【正文】 部分傳動(dòng)系統(tǒng)的總成，電動(dòng)機(jī)只需通過(guò) “ 動(dòng)力組合器 ” 與傳動(dòng)系統(tǒng)連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，改制容易，維修方便。 圖 并聯(lián)式混合動(dòng) 力電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)方式 并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)： (1) 發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)機(jī)械裝置直接與驅(qū)動(dòng)軸相聯(lián)，輸出能量的利用率高； (2) 當(dāng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行輔助驅(qū)動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率可以適當(dāng)?shù)臏p??； (3) 如果電動(dòng)機(jī)只是作為輔助能量時(shí)，功率可以取小； (4) 由于有發(fā)電機(jī)補(bǔ)充能量，因此比較小的電池容量既可滿足使用要求； (5) 各個(gè)部件的質(zhì)量、尺寸相對(duì)較小，因此適合布置在小型汽車上。 因此，并聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最適合在城市間道路和高速公路上行駛，工況穩(wěn)定，發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性和排放性都會(huì)有所改善 ,和混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車相比較而言結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格也容易被廣大消費(fèi)者接受，在電池技術(shù)問(wèn)題沒(méi)有得到很好的解決的情況下，它將可能被廣泛應(yīng)用，但當(dāng)電池技術(shù)攻克，其優(yōu)越性較混聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)落后。能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)等部件進(jìn)行更多的優(yōu)化匹配，從而在結(jié)構(gòu)上保證了在更復(fù)雜的工況下使系統(tǒng)工作在最優(yōu)狀態(tài)，因此更容易實(shí)現(xiàn)排放和燃油消耗的控制目標(biāo)。根據(jù)不同的驅(qū)動(dòng)條件來(lái)選擇具有優(yōu)勢(shì)的那一種驅(qū)動(dòng)方式。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是將發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng) 機(jī)通過(guò)一個(gè)行星齒輪裝置連接起來(lái)。這種機(jī)構(gòu)有兩個(gè)自由度，可以自由的控制兩個(gè)不同的速度 (例如：發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與差速器輸入的轉(zhuǎn)速 )。但其對(duì)控制系統(tǒng)的要求很高。 本章小結(jié) 本章介紹了混合動(dòng)力電動(dòng)汽車不同的分類方法和動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)形式，并重點(diǎn)介紹了串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式三種混合動(dòng)力 汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，然后詳細(xì)分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，最后通過(guò)綜合考慮，本文確定混合動(dòng)力電動(dòng)汽車模型采用行星齒輪組混聯(lián)結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗诜€(wěn)定的高速行駛下發(fā)動(dòng)機(jī)具有比較高的效率和相對(duì)較小的質(zhì)量，而且具有比較好的燃油經(jīng)濟(jì)性，技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛。所以，選擇哪種驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)要和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 的設(shè)計(jì)目 標(biāo)以及設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行匹配，判斷汽車的運(yùn)行狀態(tài)以及行駛工況，再根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)和蓄電池的特性確定車輛的工作模式，最終 合理的 選擇 本 設(shè)計(jì)方案為混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力匹配總成選型和參數(shù)設(shè)計(jì)提供合理依據(jù)。接下來(lái)，主要根據(jù)第二章所確定的混合 類型，以整車動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性為主要目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終得到混合動(dòng)力電動(dòng)汽車參數(shù)設(shè)計(jì)結(jié)果。 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車用發(fā)動(dòng)機(jī)選型 在混合動(dòng)力系統(tǒng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)作為能量轉(zhuǎn)換裝置具有舉足輕重的作用，因此對(duì)其格外重視。