【文章內(nèi)容簡介】 及缸數(shù) 氣門數(shù) 噴油方式 1498ml 68/6000(kw/rpm) 124NM 直列四缸 16氣門 電控 (1 ) 最大車速 max? =178km/h(純發(fā)動機驅(qū)動 )。 (2 ) 在車速 v=90km/h 時爬坡度 i 5% (純 發(fā)動機驅(qū)動 )。 圖 24 耦合系統(tǒng)在整車中的 布置方案圖 混 聯(lián)式混合動力汽車用電動機選型 在混合 動力汽車上 ,電動機的選用原則為 :(1)高性能、低自重和小尺寸 。(2)在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)有較高的效率 。(3)電磁輻射盡量小 。(4)成本低 :(5)維護方便。另外 ,對電動機的選用還應綜合考慮其控制系統(tǒng)的特點，要求能盡可能實現(xiàn)雙向控制，對制動能量可以回收。目前混合動力汽車使用的電動驅(qū)動系統(tǒng)主要有直流電機驅(qū)動系統(tǒng)和交流電機 驅(qū)動系統(tǒng)兩種。 直流電動機的優(yōu)點是機械性能好，調(diào)速方 便而且性能好。通常采用晶體管斬波器寬脈沖調(diào)制方法實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。由于直流電機驅(qū)動系統(tǒng)具有成本低、易于平滑調(diào)速、控制器簡單、技術(shù)成熟等優(yōu)點，曾在電動汽車上得到廣泛應用，但由于直流電動機在運行過程中需要電刷和換向器換向限制了電機轉(zhuǎn)速的進一步提高 (最高轉(zhuǎn)速6,0008,000r/min)，另外，電機本身效率較低、結(jié)構(gòu)復雜且體積大、重量大、價格高、維護不方便決定了它必然會被其他先進的電機比如交流電機所取代?；? 合 動 力汽車上用交 流電機驅(qū)動系統(tǒng)主要有采用異步電機的驅(qū)動系統(tǒng)和永磁電機的驅(qū)動系統(tǒng) ,也有部分電動機 采用了開關(guān)磁阻電機組成的交流驅(qū)動系統(tǒng)。交流異步電機驅(qū)動系統(tǒng)主要選用三相鼠籠異步電動機，該電動機結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、成本低廉、轉(zhuǎn)速極限極高，采用先進的控制技術(shù)，其動態(tài)性能可與直流電機調(diào)速相媲美。隨著電力電子技術(shù)、控制理論的發(fā)展以及感應電動機變頻調(diào)速技術(shù)日趨成熟，阻礙使用交流異步電機的控制技術(shù)已不存在。永 磁 電 機驅(qū)動系統(tǒng)主要選用永磁無刷同步電機，該電機沒有激磁銅耗、效率較高 (最大效率可達 95%)、功率因數(shù)高、體積小、功率密度大，其主要不足是永磁材料昂貴，制造工藝復雜，性能受溫度影響較大，大功率輸出困難。開關(guān) 磁 阻 電機驅(qū)動系統(tǒng)中的開關(guān)磁阻電機結(jié)構(gòu)十分簡單、成本較低、可靠性高、起動性能好、調(diào)速性能好，控制裝置也比較簡單，主要缺點為轉(zhuǎn)矩脈動達、噪聲大、必須使用位置監(jiān)測器、按照定子的凸極數(shù)來確定逆變器和電機的引出線等，實際上，開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)目前只被少數(shù)公司使用，但開關(guān)磁阻電機由于其性能特點和制造優(yōu)勢，隨著技術(shù)的成熟也有著較好的應用前景。