【正文】 三大汽車集團都在進行有關(guān)電動汽車項目的開發(fā)及課題研究，全國承擔(dān)該項目的企、事業(yè)單位約有200多家。國家863計劃中已經(jīng)明確中國電動汽車發(fā)展要遵循燃料電池汽車第一位，混合動力汽車第二位，兼顧純電動汽車的基本原則。 國外現(xiàn)狀由于電動客車非常適合城市公交運輸，對緩解交通堵塞、保護環(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)式混合動力系統(tǒng)柴油發(fā)動機的混合動力電動客車，并于2004年6月9日投入運營。日野公司早在1994年就推出了混合動力的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的混合動力大客車，已在順利的試運行。在美國大約有40個不同的城市已經(jīng)使用或計劃使用混合動力客車及技術(shù)。表11給出當前世界各地混合動力城市客車的應(yīng)用情況。Production}(汽車制造與生產(chǎn))期刊報道，預(yù)計世界汽車市場上2010年混合動力車輛將達100萬輛，2015年混合動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)想報告和行動計劃，表示要在3年內(nèi)開展“歐洲清潔城市運輸項目計劃”。36輛試驗車3年的累計行程約達100萬km，共運送旅客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；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：波爾圖公交的特點是停站多、道路坡度大，這里的平均時速只有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的停車時間。2005年5月11日，歐盟委員會正式宣布，自2003年起在歐洲10個城市展開的“歐洲清潔城市運輸項目計劃”圓滿結(jié)束，并同時宣布，將在全歐盟范圍內(nèi)進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到35萬40萬輛。從20世紀末開始，不少企、事業(yè)單位對電動客車進行了研究和開發(fā)。圖11 奧運電動客車中國燃料電池公共汽車商用化示范項目啟動會于2003年3月27日在京召開，標志著這一由中國政府、全球環(huán)境基金(GEF)、聯(lián)合國開發(fā)計劃署(I聊)共同支持，科技部和北京市、上海市共同組織實施的項目進入實施階段。中國燃料電池公共汽車商用化示范項目為時5年，根據(jù)北京和上海的地域和資源特點各分別提出燃料電池公共汽車系統(tǒng)技術(shù)指標，采用全球招標方式購置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)示范運行，預(yù)計運行160萬km。此外，長春一汽集團、武漢理工大學(xué)、哈爾濱中強集團、北京理工大學(xué)、上海汽車集團、華南理工大學(xué)、鄭州宇通集團、合肥安凱公司等單位也都投入到了混合動力客車的研發(fā)大潮中。目前，市場上使用的電動汽車一次充電后的續(xù)駛里程一般為100240 km，且這個數(shù)字通常還需要保持適當?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)燃機汽車相比，電動汽車較短的續(xù)駛里程已成為其“致命”的弱點。盡管電池品種繁多，各有千秋，但其裝備電動汽車后，普遍存在續(xù)駛里程短、加速動力差且壽命短等問題。鈉硫電池的能量勵力比值較高，能夠提供較長的續(xù)駛里程和較大的加速動力，但它要求的工作環(huán)境較苛刻，且其活性物質(zhì)具有強腐化性并易爆炸。因此，就總體上看，目前還沒有非常理想的電池。現(xiàn)有電動汽車所使用的電池，都不能在儲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）間接污染嚴重。如鉛酸電池中的鉛，從開采、冶煉到生產(chǎn)的排污，都會對環(huán)境造成污染。 驅(qū)動系統(tǒng)雙電機結(jié)構(gòu) 一般電動客車動力布置通常電動大客車都是采用一個大功率驅(qū)動電機加變速箱加一個固定比減速器的方式來完成動力輸出的。不過首要存在的問題就是一般大客車上的驅(qū)動電機都是永磁同步電機，因為其高功率密度、高效率等優(yōu)點同益成為混合動力驅(qū)動系統(tǒng)首選方式，但目前客車車用大功率(150kw)高轉(zhuǎn)矩的永磁同步電機的設(shè)計和制造技術(shù)在國內(nèi)尚不成熟。其次，系統(tǒng)可靠性和傳動效率受變速機構(gòu)技術(shù)成熟度的制約。 主輔電機集成驅(qū)動系統(tǒng)主輔電機集成驅(qū)動是指汽車由一個主驅(qū)動電機和一個輔助電機共同驅(qū)動，其中主驅(qū)動電機采用固定減速比全程參與整車驅(qū)動，輔助電機經(jīng)大速比減速機構(gòu)輸出大轉(zhuǎn)矩與主驅(qū)動電機共同驅(qū)動以滿足整車低速爬坡和加速的動力需求。此外，與傳統(tǒng)汽車不同的是,電機在低速時可以提供滿載轉(zhuǎn)矩。并且可以實現(xiàn)能量再生回收制動，當然,傳統(tǒng)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。