在混合動(dòng)力汽車中，為了達(dá)到某些特定目標(biāo) (最小排放、最小油耗、最小成本或以上目標(biāo)的綜合 )，必須設(shè)計(jì)一個(gè)合理的控制策略，根據(jù)車輛的行駛工況和動(dòng)力部件的狀態(tài)，確定動(dòng)力系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式。為了提高燃油經(jīng)濟(jì)性，混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)是被設(shè)置成在絕大多數(shù)時(shí)間在經(jīng)濟(jì)區(qū)域穩(wěn)定的運(yùn)行，即發(fā)動(dòng)機(jī)可運(yùn)行在較窄的范圍之內(nèi)。 此外，在選用混合動(dòng)力汽車用發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)還要考慮到整車總布置問(wèn)題，這是因?yàn)樵诨旌蟿?dòng)力汽車上采用了多種動(dòng)力部件，而汽車的可用空間又非常有限，所選用的發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)有利于動(dòng)力傳動(dòng)系的合理布置?？紤]到上述因素并總結(jié)了目前各國(guó)在混合動(dòng)力汽車研究中所選用的發(fā)動(dòng)機(jī)方案，目 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 前可以應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)主要有：轉(zhuǎn)子式發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)以及四沖程汽、柴油機(jī)等。 缺點(diǎn)：廢氣排放量較高 串聯(lián) 燃?xì)廨啓C(jī) 優(yōu)點(diǎn)： (1)尺寸小、維護(hù)成本低、噪聲和振動(dòng)小、在低轉(zhuǎn)速時(shí)能產(chǎn)生較大的扭矩，熱效率高，可采用多種燃料并且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單： (2)排放水平低，通過(guò)使用后處理器或者采用催化燃燒室還可達(dá)到準(zhǔn)零排放水平。 缺點(diǎn)：功率密度低以及需要人的散熱裝置。 缺點(diǎn)：排放較差，噪聲和振動(dòng)大，但采取技術(shù)后，上述缺點(diǎn)可以得到改善 。本文選擇四沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象。 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)選型 在混合動(dòng)力汽車應(yīng)用中，電動(dòng)機(jī)的選用應(yīng)滿足下列原則： (a) 高性能、低重量和小尺寸； (b) 在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)有較高的效率； (c) 電磁輻射盡量??； (d) 成本低。同時(shí)，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車對(duì)電機(jī)性能的基本 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 要求為： (a) 高電壓。高轉(zhuǎn)速電機(jī)體積較小，質(zhì)量較輕，有利于降低整車的整備質(zhì)量； (c) 質(zhì)量輕。電動(dòng)機(jī)上的工作電壓可高達(dá) 300V以上，對(duì)電氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的安全性都必須符合國(guó)家 (或國(guó)際 )有關(guān)車輛電氣控制安全性能的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。 目前，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上混合動(dòng)力汽車常用的電動(dòng)機(jī)類型為 HEV通用型電機(jī)；該電動(dòng)機(jī)主要有直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)，它們有很多種型號(hào)、規(guī)格、結(jié)構(gòu)形式和控制方法，在電動(dòng)汽車上通常采用的電動(dòng)機(jī)有直流電動(dòng)機(jī)、交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、永磁電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)等。由于直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有成本低、易于平滑調(diào)速、控制器簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。 圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 動(dòng)系統(tǒng)的效率特性圖。在低速低轉(zhuǎn)矩區(qū)，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率僅有 60％，而交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可達(dá) 66～ 74％。 圖 圖 (2) 感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 交流感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)式 90年代發(fā)展起來(lái)的，有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、價(jià)格低和堅(jiān)固耐用等特點(diǎn)，較適用于混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，其控制可采用磁場(chǎng)定向矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制。