總之 ，考慮到技術(shù)發(fā)展趨勢和性能要求，驅(qū)動系統(tǒng)成了混合動力汽車的主要選擇，其中異步電機驅(qū)動系統(tǒng)和永磁電機驅(qū)動系統(tǒng)更具應用潛力，而其它電機比如開關(guān)磁阻電機隨著技術(shù)的不斷完善也將 具有一定的應用前景。 本論文采用交流感應式異步電機，額定轉(zhuǎn)矩 90N m，額定功率 17kw，峰值功率 30kw. 混合動力汽車用儲能元件選型 在混合 動力汽車中 ,儲能元件起著向電動機供能以及向動力傳動系輸出峰值功率的作用，另外還接收制動再生能量并將其存儲起來。能量回收對提高混合動力汽車的總效率是非常有意義的，據(jù)文獻介紹，對應 EPA混合燃油循環(huán)，能量回收制動可減少車輛驅(qū) 動能量需求的 14%。因此在混合動力汽車上要求儲能裝置應在長時間內(nèi)能夠接收制動功率，為使儲能裝置不致太龐大和過重，要求其應具有比較高的比功率 和比能量。同時混合動力汽車上的儲能元件需要頻繁地充放電，因此還要求它的充放電特性較好，自放電率較低，輸出效率較高，其使用壽命即循環(huán)充放電的次數(shù)應較長。另外為降低整車的價格，儲能元件的成本亦不能太高。目前 應 用 較為廣泛的儲能裝置有飛輪電池、超級電容、電化學電池、燃料電池四種。飛輪電池具有 24kw/kg 的比功率和 125wh/kg 的比能量并且?guī)缀趺饩S護，具有較低的壽命周期成本，使之十分適合作重型卡車混合動力傳動系的儲能元件，目前，飛輪電池難以推廣應用的原因是其昂貴的價格以及使用過程中的安全可靠性能。超級電容 由于其比能量較低，只適合于比能量需求較低的輕度混合動力汽車，俄羅斯有關(guān)專家也指出在輕度混合動力汽車采用電容儲能器將更加合理。當前在中度及其以上的混合動力汽車中使用較多、技術(shù)較為成熟的是電化學電池即蓄電池，它包含了鉛酸電池、鎳氫電池和銼離子電池等。 鉛酸電池是汽車儲能動力源中較為成熟的一種，它的比能量一般為 3040wh/kg，比功率一般為 150200w/kg，循環(huán)使用壽命一般為 500700 次。它具有可靠性高、原料易得、價格便宜等優(yōu)點 ,比功率也較高，基本上能滿足混合動力汽車加速度和爬坡要求 。但常規(guī)的鉛酸電池 比能量低、難于快速充電、使用壽命不夠長。另外 ,過放電和過充電時 ,鉛酸電池的使用壽命將顯著縮短，深度放電以及環(huán)境溫度也對電池性能影響很大。這限制了它在混合動力汽車上的廣泛應用。 綜上我們選取的 電池 為 NiMH 電池，標稱容量 16A． h，總電壓 288V： 主減速器速比 的確定 對于裝備 CVT 的并聯(lián)式混合動力汽車，原則上應盡可能選取較大的主減速器速比 gi , gi 越大，汽車的加速和爬坡能力越強，所需的電機、電池組 容量就越小。 gi 的大小要滿足以下兩個限制條件。 (1)保證發(fā)動機按最小燃油消耗特性運行 當汽車在純發(fā)動機驅(qū)動工況勻速行駛時， gi 的最大值應能保證當 CVT 速比調(diào)到最小 值時，發(fā)動機在最低限制轉(zhuǎn)速時也能按最小燃油消耗特性工作。由于無論當汽車空載或滿載時均要求使發(fā)動機按照最小燃油消耗特性來工 作，所以汽車阻力功率按空載工況計算。