【文章內(nèi)容簡介】 Wcm圖22 并聯(lián)式混合動力汽車示意圖 并聯(lián)式混合動力汽車可以利用發(fā)動機和電機共同驅動車輪。如圖3，由于發(fā)動機與驅動車輪之間直接相連，所以發(fā)動機的運轉受到驅動工況的影響。該系統(tǒng)可不需要發(fā)電機，因此提高了能量轉化效率。發(fā)動機動力系統(tǒng)主要用于中、高速的行駛工況；而電動／發(fā)電機動力系統(tǒng)用于中、低速的城市路況行駛，在汽車加速和爬坡時配合發(fā)動機動力系統(tǒng)驅動車輛，大大提高了汽車的加速性能和爬坡性能。 并聯(lián)式混合動力汽車具有以下特點： (1)結構簡單，特別是省去了獨立的發(fā)電機，兩套動力裝置可單獨或同時驅動，輸出總功率可以為兩個動力系統(tǒng)的疊加，因而單個動力系統(tǒng)功率可以減小，有利于機構布置； (2)兩套動力裝置可直接驅動車輪，因此效率提高，能量損失降低； (3)兩套動力裝置要根據(jù)車輛狀態(tài)進行切換，動力控制系統(tǒng)及機械切換系統(tǒng)相對復雜： (4)采用電動／發(fā)電機可以空載發(fā)電，及時補充蓄電池部分電能，延長蓄電池續(xù)行里程。在并聯(lián)式混合動力車輛驅動系中，聯(lián)接部件用于完成傳動系組成部件間的聯(lián)合。根據(jù)具體的聯(lián)接部件位置，并聯(lián)混合動力車輛具有單軸聯(lián)合式、雙軸聯(lián)合式和單個驅動系聯(lián)合式三種基本的布置方案。單軸聯(lián)合式是指車輛驅動系中機械動能的聯(lián)合是在原動機輸出軸處實現(xiàn)的，齒輪箱的輸入軸為單軸，發(fā)動機的輸出軸通過離合器后與電動機的轉子軸直接相連；雙軸聯(lián)合式是指車輛驅動系中機械動能的聯(lián)合是在齒輪箱中實現(xiàn)的，齒輪箱（減速／變速器)具有兩個或多個輸入軸，僅有一個輸出軸；單個驅動系聯(lián)合式是指車輛驅動系中機械動能的聯(lián)合是在車輛驅動輪處通過路面實現(xiàn)的，它具有兩套或多套獨立的驅動系。單個驅動系聯(lián)合式驅動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動性能，但系統(tǒng)組成比較龐大，控制復雜。2．3混聯(lián)式混合動力電動汽車 混聯(lián)式混合動力電動汽車綜合了串聯(lián)式和并聯(lián)式的結構特點，由發(fā)動機、電動／發(fā)電機和驅動電動機三大動力總成組成，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，但其結構復雜、成本高，目前應用并不廣泛，隨著控制技術和制造技術的發(fā)展，可能以后的HEV更傾向于此結構。綜合分析以上各個結構的優(yōu)缺點，本次設計采用并聯(lián)式結構。第三章 混合動力電動汽車驅動系統(tǒng)結構分析 混合動力汽車的驅動系統(tǒng)是所有用于傳遞能量并使車輛獲得運動能力的部件的總稱，包括車載能源、原動機和傳動系統(tǒng)三個主要部分。 在車輛驅動系中，用于能源存儲或用于能源存儲并進行能源的初始轉化以向原動機直接供能的所有部件總稱為車載能源，由能源存儲系統(tǒng)或能源存儲和轉化調(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(能源存儲系統(tǒng))，直接為原動機(內(nèi)燃機)供能：燃料電池車輛的車載能源由氫氣罐或儲氫金屬(能源存儲系統(tǒng))以及燃料電池反應堆(能源轉化調(diào)節(jié)系統(tǒng))兩部分組成。 原動機是指在車輛驅動系中把其他形式的能量轉化為可以直接驅動車輪轉動的機械動能的裝置，如普通車輛上的內(nèi)燃機、純電動車輛上的電動機等。 傳動系是指用于傳遞和調(diào)節(jié)原動機輸出的機械動能，并輸送給車輛驅動車輪，實現(xiàn)車輛正常行駛的所有部件。主要包括離合器、減速／變速器、傳動軸、主減速器、差速器、半軸以及驅動輪等。 混合動力汽車動力傳動系各部件特性、參數(shù)匹配及控制策略決定了整車的動力性、燃油經(jīng)濟性、排放特性、制造成本及重量?？紤]到充電設備的限制以及蓄電池組容量對車重的影響，混合動力電動汽車裝備小容量的蓄電池組，在行駛時電池荷電狀態(tài)保持在一定范圍內(nèi)變動，不需從外部電網(wǎng)充電，屬于電量維持型混合動力汽車。 