【正文】 具體布置如圖 圖 總體布置圖 傳動裝置各軸的運動和動力參數的確定 經以上選型確定動力裝置的參數如表 表 動力裝置的參數表 動力裝置 最大功率kw 額定功率kw 額定轉速rpm 最高轉速rpm 最大扭矩 發(fā)動機 57 43 4000 6000 102 主電機 58 30 1200 6000 305 發(fā)動機 主電機 行星齒輪組 電機 /發(fā)電機 鏈輪從動軸 中間軸 半軸 哈爾濱工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文） 25 電機 /發(fā)電機 23 10 8000 12022 57 1． 各軸的轉速 齒圈軸 。具體的方案是：變速驅動橋的總體布置；傳動裝置各軸的運動和動力參數的確定；齒輪的結構設計與強度校核；軸的結構設計與強度校核；軸承的選擇與強度校核。最后，以整車尾氣排放、動力性和燃油經濟性為主要目標進行設計，得到混合動力電 動汽車動力總成各部件參數設計結果，為混合動力電動汽車系統(tǒng)的結構設計與模擬仿真提供可靠依據。 綜上所述，經計算的傳動比分配如表 表 傳動比分配表 傳動 傳動比 太陽輪與齒圈 鏈傳動 1 中間齒輪傳動 主減速器 本章小結 本章詳細地論述了混合動力汽車的動力總成各部件的選擇方法，以及同一部件不同類型的優(yōu)缺。汽車爬坡時車速低，可忽略空氣阻力，汽車的最大驅動力應為： () 得出， () 上式中的 a為車輛的爬坡度，一般車輛的爬坡度為 30％。一有以下關系： () 另外，一般中、大型客車 Domax取 ～ ，中級轎車 Domax取 ～ 。近年來為了提高燃油經性，出現了減小最小傳動比的趨勢。傳動系的總傳動比是傳動系中個部件傳動比的乘積，即 () 上式中， ig為變速器傳動比； io為主減速器傳動比； ic為分動器或副變速器傳動比。 (1) 最小傳動比的選擇汽車大多數時間是以最高檔行駛，即變速器的最小傳動比檔位行駛。圖 為電池的內阻與 SOC的關系曲線。 哈爾濱工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文） 22 一般對于并聯混合動力汽車應在長時間的穩(wěn)定運行前后電池的 SOC基本保持不 變，所以︱ SOC︱ 。 （三）鎳氫電池荷電狀態(tài) (SOC) 通常情況下把一定溫度的蓄電池充電到不能再吸收電量時的荷電狀態(tài)(SOC)定義為荷電狀態(tài) SOC=100％，而將蓄電池再不能放出電量時 的荷電狀態(tài)定義為荷電狀態(tài) SOC=0％。T () 上式中， C為蓄電池的容量，單位 Ah； I為恒定電流放電時的電流，單位為 h，T為放電至終止電壓時的時間，單位為 h。 實際容量是指在一定的放電條件下蓄電池實際放出的電量，等于放電電流與放電時間的乘積。常用安培小時數 (Ah)表示。 通過參考同類車型選擇 288V。如果蓄電池其他條件相同，那么電動勢越高的蓄電池，理論上能夠輸出的能量就越大。 電池參數設計計算 （一 ） 電壓等級 蓄電池的電動勢是蓄電池在理論上輸出能量大小的度量 之一，數值上等于熱力學的兩極平衡電極電位之差。 車輛由起步加速到速度 V的加速時間為： () 對于混合動力電動汽車在 CYC EDDS循環(huán)工況下進行仿真，可以得到電機峰值功率、整車啟動時間和車速關系的仿真結果如表 。 哈爾濱工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文） 20 電機參數設計計算 在低速低負荷時，關閉發(fā)動機，利用電機啟動整車，實現混合動力電動汽車在規(guī)定時間內單獨啟動整車到規(guī)定車速的要求。 上式的 V應為車輛額定行駛車速，即車輛經常行駛時的平均車速 Vavg ，這里的 V不能取設計目標中的最大值 Vmax。 表 整備質量 總質量， Kg 1277 滿載質量 總質量， Kg 1652 發(fā)動機 總排量， L 額定功率， KW/r/min 58/4200 最大扭矩， 變速器 傳動比范圍 ～ 主傳動比 車輪 輪轂 15英寸合金輪轂 輪胎 195/60R15 軸距 2500mm 重心高度 60mm 風阻系數 迎風面積 表 動力性 最高車速 (km／ h) 160 加速性能 ≤(0～ 100km/h) 最大爬坡度 ≥30％ 經濟性 等速行駛油耗 (L／ 100km) ≤(90 km／ h等速油耗 ) 多工況油耗 (L／ 100km) ≤， (市區(qū) +市郊工況 ) 哈爾濱工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文） 19 排放 國 Ⅲ 標準 發(fā)動機功率設計 HEV的發(fā)動機要求有一定的驅動功率，有足夠的動力性能和機動性能，能夠滿足 HEV的基本動力性能要求，并且能夠與驅動電動機一起提供 HEV所需的最大功率，使 HEV達到或接近燃油汽車的動力性能水平。 