【正文】 三大汽車集團(tuán)都在進(jìn)行有關(guān)電動(dòng)汽車項(xiàng)目的開發(fā)及課題研究，全國承擔(dān)該項(xiàng)目的企、事業(yè)單位約有200多家。國家863計(jì)劃中已經(jīng)明確中國電動(dòng)汽車發(fā)展要遵循燃料電池汽車第一位，混合動(dòng)力汽車第二位，兼顧純電動(dòng)汽車的基本原則。 國外現(xiàn)狀由于電動(dòng)客車非常適合城市公交運(yùn)輸，對緩解交通堵塞、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源有著非常明顯的積極作用，且易于被公眾接受，所以，國外許多大公司都積極開發(fā)電動(dòng)客車技術(shù)。美國紐約從1998年起，使用了由Orion客車公司生產(chǎn)的BAE串聯(lián)式混合動(dòng)力城市客車。同年，美國西雅圖市購買了235輛裝備有通用公司Allison Transmission開發(fā)的EPSystem并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的混合動(dòng)力電動(dòng)客車，并于2004年6月9日投入運(yùn)營。日野公司早在1994年就推出了混合動(dòng)力的HIMR大客車、載貨車和專用車，到2001年已銷售250輛。IVE—CO推出12 m的混合動(dòng)力大客車，已在順利的試運(yùn)行。在美國大約有40個(gè)不同的城市已經(jīng)使用或計(jì)劃使用混合動(dòng)力客車及技術(shù)。表11給出當(dāng)前世界各地混合動(dòng)力城市客車的應(yīng)用情況。Production}(汽車制造與生產(chǎn))期刊報(bào)道，預(yù)計(jì)世界汽車市場上2010年混合動(dòng)力車輛將達(dá)100萬輛，2015年混合動(dòng)力車輛將在世界汽車市場份額中占15％，2020年占25％。2003年，歐盟發(fā)布了氫發(fā)展構(gòu)想報(bào)告和行動(dòng)計(jì)劃，表示要在3年內(nèi)開展“歐洲清潔城市運(yùn)輸項(xiàng)目計(jì)劃”。36輛試驗(yàn)車3年的累計(jì)行程約達(dá)100萬km，共運(yùn)送旅客500多萬人次。比如斯德哥爾摩冬天的溫度只有零下20℃；馬德里和巴塞羅那夏季炎熱，溫度經(jīng)常沖破43℃；在雷克亞未克，它們要經(jīng)受高鹽度的大西洋空氣的考驗(yàn)；倫敦、阿姆斯特丹和盧森堡雖然空氣溫和，但是地形各異，交通密度也不同：波爾圖公交的特點(diǎn)是停站多、道路坡度大，這里的平均時(shí)速只有9 km；而在澳大利亞的佩斯，車站少、車速高，2．5 h的線路經(jīng)常只有10 min的停車時(shí)間。2005年5月11日，歐盟委員會(huì)正式宣布，自2003年起在歐洲10個(gè)城市展開的“歐洲清潔城市運(yùn)輸項(xiàng)目計(jì)劃”圓滿結(jié)束，并同時(shí)宣布，將在全歐盟范圍內(nèi)進(jìn)一步推廣普及氫燃料電池公交車。有關(guān)數(shù)據(jù)表明，到2010年中國城市客車保有量將達(dá)到35萬40萬輛。從20世紀(jì)末開始，不少企、事業(yè)單位對電動(dòng)客車進(jìn)行了研究和開發(fā)。圖11 奧運(yùn)電動(dòng)客車中國燃料電池公共汽車商用化示范項(xiàng)目啟動(dòng)會(huì)于2003年3月27日在京召開，標(biāo)志著這一由中國政府、全球環(huán)境基金(GEF)、聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署(I聊)共同支持，科技部和北京市、上海市共同組織實(shí)施的項(xiàng)目進(jìn)入實(shí)施階段。中國燃料電池公共汽車商用化示范項(xiàng)目為時(shí)5年，根據(jù)北京和上海的地域和資源特點(diǎn)各分別提出燃料電池公共汽車系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)，采用全球招標(biāo)方式購置12輛燃料電池公共汽車，并建立相應(yīng)加氫設(shè)施，在北京和上海(各6輛)示范運(yùn)行，預(yù)計(jì)運(yùn)行160萬km。此外，長春一汽集團(tuán)、武漢理工大學(xué)、哈爾濱中強(qiáng)集團(tuán)、北京理工大學(xué)、上海汽車集團(tuán)、華南理工大學(xué)、鄭州宇通集團(tuán)、合肥安凱公司等單位也都投入到了混合動(dòng)力客車的研發(fā)大潮中。目前，市場上使用的電動(dòng)汽車一次充電后的續(xù)駛里程一般為100240 km，且這個(gè)數(shù)字通常還需要保持適當(dāng)?shù)男旭偹俣纫约熬哂辛己玫碾姵卣{(diào)節(jié)系統(tǒng)才能得到保證。與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車相比，電動(dòng)汽車較短的續(xù)駛里程已成為其“致命”的弱點(diǎn)。盡管電池品種繁多，各有千秋，但其裝備電動(dòng)汽車后，普遍存在續(xù)駛里程短、加速動(dòng)力差且壽命短等問題。鈉硫電池的能量勵(lì)力比值較高，能夠提供較長的續(xù)駛里程和較大的加速動(dòng)力，但它要求的工作環(huán)境較苛刻，且其活性物質(zhì)具有強(qiáng)腐化性并易爆炸。因此，就總體上看，目前還沒有非常理想的電池?