設(shè)發(fā)動機轉(zhuǎn)速 n=1500r/min 所對應的功 率等于車速為 0? 時的阻力功率，則得到以下不等式 : gi ? m in / ( )er r ri ? (212) 式中 ern 為發(fā)動機最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 ern =1500r/min. minci 為 CVT最小速比 . 車速 0? 由下式?jīng)Q定 : 3003 6 0 0 7 6 1 4 0 0 /De H tPm g f C A?? ???? ? ? ? ??????? (213) (2) 保證純發(fā)動機驅(qū)動工況的最高車速設(shè)汽車以最大速比原地起步加速，油門全開 ,當發(fā)動機運行到最大功率點 B 時 (如圖 )所示，控制發(fā)動機保持在最大功率點工作 ,并減少 CVT 速比使車速增加，直至達到最高車速 C 點。 i0的大小應能保證當 CVT 速比調(diào)到最大值時，汽車的計算車速不低于設(shè)計所要求的最高車速，即 : m a x m i n0 . 3 7 7 / ( )g e p r ci n r i?? ? ? ? (214) 式中 : epn 為 發(fā)動機最大功率所對應的轉(zhuǎn)速 . 最后配合程序計算的主減速器的速比為 gi =4 .045. 3 金屬帶傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計 金屬帶式 CVT 的無級變速原理 金屬帶式 CVT 主要由金屬帶和主、從動輪組成，主、從動 帶輪均為組合結(jié)構(gòu)，都是由可動錐盤和固定錐盤組成，與油缸靠近的一側(cè)可動錐盤可以在軸上移動。另一錐盤與軸固定?？伞膭渝F盤都是楔形面結(jié)構(gòu)，當動力傳到主動輪上，液壓缸在控制下對主動帶輪可動錐盤產(chǎn)生軸向夾緊力，金屬帶的 V 型金屬塊的側(cè)邊接觸產(chǎn)生摩擦力向前帶動金屬塊，這樣使后面的金屬塊擠壓前面的金屬塊，在二者之間產(chǎn)生擠推力，由于金屬帶的帶長一定，在金屬帶張力的作用下，金屬帶推動從動帶輪可動錐盤，產(chǎn)生軸向移動，從而改變了金屬帶在主、從動輪上作用半徑，實現(xiàn)無級變速傳動。如圖 31 所示。 圖 31 金屬帶式 CVT 的 無級變速原理 金屬帶式 CVT 的關(guān)鍵部件 金屬帶 金屬帶式 CVT 的快速發(fā)展得益于金屬帶制造技術(shù)的成熟，在金屬帶式 CVT 中，金屬帶 帶輪是其核心部分。金屬帶要允許兩個帶輪之間進行高扭矩傳遞，金屬帶組件因承受主動輪和從動輪的運動載荷而被壓縮在一起，金屬帶的組件將產(chǎn)生擠推作用 ,而不像其它傳動帶那樣產(chǎn)生的是拉伸作用，這種結(jié)構(gòu)的效果就是，增加了帶輪表面的摩擦力，減少打滑。金屬帶是一套非常精密的組件，金屬塊和金屬環(huán)的加工制造都有嚴格的精度和性能要求。金屬帶中的金屬鋼環(huán)組的各層金屬環(huán)應均載，否則會出 現(xiàn)一層斷，整體斷的嚴重事故，另外形位公差、尺寸公差和配合公差的要求相當高，所以加工精度高，材料、工藝要求苛刻，綜合成本極高，只有少數(shù)國家可以生產(chǎn) . 目前金屬帶 (圖 32)一般 由厚度為 寬度為 24mm 或 30mm 的 300400片鋼片以及 兩匝 各 612 層的鋼環(huán)構(gòu)成 . 