同时满足，因此其动力元件参数的选择应充分考虑汽车的动力性需求。2.3.3牵引力合成式PHEV动力传动系牵引力合成式PHEV动力传动系的具体结构如图2.7所示。发动机和电动机之间无任何机械连接，它们通过各自的传动轴分别驱动车辆的前轮和后轮。5图2.7牵引力合成式PHEV动力传动系该动力传动系的显著优点是：汽车的驱动力由2个驱动轴承担,因此作用于每一驱动轴上的驱动力不会超出其轮胎地面附着极限；在标准的混合模式下，汽车主要由发动机驱动；在零排放模式下只使用电动机驱动；当汽车需要加速或爬坡，发动机和电动机同时驱动；该种