，F(xiàn)有電動(dòng)汽車所使用的電池，都不能在儲(chǔ)存足夠能量的前提下保持合理的尺寸和重量。主要是電池技術(shù)復(fù)雜，成本太高。（5）間接污染嚴(yán)重。如鉛酸電池中的鉛，從開采、冶煉到生產(chǎn)的排污，都會(huì)對環(huán)境造成污染。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)雙電機(jī)結(jié)構(gòu) 一般電動(dòng)客車動(dòng)力布置通常電動(dòng)大客車都是采用一個(gè)大功率驅(qū)動(dòng)電機(jī)加變速箱加一個(gè)固定比減速器的方式來完成動(dòng)力輸出的。不過首要存在的問題就是一般大客車上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)都是永磁同步電機(jī)，因?yàn)槠涓吖β拭芏?、高效率等?yōu)點(diǎn)同益成為混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)首選方式，但目前客車車用大功率(150kw)高轉(zhuǎn)矩的永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)在國內(nèi)尚不成熟。其次，系統(tǒng)可靠性和傳動(dòng)效率受變速機(jī)構(gòu)技術(shù)成熟度的制約。 主輔電機(jī)集成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主輔電機(jī)集成驅(qū)動(dòng)是指汽車由一個(gè)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)和一個(gè)輔助電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)，其中主驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用固定減速比全程參與整車驅(qū)動(dòng)，輔助電機(jī)經(jīng)大速比減速機(jī)構(gòu)輸出大轉(zhuǎn)矩與主驅(qū)動(dòng)電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)以滿足整車低速爬坡和加速的動(dòng)力需求。此外，與傳統(tǒng)汽車不同的是,電機(jī)在低速時(shí)可以提供滿載轉(zhuǎn)矩。并且可以實(shí)現(xiàn)能量再生回收制動(dòng)，當(dāng)然,傳統(tǒng)的摩擦制動(dòng)還是必要的, 這樣就需要考慮如何將兩套制動(dòng)裝置合理利用、合理控制的問題。所以這種雙電機(jī)動(dòng)力結(jié)構(gòu)，在滿足客車高功率、加減速等瞬態(tài)工況頻繁需求的基礎(chǔ)上，既可實(shí)現(xiàn)一般電動(dòng)汽車再生制動(dòng)，又通過動(dòng)力系統(tǒng)一定程度上的冗余設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)當(dāng)某個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)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(xié)調(diào)控制，單獨(dú)調(diào)節(jié)其它驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以確保車輛能夠跛行回家。圖12 本文研究的主要內(nèi)容本文是基于雙電機(jī)輸入的要求，設(shè)計(jì)一種雙側(cè)輸入、單側(cè)輸出的兩檔耦合變速機(jī)構(gòu)(如圖12中紅色部分)。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(shè)計(jì)型式。最后對系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)干涉、壽命循環(huán)等進(jìn)行了校核。豐田混合動(dòng)力車的動(dòng)力中樞是混合動(dòng)力系統(tǒng)(THS —Toyota Hybrid System) ,它使汽油機(jī)和電力兩種動(dòng)力系統(tǒng)通過串聯(lián)與并聯(lián)相結(jié)合的形式進(jìn)行工作,達(dá)到低排放的效果。THS是一種串并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng),它的動(dòng)力分配裝置把動(dòng)力分成兩路,一路是汽油機(jī)的動(dòng)力直接傳到車輪,另一路(電路) 是發(fā)動(dòng)機(jī)將能量轉(zhuǎn)變成電能,帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)或給電池充電。車速越慢,由電動(dòng)機(jī)發(fā)出的最大驅(qū)動(dòng)力越大。另外,由于采用高電壓、大功率輸出的電動(dòng)機(jī),成功地提高了動(dòng)力性能,增大了最大驅(qū)動(dòng)力。