【文章內容簡介】 。并且可以實現能量再生回收制動，當然,傳統的摩擦制動還是必要的, 這樣就需要考慮如何將兩套制動裝置合理利用、合理控制的問題。制動時, 由電子控制的再生制動系統和摩擦制動系統同時作用,制動性能將明顯提高。所以這種雙電機動力結構，在滿足客車高功率、加減速等瞬態(tài)工況頻繁需求的基礎上，既可實現一般電動汽車再生制動，又通過動力系統一定程度上的冗余設計，可實現當某個驅動系統出現系統級故障而被迫退出正常工作狀態(tài)后，通過整車控制器(VMS)的協調控制，單獨調節(jié)其它驅動系統以確保車輛能夠跛行回家。并且通過這種設計可實現與混合動力轎車動力系統零部的互換，降低開發(fā)成本、維護成本，為加快混合動力汽車產業(yè)化提供條件。圖12 本文研究的主要內容本文是基于雙電機輸入的要求，設計一種雙側輸入、單側輸出的兩檔耦合變速機構(如圖12中紅色部分)。首先根據原始參數，通過計算并匹配合適的電機。然后參考不同形式的減速器、變速器，對比若干合適方案，并選定課題所需變速箱設計型式。接著針對變速箱的工作需求，設計和選擇關鍵零部件，并進行方案論證。最后對系統運動干涉、壽命循環(huán)等進行了校核。第2章 動力耦合變速方案 豐田THS集成驅動系統介紹豐田公司于1997 年開始銷售混合動力的Prius ,它是世界第一款商業(yè)用途的大批量生產的混合動力汽車。豐田混合動力車的動力中樞是混合動力系統(THS —Toyota Hybrid System) ,它使汽油機和電力兩種動力系統通過串聯與并聯相結合的形式進行工作,達到低排放的效果。在2003 年4 月的紐約國際車展上,豐田推出了采用THS Ⅱ系統的新一代Prius ,使混合動力汽車的發(fā)展又向前邁了很大一步。THS是一種串并聯混合動力系統,它的動力分配裝置把動力分成兩路,一路是汽油機的動力直接傳到車輪,另一路(電路) 是發(fā)動機將能量轉變成電能,帶動電動機或給電池充電。THS Ⅱ系統的汽車驅動力是由直接的發(fā)動機驅動力和電動機的驅動力組合在一起的。車速越慢,由電動機發(fā)出的最大驅動力越大。由于提高了發(fā)電機轉速,THS Ⅱ系統可在車速較低的情況下,充分利用發(fā)動機的最大功率。另外,由于采用高電壓、大功率輸出的電動機,成功地提高了動力性能,增大了最大驅動力。由于沒有變速器,直接采用了發(fā)動機驅動力和電動機驅動力的組合,這樣使驅動力全方位地響應駕駛員的要求,從低速到高速,從低功率的巡航行駛到滿負荷加速。此外,在加速時,從只有電動機驅動到發(fā)動機啟動的時間減少了40 % ,大大改善了加速響應,為消除發(fā)動機啟動造成的沖擊,發(fā)電機精確地控制曲軸的停止位置。為保證在受到大負荷時,汽車的驅動力不受影響,如打開空調時,進行精確的驅動力調整控制,以達到平穩(wěn)連續(xù)行駛性能?；旌蟿恿鲃酉到y（如圖21所示）由動力分配裝置、發(fā)電機、電動機和減速器等組成。發(fā)動機的動力由動力分配裝置分為兩部分,一個動力輸出軸與電動機和車輪連接,另一個輸出軸與發(fā)電機相連。這樣,發(fā)動機從兩條路線傳遞,即機械路線和電路。也可安裝電控無級變速器,可連續(xù)地改變發(fā)動機轉速以及電動機和發(fā)電機轉速。圖21THS H 采用低摩擦球軸承傳動裝置,摩擦損失減小30 %。動力分配裝置采用行星齒輪機構。行星齒輪架的轉軸直接與發(fā)動機連接,通過行星齒輪把動力傳給外齒圈和內太陽輪。齒圈的轉軸直接與電動機連接,把驅動力傳給車輪,太陽輪直接與發(fā)電機連接[4]。見圖22。圖22 方案初選（1）方案一使用單向超越離合器使主驅動電機在高速時輔助電機脫離。適合于電動大客車、環(huán)衛(wèi)車等。如圖23圖23此方案的優(yōu)點是結構簡單，制造容易。不過其缺點也非常明顯，那就是雙向超越離合器不成熟，因此該方案不能實現正、反方向力的傳遞。而且機構布置不緊湊，體積大，不易于在車上布置。（2）方案二輔助電機經過一個行星減速機構減速，再由一對齒輪與中驅動電機進行動力耦合。如圖24。圖24此方案可以使動力較好的輸出，可以滿足設計需要，且具有一個變速功能，但是如此布置輔助電機的利用率會非常的低，大部分時間都是由主驅動電機驅動，而輔助電極處于空轉的狀態(tài)，而且整個機構跨度較大，不夠緊湊。（3）方案三輔助電機與主驅動電機經過一個行星齒輪系統進行動力耦合，如圖25。圖25此方案工作可靠，能夠將電機輸出的動力轉矩均勻的傳給減速器。