為克 服這個(gè)不足可以通過(guò)采用最大效率控制，在向量控制的基礎(chǔ)上，結(jié)合最大效率控制，會(huì)使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在低速和高速運(yùn)行都會(huì)有較高的效率，相信這種控制方式會(huì)使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中具有強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力的。 (3) 交流異步電機(jī) 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 交流異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要選用三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、成本低廉、轉(zhuǎn)速極限極高，采用矢量控制技術(shù)，其動(dòng)態(tài)性能可與直流電機(jī)調(diào)速相媲美。 (4) 永磁電動(dòng)機(jī) 近年來(lái)，永磁材料在電機(jī)的廣泛應(yīng)用，采用稀土永磁的電機(jī)由于取消了電勵(lì)磁，充分利用了徑向空間，使體積大大減小，效率提高，同時(shí)在結(jié)構(gòu)方面的改進(jìn)，提高了可靠性，因此永磁直流電機(jī)仍是目前開發(fā)電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的一個(gè)選擇。目前最常用的是 1200導(dǎo)通型 PWM斬波控制 IGBT逆變器，而且為了更好地改善轉(zhuǎn)矩控制，增加電池調(diào)節(jié)控制減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。由于其體積小和效率高有十分廣闊的應(yīng)用前景。與相同功率的其它類型的電動(dòng)機(jī)相比，永 磁電動(dòng)機(jī)的體積更小，質(zhì)量更輕，更加適合作為電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。 (5) 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、可靠性高、起動(dòng)性能好、調(diào)速性能好，控制裝置也比較簡(jiǎn)單；實(shí)際應(yīng)用較少，但隨著技術(shù)的進(jìn)步，其開始應(yīng)用在電動(dòng)車上。表 3． 2是幾種電動(dòng)機(jī)性能比較 。 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車用儲(chǔ)能元件選 型 在混合動(dòng)力汽車中，儲(chǔ)能元件起著向電動(dòng)機(jī)供能及向動(dòng)力傳動(dòng)系輸出峰值功率的作用，其另外一個(gè)作用是吸收制動(dòng)再生能量并將其儲(chǔ)存起來(lái)。 (5) 為降低整車的價(jià)格，應(yīng)盡可能降 低儲(chǔ)能元件的成本。 表 基本原理 減速連接 存儲(chǔ)裝置 加速連接 機(jī)械能 無(wú)級(jí)變速 CVT 飛輪 無(wú)級(jí)變速 CVT 電能一機(jī)械能 發(fā)電機(jī) 電動(dòng)飛輪電池 電動(dòng)機(jī) 電能 發(fā)電機(jī) 電化學(xué)電池 /超級(jí)電容 電動(dòng)機(jī) 液壓能 液壓泵 儲(chǔ)能器 液壓傳動(dòng) 表 儲(chǔ)能裝置 實(shí)現(xiàn)方式 優(yōu)勢(shì) 劣勢(shì) 適用 飛輪 物理方法 幾乎免維護(hù) 價(jià)格昂貴 重型卡車 超級(jí)電容 物理方法 承受能力強(qiáng)、壽命優(yōu)越；比功率、循環(huán)效率高 比 能量較低 輕度混合動(dòng)力車輛 電化學(xué)電池 化學(xué)方法 可靠性高、技術(shù)成熟、 原料易得、便宜 比能量低 壽命較短 純電動(dòng)汽車混合動(dòng)力汽車 燃料電池 化學(xué)方法 能量轉(zhuǎn)換效率高 氫制取困難 ,成本高 純電動(dòng)汽車 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 由表 ，飛輪電池和超級(jí)電容用作混合動(dòng)力汽車儲(chǔ)能元件仍存在著一些技術(shù)難點(diǎn)和缺陷，使得電化學(xué)電池成了目前混合動(dòng)力汽車儲(chǔ)能元件的主流。對(duì)于本項(xiàng)目將采用技術(shù)較成熟的鎳氫電池作為儲(chǔ)能元件。整車性能開發(fā)指標(biāo)如表 ?；旌蟿?dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出功率 Pmax的取值一般要依據(jù)車輛勻速行駛時(shí)的功率要求，即滿足下式： () 式中， η—為傳動(dòng)效率 (km／ h)； m—為汽車質(zhì)量 (kg)； g—為重力加速度 (m/s 2)； f—為滾動(dòng)阻力系數(shù)； C—為風(fēng)阻系數(shù)； A—為迎風(fēng)面積 (m)； v—為最高車速 (m/s)。因?yàn)樵诔鞘行旭傃h(huán)工況中，車輛的速度是達(dá) 不到它的最大值，另外結(jié)合我國(guó)車輛和路況的實(shí)際情況，在這里確定 V的取值要求為： () 另外，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率還應(yīng)滿足式 3． 