所以這種雙電機動力結(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，既可實現(xiàn)一般電動汽車再生制動，又通過動力系統(tǒng)一定程度上的冗余設(shè)計，可實現(xiàn)當某個驅(qū)動系統(tǒng)出現(xiàn)系統(tǒng)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(xié)調(diào)控制，單獨調(diào)節(jié)其它驅(qū)動系統(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輸入的要求，設(shè)計一種雙側(cè)輸入、單側(cè)輸出的兩檔耦合變速機構(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)計型式。最后對系統(tǒng)運動干涉、壽命循環(huán)等進行了校核。豐田混合動力車的動力中樞是混合動力系統(tǒng)(THS —Toyota Hybrid System) ,它使汽油機和電力兩種動力系統(tǒng)通過串聯(lián)與并聯(lián)相結(jié)合的形式進行工作,達到低排放的效果。THS是一種串并聯(lián)混合動力系統(tǒng),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(zhuǎn)變成電能,帶動電動機或給電池充電。車速越慢,由電動機發(fā)出的最大驅(qū)動力越大。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(qū)動力。此外,在加速時,從只有電動機驅(qū)動到發(fā)動機啟動的時間減少了40 % ,大大改善了加速響應(yīng),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。混合動力傳動系統(tǒng)（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。這樣,發(fā)動機從兩條路線傳遞,即機械路線和電路。圖21THS H 采用低摩擦球軸承傳動裝置,摩擦損失減小30 %。行星齒輪架的轉(zhuǎn)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(nèi)太陽輪。見圖22。適合于電動大客車、環(huán)衛(wèi)車等。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(xiàn)正、反方向力的傳遞。（2）方案二輔助電機經(jīng)過一個行星減速機構(gòu)減速，再由一對齒輪與中驅(qū)動電機進行動力耦合。圖24此方案可以使動力較好的輸出，可以滿足設(shè)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(qū)動電機驅(qū)動，而輔助電極處于空轉(zhuǎn)的狀態(tài)，而且整個機構(gòu)跨度較大，不夠緊湊。圖25此方案工作可靠，能夠?qū)㈦姍C輸出的動力轉(zhuǎn)矩均勻的傳給減速器。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。 方案選定經(jīng)過以上的方案的比較、分析，借鑒豐田THS的混合動力傳動系統(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)動系統(tǒng)，雖然看似簡單，但是可以滿足設(shè)計的要求，而且能使轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩均勻耦合，而且運行可靠。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。 永磁同步電動機在汽車上的應(yīng)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。永磁無刷電動機則將永磁放在轉(zhuǎn)子上并使用其它感測組件的協(xié)助來實現(xiàn)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(qū)動電路與換相檢測組件。[5] 電機參數(shù)匹配計算電機系統(tǒng)主要由電機及其控制器、機械傳動裝置和驅(qū)動輪組成。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(jié)構(gòu)。相對于發(fā)動機而言，電機具有一定的過載能力。在設(shè)計中一般根據(jù)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(guān)。汽車行駛時，驅(qū)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(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(jù)方案的選擇，兩電機在動力耦合后功率應(yīng)大于或等于115kw。3） 行星架減速比k的選擇：設(shè)傳動系的傳動比為，傳動比應(yīng)滿足汽車行駛最高車速的要求，根據(jù)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(zhuǎn)速。確定最小傳動比，應(yīng)考慮三個方面的因素：最