但是這樣會使行星輪轉速過高，所以需要提前減速，多一對減速齒輪，體積相對大。齒圈既與電機耦合，又行星輪輸出，這將使齒圈的制造難度加大。而且齒圈鎖死與解鎖的執(zhí)行與控制也是一個不易解決的難題。 方案選定經過以上的方案的比較、分析，借鑒豐田THS的混合動力傳動系統，最終確定如下方案，如圖26。圖26在低速時,齒圈鎖死，電機A經較大速比減速增扭后驅動車輛；當車速較高即在20km/h左右時，齒圈解鎖，電機A和電機B通過行星齒輪轉速耦合后驅動車輛。此種方案借鑒了豐田THS的驅動系統，雖然看似簡單，但是可以滿足設計的要求，而且能使轉速轉矩均勻耦合，而且運行可靠。最關鍵的是此機構布置緊湊，合理，適合安裝在車上 ，利用電機同步可以實現無沖擊模式切換，動力輸出平順。此種多級齒輪的動力輸出形式，對電機跳動也有一定緩沖作用。第三章 電機參數匹配 設計要求已知純電動大客車設計要求及條件如下：最高車速 Umax80km/h；050km加速時間 t25s；最大爬坡度 a20%；續(xù)駛里程 300km；整車滿載質量 m=18噸；迎風面積 A=2540mm*3300mm=；后橋主減速比 ；輪胎 275/70 =。 永磁同步電動機在汽車上的應用永磁電動機可分為永磁直流有刷電動機與永磁無刷電動機。永磁式直流有刷電動機是將永磁放于不轉動的定子上而于轉子安置線圈, 因此須經由碳刷與換向片將電流傳遞至轉子上, 可經由機械接觸使電動機隨時處于最大轉矩, 但碳刷、換向片間的磨損與轉子線圈散熱不易等原因, 限制了電動機高速、大電流的應用, 此類電動機在車輛應用多集中于3000 rpm 與數百瓦的輸出功率以下的裝置。永磁無刷電動機則將永磁放在轉子上并使用其它感測組件的協助來實現碳刷、換向片的功能, 其優(yōu)點為散熱問題容易處理且無碳刷磨損等問題, 可以擺脫高速與大功率化的限制, 唯一需注意的是如何選配適合的換相感測組件與其安裝位置, 因為該類電動機需要匹配專用的驅動電路與換相檢測組件。目前該技術在混合汽車上的應用越來越多, 例如豐田與Honda 混合汽車采用此類電動機, 瞬間輸出功率達到數十千瓦與最高轉速需求在5000 rpm 以上。[5] 電機參數匹配計算電機系統主要由電機及其控制器、機械傳動裝置和驅動輪組成。與發(fā)動機特性不同，電機的機械特性是低速恒轉矩和高速恒功率，低速時，電機輸出轉矩大，正好滿足汽車起步或爬坡工況車速較低時需要較大轉矩的要求；高速時，電機輸出恒功率，滿足汽車的最高車速行駛要求；與汽車的行駛特性非常相符。由此，可用固定檔的齒輪傳動裝置來替代多速變速箱，簡化了機械傳動裝置結構。電機是電動大客車的驅動部件，故電機參數應由整車參數及其性能要求決定。相對于發(fā)動機而言，電機具有一定的過載能力。在選擇電機功率時，要綜合考慮電機的額定功率和最大功率。在設計中一般根據最高車速確定電機的額定功率，整車的加速、爬坡性能則與峰值功率密切相關。電機功率越大，整車的加速和爬坡性能越好，但電機功率增大將導致電機的體積和質量迅速增加，而且會使電機不能經常工作在額定功率附近，使電機的效率和功率因數下降，因此電機功率的合理選擇也十分重要。汽車行駛時，驅動力和行駛阻力（包括滾動阻力、空氣阻力、坡度阻力和加速阻力）相互平衡，即電機的功率和汽車行駛阻力功率也總是平衡的，其功率平衡方程式如下： ()式中，傳動效率，路面滾動阻力系數，汽車風阻系數，汽車行駛迎風面積，最高車速，爬坡車速，爬坡角度的值如表31所示。表31（m2）（km/h） （km/h）(176。)8010根據表31的參數，對滿足整車性能的電機功率需求計算如下：1） 滿足最高車速的功率：Pe≥(Mgf+CDAumax )umax3600η （）=（18000**+**80*80/）*80/3600/=（2646+2029）*80/3600/=4675*80/3600/=115KW根據方案的選擇，兩電機在動力耦合后功率應大于或等于115kw。2） 車輛此時所需牽引力：由T=(Mgf+CDAumax )*Ri0igη （）i10，ig。3） 行星架減速比k的選擇：設傳動系的傳動比為，傳動比應滿足汽車行駛最高車速的要求，根據汽車理論的知識可知： （）式中，車速；車輪滾動半徑；電機的最高轉速。由于電機的外特性與發(fā)動機的不同，串聯混合動力轎車的最高車速同時還受到電機最大功率的限制。確定最小傳動比，應考慮三個方面的因素：最大爬坡度、百公里加速時間和地面附著率。根據汽車理論知識可知： ()式中，汽車驅動力；車輪滾動半徑；電機轉矩，傳動效率?？梢?，傳動比越大，汽車的驅動力越大，整車的