此外,在加速時(shí),從只有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)到發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的時(shí)間減少了40 % ,大大改善了加速響應(yīng),為消除發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)造成的沖擊,發(fā)電機(jī)精確地控制曲軸的停止位置?；旌蟿?dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)（如圖21所示）由動(dòng)力分配裝置、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和減速器等組成。這樣,發(fā)動(dòng)機(jī)從兩條路線傳遞,即機(jī)械路線和電路。圖21THS H 采用低摩擦球軸承傳動(dòng)裝置,摩擦損失減小30 %。行星齒輪架的轉(zhuǎn)軸直接與發(fā)動(dòng)機(jī)連接,通過行星齒輪把動(dòng)力傳給外齒圈和內(nèi)太陽輪。見圖22。適合于電動(dòng)大客車、環(huán)衛(wèi)車等。不過其缺點(diǎn)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(shí)現(xiàn)正、反方向力的傳遞。（2）方案二輔助電機(jī)經(jīng)過一個(gè)行星減速機(jī)構(gòu)減速，再由一對齒輪與中驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行動(dòng)力耦合。圖24此方案可以使動(dòng)力較好的輸出，可以滿足設(shè)計(jì)需要，且具有一個(gè)變速功能，但是如此布置輔助電機(jī)的利用率會(huì)非常的低，大部分時(shí)間都是由主驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，而輔助電極處于空轉(zhuǎn)的狀態(tài)，而且整個(gè)機(jī)構(gòu)跨度較大，不夠緊湊。圖25此方案工作可靠，能夠?qū)㈦姍C(jī)輸出的動(dòng)力轉(zhuǎn)矩均勻的傳給減速器。齒圈既與電機(jī)耦合，又行星輪輸出，這將使齒圈的制造難度加大。 方案選定經(jīng)過以上的方案的比較、分析，借鑒豐田THS的混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，最終確定如下方案，如圖26。此種方案借鑒了豐田THS的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，雖然看似簡單，但是可以滿足設(shè)計(jì)的要求，而且能使轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩均勻耦合，而且運(yùn)行可靠。此種多級(jí)齒輪的動(dòng)力輸出形式，對電機(jī)跳動(dòng)也有一定緩沖作用。 永磁同步電動(dòng)機(jī)在汽車上的應(yīng)用永磁電動(dòng)機(jī)可分為永磁直流有刷電動(dòng)機(jī)與永磁無刷電動(dòng)機(jī)。永磁無刷電動(dòng)機(jī)則將永磁放在轉(zhuǎn)子上并使用其它感測組件的協(xié)助來實(shí)現(xiàn)碳刷、換向片的功能, 其優(yōu)點(diǎn)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?yàn)樵擃愲妱?dòng)機(jī)需要匹配專用的驅(qū)動(dòng)電路與換相檢測組件。[5] 電機(jī)參數(shù)匹配計(jì)算電機(jī)系統(tǒng)主要由電機(jī)及其控制器、機(jī)械傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)輪組成。由此，可用固定檔的齒輪傳動(dòng)裝置來替代多速變速箱，簡化了機(jī)械傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)。相對于發(fā)動(dòng)機(jī)而言，電機(jī)具有一定的過載能力。在設(shè)計(jì)中一般根據(jù)最高車速確定電機(jī)的額定功率，整車的加速、爬坡性能則與峰值功率密切相關(guān)。汽車行駛時(shí)，驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力（包括滾動(dòng)阻力、空氣阻力、坡度阻力和加速阻力）相互平衡，即電機(jī)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(dòng)效率，路面滾動(dòng)阻力系數(shù)，汽車風(fēng)阻系數(shù)，汽車行駛迎風(fēng)面積，最高車速，爬坡車速，爬坡角度的值如表31所示。)8010根據(jù)表31的參數(shù)，對滿足整車性能的電機(jī)功率需求計(jì)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(jù)方案的選擇，兩電機(jī)在動(dòng)力耦合后功率應(yīng)大于或等于115kw。3） 行星架減速比k的選擇：設(shè)傳動(dòng)系的傳動(dòng)比為，傳動(dòng)比應(yīng)滿足汽車行駛最高車速的要求，根據(jù)汽車?yán)碚摰闹R(shí)可知： （）式中，車速；車輪滾動(dòng)半徑；電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。確定最小傳動(dòng)比，應(yīng)考慮三個(gè)方面的因素：最