【文章內(nèi)容簡介】 Wcm圖22 并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車示意圖 并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車可以利用發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)車輪。如圖3，由于發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)車輪之間直接相連，所以發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)受到驅(qū)動(dòng)工況的影響。該系統(tǒng)可不需要發(fā)電機(jī)，因此提高了能量轉(zhuǎn)化效率。發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)主要用于中、高速的行駛工況；而電動(dòng)／發(fā)電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)用于中、低速的城市路況行駛，在汽車加速和爬坡時(shí)配合發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)車輛，大大提高了汽車的加速性能和爬坡性能。 并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車具有以下特點(diǎn)： (1)結(jié)構(gòu)簡單，特別是省去了獨(dú)立的發(fā)電機(jī)，兩套動(dòng)力裝置可單獨(dú)或同時(shí)驅(qū)動(dòng)，輸出總功率可以為兩個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的疊加，因而單個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)功率可以減小，有利于機(jī)構(gòu)布置； (2)兩套動(dòng)力裝置可直接驅(qū)動(dòng)車輪，因此效率提高，能量損失降低； (3)兩套動(dòng)力裝置要根據(jù)車輛狀態(tài)進(jìn)行切換，動(dòng)力控制系統(tǒng)及機(jī)械切換系統(tǒng)相對復(fù)雜： (4)采用電動(dòng)／發(fā)電機(jī)可以空載發(fā)電，及時(shí)補(bǔ)充蓄電池部分電能，延長蓄電池續(xù)行里程。在并聯(lián)式混合動(dòng)力車輛驅(qū)動(dòng)系中，聯(lián)接部件用于完成傳動(dòng)系組成部件間的聯(lián)合。根據(jù)具體的聯(lián)接部件位置，并聯(lián)混合動(dòng)力車輛具有單軸聯(lián)合式、雙軸聯(lián)合式和單個(gè)驅(qū)動(dòng)系聯(lián)合式三種基本的布置方案。單軸聯(lián)合式是指車輛驅(qū)動(dòng)系中機(jī)械動(dòng)能的聯(lián)合是在原動(dòng)機(jī)輸出軸處實(shí)現(xiàn)的，齒輪箱的輸入軸為單軸，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸通過離合器后與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子軸直接相連；雙軸聯(lián)合式是指車輛驅(qū)動(dòng)系中機(jī)械動(dòng)能的聯(lián)合是在齒輪箱中實(shí)現(xiàn)的，齒輪箱（減速／變速器)具有兩個(gè)或多個(gè)輸入軸，僅有一個(gè)輸出軸；單個(gè)驅(qū)動(dòng)系聯(lián)合式是指車輛驅(qū)動(dòng)系中機(jī)械動(dòng)能的聯(lián)合是在車輛驅(qū)動(dòng)輪處通過路面實(shí)現(xiàn)的，它具有兩套或多套獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)系。單個(gè)驅(qū)動(dòng)系聯(lián)合式驅(qū)動(dòng)系在充分利用車輛的地面附著力方面具有優(yōu)勢，通過合理地控制，可大大改善車輛的驅(qū)動(dòng)性能，但系統(tǒng)組成比較龐大，控制復(fù)雜。2．3混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車綜合了串聯(lián)式和并聯(lián)式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，由發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)／發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)三大動(dòng)力總成組成，可以根據(jù)行駛條件以串聯(lián)和并聯(lián)模式工作，所以，混聯(lián)系統(tǒng)具有串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)的雙重特性，具有兩種布置形式：切換系統(tǒng)和分路系統(tǒng)。盡管如此，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，目前應(yīng)用并不廣泛，隨著控制技術(shù)和制造技術(shù)的發(fā)展，可能以后的HEV更傾向于此結(jié)構(gòu)。綜合分析以上各個(gè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)采用并聯(lián)式結(jié)構(gòu)。第三章 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析 混合動(dòng)力汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是所有用于傳遞能量并使車輛獲得運(yùn)動(dòng)能力的部件的總稱，包括車載能源、原動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)三個(gè)主要部分。 在車輛驅(qū)動(dòng)系中，用于能源存儲(chǔ)或用于能源存儲(chǔ)并進(jìn)行能源的初始轉(zhuǎn)化以向原動(dòng)機(jī)直接供能的所有部件總稱為車載能源，由能源存儲(chǔ)系統(tǒng)或能源存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成。例如：傳統(tǒng)燃油車輛的車載能源為油箱(能源存儲(chǔ)系統(tǒng))，直接為原動(dòng)機(jī)(內(nèi)燃機(jī))供能：燃料電池車輛的車載能源由氫氣罐或儲(chǔ)氫金屬(能源存儲(chǔ)系統(tǒng))以及燃料電池反應(yīng)堆(能源轉(zhuǎn)化調(diào)節(jié)系統(tǒng))兩部分組成。 原動(dòng)機(jī)是指在車輛驅(qū)動(dòng)系中把其他形式的能量轉(zhuǎn)化為可以直接驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械動(dòng)能的裝置，如普通車輛上的內(nèi)燃機(jī)、純電動(dòng)車輛上的電動(dòng)機(jī)等。 傳動(dòng)系是指用于傳遞和調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械動(dòng)能，并輸送給車輛驅(qū)動(dòng)車輪，實(shí)現(xiàn)車輛正常行駛的所有部件。