混合動力電動汽車驅動系統(tǒng)主要包括發(fā)動機、發(fā)電機、電池組、電動機、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)電機與否根據(jù)車輛的行駛條件而定，如果汽車長時間行駛在交通擁擠的環(huán)境，則車輛有可能長時間處于停止狀態(tài)，需要配置發(fā)電機。反之，當車輛的需求驅動功率較小時，可由電動機工作在發(fā)電狀態(tài)向電池充電，省去發(fā)電機。簡化驅動系統(tǒng)結構。根據(jù)發(fā)動機和電機扭矩的耦合方式，混合動力電動汽車的驅動系統(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行耦合，采用這種布置方式能通過變速器同時改善發(fā)動機和電機的工作點，電機可以用來在較高的轉速下快速起動發(fā)動機，但是結構上較為復雜，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)動機Tice Wice油箱電動機Tcm Wcm電池U I圖31 扭矩在變速器輸入軸處耦合的驅動系統(tǒng)結構 第二種布置形式，如在圖32，電動機和發(fā)動機的扭矩在變速器輸出軸處耦合，變速器只傳遞發(fā)動機的輸出功率，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或帶傳動來實現(xiàn)。齒輪傳動效率高，結構緊湊，美國Wisconsin—Madison大學的UW Future Truck 2000就是采用齒輪傳動副耦臺發(fā)動機和電機的輸出扭矩；帶傳動布置靈活，具有防過載的特點，美國Ohio州立大學的Future Truck 2000、2001和Geofgia技術學院的FurureWreck都是帶傳動裝置，在實際中采用較多。差速器變速器扭矩耦合裝置離合器發(fā)動機Tice Wice油箱電動機Tcm Wcm電池U I圖32 扭矩在變速器輸出軸處耦合的驅動系統(tǒng)結構差速器變速器離合器發(fā)動機Tice Wice油箱電動機Tcm Wcm電池U I變速器差速器圖33 扭矩在車輪處耦合的驅動系統(tǒng)結構 第三種布置形式，如圖33，發(fā)動機和電機分別通過各自的傳動系驅動車輪。這種結構不需要扭矩耦合裝置，但是控制復雜，只適合于四輪驅動車輛。 考慮到現(xiàn)有的部分發(fā)動機和變速器配套設計，在發(fā)動機輸出軸進行扭矩耦合困難，并聯(lián)式混合動力電動汽車驅動系統(tǒng)采用第二種布置形式，扭矩通過帶傳動裝置在變速器輸出軸處進行扭矩耦合，不配置發(fā)電機。3．2車輛行駛時需求的驅動功率車輛在水平路面加速行駛時所需的功率按下式計算： （31）式中：Mv一汽車質量(kg)V 一車速(m／s) ρa—空氣密度(kg／m3)A—迎風面積(m2)δ一質量當量系數(shù)，此處取δ=1 Cd—風阻系數(shù)Cr— 滾動阻力系數(shù) 汽車在tm時間內(nèi)從靜止狀態(tài)全力加速至車速v。，其車速隨時間的變化近似為以下關系： （32） 從圖34可以看出，汽車在tm時刻附近的加速度近似相等，故可認為在tm的前一時刻的加速需求功率為最大。圖34 車輛起步加速時速度隨時間的變化情況 假定汽車加速行駛過程中，在tm—，采用向后差分可求得在tm1時刻的加速度，此時所需的最大加速功率可按下式計算： （33） 為便于以后的計算，將此方程簡寫為： Pa_max=aMv+b (34)其中：車輛勻速爬坡時所需的功率為： (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：一部分與車量的質量線性相關；另一部分是與質量無關的常量，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，所以加速時所需的功率比爬坡時要大。通過引入功率計算系數(shù)a、b、c、d，可以在下文計算各驅動系統(tǒng)部件的功率時計入自身重量的影響。 在設計計算時，將整車的質量看成是由四個部分組成：驅動系統(tǒng)底盤非傳動系部分、車身相關部分和載重。 (37) 式中：Mv — 汽車整車質量(kg)Mb — 車身相關部分質量(kg)Mch — 底盤非傳動系部分的質量（kg）Mdr — 驅動