并聯式混合動力汽車動力系統(tǒng)的參數匹配與性能指標 整車參數與性能指標 本文所研究的混合動力汽車選用目前市場上 Pruis轎車作為基礎車型，其 基本參數如表 。同時從蓄電池應用的情況可以看出：鉛酸電池仍將在混合動力汽車上得到廣泛應用；鎳氫電池、鋰離子電池、鎳金屬氫化物電池隨著技術的不斷成熟、造價和使用成本的降低而成了中 期目標；燃料電池由于具有優(yōu)越的性能但技術開發(fā)難度大、價位高而成了遠期目標。 目前有可能應用的幾種能量存儲裝置如表 。因此，混合動力電動汽車上使用的儲能裝置應盡可能滿足如下要求： (1) 可在長時間內接收制動功率； (2) 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； (3) 混合動力汽車上的儲能元件需要頻繁地充放電，因此要求其充放電特性較好、自放電率較低以及輸出效率較高，其使用壽命即循環(huán)充放電的次數應較長； (4) 安全可靠，維修方便。 表 性能 直流電機 永磁電機 異步電機 開關磁阻電機 最大效率 (%) 85 95～ 97 94～ 95 ≤90 最高轉速 (r/min) 4000～ 6000 4000～ 10000 9000～ 15000 15000 電機費用 10 10～ 15 8～ 12 6～ 10 控制器成本 l 2． 5 3． 5 4． 5 堅固性 良 良 優(yōu) 良 哈爾濱工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文） 17 可靠性 普通 良 優(yōu) 良 注：電機費用和控制成奉的數值代表的是比例關系 在此本設計 中 選擇 異步 電機。 綜上所述，考慮到技術成熟度以及成本問題，永磁電機是目前混合動力電動汽車應用最廣泛的電動機，所以本課題選擇技術成熟和成本較低的永磁電機作為混合動力電動汽車的關鍵部件。電動汽車用永磁電動機主要有兩大類：電流反饋控制的永磁無刷直流電動機和永磁交流同步電動機。 根據永久磁鐵在永磁電動機上的布置，可分為表面永磁性 (SPM)和內置永磁性 (IPM)等幾種結構形式。但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 (易退磁 )，大功率輸出困難。永磁電機驅動系統(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％ )、功率因數高、體積小、功率密度大(可以遠大于 1KW／ kg)，變頻調速是永磁無刷同步電機的基本調速方式。但交流異 步電機的驅動系統(tǒng)應用的難題是其控制系統(tǒng)的控制技術難度大，導致它的控制軟、硬件成本都比較高、控制器的外形尺寸也比較大，但隨著電力電子技術、控制理論的發(fā)展以及感應電動機變頻調速技術日趨成熟，解決該問題將不再困難。目前國外的一些汽車公司正在對交流感應電動機的結構和向量控制方法進行研究和改進，使交流三相感應電動機更加適合電動汽車驅動系統(tǒng)的要求。但向量控制對電動車驅動系統(tǒng)來說也存在一定的問題，如在恒轉矩調速范圍內，電機的勵磁電流分量保持恒定這會導致電機在輕載時鐵耗增加，使整個驅動系統(tǒng)的效率下降。交流電機在整個低扭矩區(qū)的效率也高于直流電機，這說明交流電機驅動系統(tǒng)非常適合應用與混合動力汽車傳動系。由圖知 ，交流電機驅動系統(tǒng)在較寬的轉速范圍內都具有較高的效率。在早期開發(fā)的電動汽車上多采用傳統(tǒng)的直流電動機，但在低速低轉矩區(qū)，直流電機驅動系統(tǒng)的效率較低。圖 HEV驅動電機的分類，包括直流電機、永磁無刷電機、感應電機、開關磁阻電機等應用較多的幾種電機 圖 HEV驅動電機的分類 (1) 直流電動機 直流電動機的優(yōu)點是機械特性好，調速方便而且性能好。另外，電機還要求可靠性好、耐溫耐潮 性強，電磁輻射盡量小，運行時噪聲低，能夠在較惡劣的環(huán)境下長時期工作，結構簡單，適合大批量生產，使用維修方便，價格便宜等。