主要包括離合器、減速／變速器、傳動(dòng)軸、主減速器、差速器、半軸以及驅(qū)動(dòng)輪等。 混合動(dòng)力汽車動(dòng)力傳動(dòng)系各部件特性、參數(shù)匹配及控制策略決定了整車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、排放特性、制造成本及重量。考慮到充電設(shè)備的限制以及蓄電池組容量對車重的影響，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車裝備小容量的蓄電池組，在行駛時(shí)電池荷電狀態(tài)保持在一定范圍內(nèi)變動(dòng)，不需從外部電網(wǎng)充電，屬于電量維持型混合動(dòng)力汽車。 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電池組、電動(dòng)機(jī)、功率變換器、扭矩耦合裝置、變速器和離合器等部件。 配置發(fā)電機(jī)與否根據(jù)車輛的行駛條件而定，如果汽車長時(shí)間行駛在交通擁擠的環(huán)境，則車輛有可能長時(shí)間處于停止?fàn)顟B(tài)，需要配置發(fā)電機(jī)。反之，當(dāng)車輛的需求驅(qū)動(dòng)功率較小時(shí)，可由電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)向電池充電，省去發(fā)電機(jī)。簡化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)扭矩的耦合方式，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有三種布置形式： 第一種布置形式，如圖31，扭矩在變速器輸入軸處進(jìn)行耦合，采用這種布置方式能通過變速器同時(shí)改善發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的工作點(diǎn)，電機(jī)可以用來在較高的轉(zhuǎn)速下快速起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，但是結(jié)構(gòu)上較為復(fù)雜，變速器的功率要求較大。差速器變速器扭矩耦合裝置離合器發(fā)動(dòng)機(jī)Tice Wice油箱電動(dòng)機(jī)Tcm Wcm電池U I圖31 扭矩在變速器輸入軸處耦合的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 第二種布置形式，如在圖32，電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩在變速器輸出軸處耦合，變速器只傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，所以變速器額定功率可小于第一種布置形式。上述的兩種布置形式中，扭矩耦合裝置可以采用齒輪傳動(dòng)或帶傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。齒輪傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，美國Wisconsin—Madison大學(xué)的UW Future Truck 2000就是采用齒輪傳動(dòng)副耦臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的輸出扭矩；帶傳動(dòng)布置靈活，具有防過載的特點(diǎn)，美國Ohio州立大學(xué)的Future Truck 2000、2001和Geofgia技術(shù)學(xué)院的FurureWreck都是帶傳動(dòng)裝置，在實(shí)際中采用較多。差速器變速器扭矩耦合裝置離合器發(fā)動(dòng)機(jī)Tice Wice油箱電動(dòng)機(jī)Tcm Wcm電池U I圖32 扭矩在變速器輸出軸處耦合的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)差速器變速器離合器發(fā)動(dòng)機(jī)Tice Wice油箱電動(dòng)機(jī)Tcm Wcm電池U I變速器差速器圖33 扭矩在車輪處耦合的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 第三種布置形式，如圖33，發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)分別通過各自的傳動(dòng)系驅(qū)動(dòng)車輪。這種結(jié)構(gòu)不需要扭矩耦合裝置，但是控制復(fù)雜，只適合于四輪驅(qū)動(dòng)車輛。 考慮到現(xiàn)有的部分發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器配套設(shè)計(jì)，在發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸進(jìn)行扭矩耦合困難，并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用第二種布置形式，扭矩通過帶傳動(dòng)裝置在變速器輸出軸處進(jìn)行扭矩耦合，不配置發(fā)電機(jī)。3．2車輛行駛時(shí)需求的驅(qū)動(dòng)功率車輛在水平路面加速行駛時(shí)所需的功率按下式計(jì)算： （31）式中：Mv一汽車質(zhì)量(kg)V 一車速(m／s) ρa(bǔ)—空氣密度(kg／m3)A—迎風(fēng)面積(m2)δ一質(zhì)量當(dāng)量系數(shù)，此處取δ=1 Cd—風(fēng)阻系數(shù)Cr— 滾動(dòng)阻力系數(shù) 汽車在tm時(shí)間內(nèi)從靜止?fàn)顟B(tài)全力加速至車速v。，其車速隨時(shí)間的變化近似為以下關(guān)系： （32） 從圖34可以看出，汽車在tm時(shí)刻附近的加速度近似相等，故可認(rèn)為在tm的前一時(shí)刻的加速需求功率為最大。圖34 車輛起步加速時(shí)速度隨時(shí)間的變化情況 假定汽車加速行駛過程中，在tm—，采用向后差分可求得在tm1時(shí)刻的加速度，此時(shí)所需的最大加速功率可按下式計(jì)算： （33） 為便于以后的計(jì)算，將此方程簡寫為： Pa_max=aMv+b (34)其中：車輛勻速爬坡時(shí)所需的功率為： (35)式中θ表示斜坡傾角。同理，將其簡寫為： (36)其中： 通過上述的分析可知，車輛所需的加速功率和爬坡功率都是由兩部分組成：一部分與車量的質(zhì)量線性相關(guān)；另一部分是與質(zhì)量無關(guān)的常量，用以克服空氣阻力。一般情況下車輛要求的爬坡度不是很大，所以加速時(shí)所需的功率比爬坡時(shí)要大。通過引入功率計(jì)算系數(shù)a、b、c、d，可以在下文計(jì)算各驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)部件的功率時(shí)計(jì)入自身重量的影響。 在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，將整車的質(zhì)量看成是由四個(gè)部分組成：驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底盤非傳動(dòng)系部分、車身相關(guān)部分和載重。 (37) 式中：Mv — 汽車整車質(zhì)量(kg)Mb — 車身相關(guān)部分質(zhì)量(kg)Mch — 底盤非傳動(dòng)系部分的質(zhì)量（kg）Mdr — 驅(qū)動(dòng)