圖 32 目前金屬帶的結(jié)構(gòu)圖 金屬鋼環(huán)組 兩束金屬鋼環(huán)組夾在金屬塊兩側(cè)的狹槽內(nèi)，其中每層金屬環(huán)是厚度為 的無縫環(huán)帶。金屬鋼環(huán)組的功能一是引導 V 型的金屬塊運動，二是承擔金屬帶中的全部預緊力。 金屬鋼 環(huán)組要承受一個相當高的張力，當金屬帶工作在相對較小半徑時，將產(chǎn)生較大彎曲應力，這極大的降低金屬帶的壽命，因此金屬鋼環(huán)組通常采用多層薄金屬環(huán)組成 以降低彎曲應力的影響。金屬環(huán)的最小厚度還受到加工條件的限制。金屬環(huán)要有較高的韌性，須能抗 數(shù) 億次彎曲循環(huán)次數(shù)，此外金屬鋼環(huán)組中的各層金屬環(huán)還必須均載，即上層金屬環(huán)的內(nèi)徑和下層金屬環(huán)的外徑公差應在 ～ ，且兩個連續(xù)金屬環(huán)之間的應力差不超過 30～ 60MPa，最里層與最外層金屬環(huán)之間的應力差為 30～ 60MPa，否則金屬帶在傳動中極易損壞，嚴重影響 CVT的壽命。 金屬環(huán)的層數(shù)和尺寸對 V 型金屬帶的韌性和傳遞轉(zhuǎn)矩起著重要作用，特別是金屬環(huán)的厚度是非常重要。見表 2 金屬環(huán)的材料通常采用高強度合金，抗沖擊，冷軋收縮量等符合要求的馬氏體時效鋼帶，屬很純的低碳鋼，約含 18%的 Ni 及 Co、 Mo 等，例如采用薄鋼板馬氏體鋼帶，厚度是 ，經(jīng)退火后被冷軋到 . 金屬塊 如下圖 所示為 V 型金屬塊的幾何尺寸圖，其楔角為 11，金屬塊鞍座面到搖擺棱的高度為 。 V 型金屬塊的主要功能是傳遞轉(zhuǎn)矩，由于高效、低噪音的要求，金屬塊必須能夠保持在金屬環(huán)張力引 起的預緊力下工作。 V 型金屬塊之間的接觸面是曲面，金屬塊側(cè)面槽里的支撐面是雙曲面。基于彈性特性、強度及低噪音的要求，金屬塊的厚度一般在 ～ . 凸凹和孔結(jié)構(gòu)能防止金屬塊的偏移，在傳動帶直線部分的凸凹可以防止金屬塊之間相互錯位，當傳動帶回轉(zhuǎn)在曲線部分（帶輪之間），因為金屬塊間相互自由位移，上述的錯位也因此不會產(chǎn)生。金屬塊的材料采用是滾動軸承鋼。 主、從動帶輪 金屬帶式 CVT 中只有兩個工作帶輪：主動帶輪和從動帶輪 [。兩者之間是通過金屬帶連接在一起，帶輪應具有如下功能： （ 1）提供可 變的帶輪直徑，從而允許金屬帶按各種速比進行動力傳遞。 （ 2）對金屬帶保持足夠的側(cè)向壓力，以防止金屬帶打滑，因為打滑將會損壞金屬帶及帶輪。 （ 3）保證金屬帶與帶輪的接觸面必須有足夠的硬度，以便抗擠壓和磨損。 （ 4）每個帶輪包含一個固定錐盤和一個活動錐盤。主動錐盤與輸入軸固定，從動錐盤直接安裝在從動輪軸上并能沿軸向移動。 （ 5）液壓系統(tǒng)向每只可動錐盤施加連續(xù)變化的液壓。 （ 6）通過彈簧力、液壓、金屬帶的共同作用，有效地改變帶輪的工作半徑，實現(xiàn)速比連續(xù)變化。 圖 33 金屬帶輪結(jié)構(gòu)圖 帶輪中固定錐盤與軸做成 一體，可動錐盤通過花鍵聯(lián)結(jié)與軸同步旋轉(zhuǎn)，并且能在軸上做軸向移動，在液壓控制系統(tǒng)的作用作軸向移動，可連續(xù)地改變主、從動輪的工作半徑，實現(xiàn)無級變速傳動，這就是稱之為無級變速器的原因所在，在速比改變時，主、從動輪的可