電機采用的輕型材料，以降低電機質量、各種控制裝置的質量等； (d) 電機應具有較大的起動轉矩和較大范圍的調速性能，為車輛提供起動、加速、行駛、減速、制動等所需要的功率和轉矩，使混合動力汽車具有良好的起動性能和加速性能； (e) 電機應具有高效率、低損耗，并在車輛減速時，要求能實現雙向控制，實現再生制動能量的回收； (f) 裝備高壓保護設備。在允許的范圍內，盡可能采用高電壓，可以減小電機尺寸和導線等設備的尺寸，特別是可以降低逆變器的成本； (b) 高轉速。 另外，對電動機的選型還應綜合考慮其控制系統(tǒng)的特點，要求能實現雙向控制，對制動再生能量可以回收。當然，為進一步降低油耗和排放，發(fā)動機能夠適應頻繁的開關模式，開發(fā)適合混合動力汽車專用環(huán)保發(fā)動機是未來發(fā)展的趨勢。 串聯 并聯 對于混聯混合動力汽車，應用目前技術成熟的先進四沖程發(fā)動機不失為最佳選擇。 串聯 四沖程汽油機和柴油 優(yōu)點： (1)技術成熟； (2)熱效率較高。 缺點：響應時間較長 串聯 斯特林 發(fā)動機 優(yōu)點：具有高的熱效率、低排放和低噪盧性能。表 動力總成方案 表 發(fā)動機形式 特點 應用范圍 轉子發(fā) 動機 優(yōu)點： (1)具有尺寸小、重量輕、暖機迅速和扭矩速度曲線平坦； (2)最小燃油消耗率較高，達到了 300～ 360g／ 。另外還要考慮發(fā)動機的噪聲和振動、可靠性、使用壽命、維護成本、運行成本以及安全性能等因素。另外，某些混合動力汽車發(fā)動機是以開關 模式運行，比燃油車發(fā)動機更加頻繁地開關?；旌蟿恿Φ陌l(fā)動機并不是單獨提供加速或爬坡的峰值功率，而是和電機共同驅動，發(fā)動機額定功率通常由最常用或最經濟車速對應的需求驅動功率確定，因而混合動力汽車的發(fā)動機功率比燃油車小?；旌蟿恿ζ嚢l(fā)動機的選擇必須考慮到發(fā)動機的使用和 運行模式。 混聯式混合動力汽車動力匹配總成選型 混合動力電動汽車動力總成選型主要包括以下部分：發(fā)動機、車用電動機、儲能元件以及傳動系等，本節(jié)主要根據混合動力汽車的工作特性要求對動力元件的選型方案進行分析，最終選取符合整車設計性能的混合動力汽車動力總成元件。 哈爾濱工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文） 12 第 3 章 動力系統(tǒng)總成選型和參數設計 引言 本章首先論述了混合動力電動汽車動力總成的選型方案，具體的方案是：發(fā)動機選擇 Atkinson(艾金森 )循環(huán)的 Zetec四缸汽油發(fā)動機；電動機選擇永磁交流電機；蓄電池元件選擇電化學鎳氫電池；變速器選擇行星齒輪組無級變速器。具體工作包括： (1) 重點介紹串聯式、并聯式和混聯式混合動力汽車驅動系統(tǒng)結構以及工作原理，并對上述三種混合動力汽車各自的優(yōu)缺點進行詳細分析與說明； (2) 因為每種混合動力汽車的驅動系統(tǒng)結構都有各自的特點，而且行駛工況是隨時變化的。 本設計本著節(jié)能環(huán)保的理念選擇混聯混合動力系統(tǒng)。此時車輛并不是串聯式或者并聯式，而是介于串聯和并聯之間，充分利用兩種驅動方式的優(yōu)點。動力從發(fā)動機輸出到與其相連的行星架，行星架將一部分轉矩傳送到發(fā)電機，另一部分傳送到電動機并輸出到驅動軸。但是這種布置方式將會比單純的串聯式或并聯式增加更多的零部件，導致整車的尺寸增大和復雜程度增加。 一種可能的設計方式是將串聯式和并聯式的所有部件用一個離合器連接起來，使車輛在某種情況下以串聯式工作，在另一種情況下則以并聯式工作。 哈爾濱工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文） 11 混聯式混合動力汽車 (PSHEV) 混聯式驅動系統(tǒng)是串聯式與并聯式的綜合，它 的結構形式和控制方式充分發(fā)揮了兩種驅動形式各自的優(yōu)點。 并聯式混合動力電動汽車的缺點 ： (1) 由于并聯式混合動力汽車的發(fā)動機的運行工況要受汽車行駛工況的影響，因此，在汽車行駛工況變化較多，較復雜 時，發(fā)動機就會較多的在不良工況下運行，因此排放污染較嚴重； (2) 發(fā)動機和驅動系統(tǒng)的機械連接使得機械裝置較為復雜，增加了整車布置的難度。通常 “ 動力組合器 ”就是一個行星齒輪機構，這種裝置可以使發(fā)動機或電動機之間的轉速可以靈活的分配，但它們組合在特定的 “ 動力組合器 ” 中，因為 “ 動力組合器 ” 使它