6所示： () 本文采用了第二種計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)功率的方法，根據(jù)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的開發(fā)指標(biāo)，該車在發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的時(shí)候應(yīng)該滿足 70km／ h的行駛速度，而且爬坡度應(yīng)大于 10％，經(jīng)過(guò)最后計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)最 小 功率應(yīng)為 Pmax=30Kw附近 (這里還考慮了發(fā)動(dòng)機(jī)需要有 10％左右 充裕 的功率為電池組充電 )。 在 水平良好路面上，車輛的行駛加速度為： () 式中： Ft—車輛行駛驅(qū)動(dòng)力 (N)； Fw—車輛行駛空氣阻力 (N)； Ff—車輛行駛滾動(dòng)阻力 (N)； —轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量換算系數(shù)， 對(duì)混聯(lián)混合動(dòng)力汽車其計(jì)算式為： () 式中： Iw—車輪總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； Ig—與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸相連的所有發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和； Im—與電動(dòng)機(jī)輸出軸相連的所有電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之 和； im—?jiǎng)恿铣裳b置速比； ig—變速器速比。 表 電機(jī)功率 車輛參數(shù) 33kw 49kw 58kw 啟動(dòng)時(shí)間 (s) 0～ 5km／ h 0～ 10km／ h 0～ 15km／ h 由表 ，若要求混合動(dòng)力汽車啟動(dòng)能力優(yōu)越，則電機(jī)的峰值功率應(yīng)不低于 33kw，而選擇 49kw和 58kw整車的啟動(dòng)能力接近， 所以應(yīng)該優(yōu)先考慮， 本設(shè) 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 計(jì)是基于全混合動(dòng)力的模型下進(jìn)行的，其混合度約為 41%，故 額定 功率為 30kw。電動(dòng)勢(shì)的大小由電池中所進(jìn)行的電化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)和反應(yīng)條件決定，與電池的形狀、尺寸無(wú)關(guān)。 一般動(dòng)力電池組的電壓變化范圍在其額定電壓的 (35％ —+25％ )范圍內(nèi)，因而要求電機(jī)逆變器的 IGBT承受電壓范圍為 (220V～ 420V)，整個(gè)系統(tǒng)的電壓范圍必須一致，保證系統(tǒng)的運(yùn)行可靠。 （二）蓄電池實(shí)際容量 蓄電池的容量是指在一定的放電條件下可以從蓄電池中獲得的電量。一個(gè)蓄電池的容量又有理論容量、實(shí)際容量和額定容量之分。實(shí)際容量的計(jì)算方法為： 恒定電流放電時(shí)： C=I 當(dāng)放電電流隨時(shí)間變化時(shí)，這時(shí)電池的容量可以表示為： () 上式中， I為放電電流的大小，單位 A； t是放電至終止電壓時(shí)間，單位 h 因此，為進(jìn)一步確定電池的容量參數(shù)，在 參考同類車型的情況下選擇電池容量為 45Ah。對(duì)于鎳氫蓄電池， SOC可定義為： () 上式中， Cr為某時(shí)刻蓄電池的剩余電量，單位為 Ah； Cn是蓄電池以某放電電流放電時(shí)的初始總能量，單位是 Ah。但是，不同廠家的電池其 SOC的最佳工作范圍有所不同，一般在 ≤SOC≤，這時(shí)電池組內(nèi)阻最小，效率最高。 圖 SOC關(guān)系曲線 傳動(dòng)比的選擇 車輛傳動(dòng)比的選擇包括最小傳動(dòng)比的選擇、最大傳動(dòng)比的選擇和傳動(dòng)系 檔數(shù)與各檔傳動(dòng)比的選擇，傳動(dòng)比選擇的是否合適對(duì)車輛的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性有很大的影響。因此，最小傳動(dòng)比的選定很重要。 主減速比對(duì)汽車的動(dòng)力性及燃油經(jīng)濟(jì)性均有重要影響。但在選擇最小傳動(dòng)比時(shí)，要考慮汽車在最高檔行駛時(shí)應(yīng)有足夠的動(dòng)力性能，既應(yīng)有足夠的最高檔動(dòng)力因素 Domax，即一般汽車的 io與 Domax。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 (2) 最大傳動(dòng)比的選擇確定最大傳動(dòng)比時(shí)，要考慮最大驅(qū)動(dòng)力或附著力、最大爬坡度和汽車最低穩(wěn)定車速三個(gè)方面。 接下來(lái)，求出 I檔的傳動(dòng)比后，應(yīng)該按照式 ，具體公式如下： () 上式， 為附著力， 在這里可以取 ~。在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力總成元件確定后，確定了混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車總成的構(gòu)型方案。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 第 4 章 變速驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 引言 本章主要進(jìn)行了混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力總成的機(jī)構(gòu)，將電機(jī)、電機(jī) /發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、主減速器、差速器融為一體，設(shè)計(jì)成變速驅(qū)動(dòng)橋。 變速驅(qū)動(dòng)橋的總體布置 變速驅(qū)動(dòng)橋的總體設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，布置簡(jiǎn)單，維修方便的原則進(jìn)行設(shè)