一種并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車傳動(dòng)系設(shè)計(jì)

1、一種并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車傳動(dòng)系設(shè)計(jì)摘要近年來(lái)，一些交通機(jī)構(gòu)已經(jīng)測(cè)試了配備混合動(dòng)力系統(tǒng)的公交車。據(jù)報(bào)道，混 合動(dòng)力系統(tǒng)在排放和燃油經(jīng)濟(jì)性能方面與傳統(tǒng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)相比有著顯著 的優(yōu)勢(shì)。在本文中，我們分析了混合動(dòng)力汽車的發(fā)展現(xiàn)狀以與現(xiàn)有混合動(dòng)力電動(dòng)客車 傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用效果，參考相關(guān)文獻(xiàn)，綜合考慮各方面因數(shù)，對(duì)城市用 并聯(lián)式電動(dòng)客車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析， 并以 6120 混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)客車為基 礎(chǔ)，對(duì)其傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行一系列的設(shè)計(jì)。其中包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)選擇、變速器設(shè) 計(jì)計(jì)算以與繪圖過(guò)程，并對(duì)各零部件進(jìn)行校核。另外還根據(jù)并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng) 客車的使用要求，采用類比的方法，選用合適的離合器等其他

2、總成。關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力汽車； 6120 并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)客車；傳動(dòng)系統(tǒng)；變速 器設(shè)計(jì)61206100A 6120目錄參考文獻(xiàn)致謝1 緒論1.1 引言混合動(dòng)力汽車應(yīng)是我國(guó)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化的突破口據(jù)中國(guó)汽車報(bào)報(bào)道， 根據(jù)“十五”國(guó)家 863 計(jì)劃電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)的目標(biāo)定位和技術(shù)路線， 結(jié) 合我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，一些專家認(rèn)為，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車應(yīng)成為我 國(guó)電動(dòng)汽車發(fā)展的重點(diǎn)和方向，并有希望率先取得產(chǎn)業(yè)化突破。從我國(guó)電 動(dòng)車技術(shù)來(lái)看，目前已從實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)試驗(yàn)階段過(guò)渡到商品性試生產(chǎn)階段， 我國(guó)電動(dòng)汽車研制開(kāi)發(fā)基本上與國(guó)外同行處于同一起跑線上，技術(shù)水平與 產(chǎn)業(yè)化的差距比較小，目前已有一定基礎(chǔ)。在上世紀(jì) 9

3、0 年代中期已推出 電動(dòng)汽車樣車，電動(dòng)轎車概念車、燃料電池中型客車已經(jīng)問(wèn)世?，F(xiàn)在世界上的電動(dòng)汽車主要分成純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車和燃 料電池汽車三種，專家認(rèn)為選擇混合動(dòng)力電動(dòng)汽車作為現(xiàn)階段我國(guó)電動(dòng)汽 車產(chǎn)業(yè)化的突破口，符合我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展要求。原因一是混合動(dòng)力電 動(dòng)汽車承接了傳統(tǒng)汽車的技術(shù)，有利于對(duì)傳統(tǒng)汽車工業(yè)的改造；二是有利 于降低制造成本和有利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。1.2 混合動(dòng)力汽車的發(fā)展現(xiàn)狀汽車工業(yè)是大多數(shù)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。美國(guó)國(guó)家工程院評(píng)出的20 世紀(jì)最偉大的 20 項(xiàng)工程技術(shù)成就中汽車排名第二已足以說(shuō)明這一點(diǎn)。 從“十五”計(jì)劃開(kāi)始 , 我國(guó)汽車工業(yè)也進(jìn)入高速發(fā)展和快速增長(zhǎng)時(shí)期。

4、 我國(guó)與世界各國(guó)一樣，隨著汽車產(chǎn)品與保有量的大量增加，由此而引發(fā)的環(huán)境和能源問(wèn)題已經(jīng)引起了國(guó)家和社會(huì)的廣泛關(guān)注。污染的嚴(yán)重和能源的匱 乏，對(duì)整個(gè)世界和各國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而言，無(wú)疑是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)和殘酷的瓶頸。對(duì)此，必須積極尋求應(yīng)對(duì)辦法，認(rèn)真研究解決對(duì)策。治理與改善我國(guó)環(huán)境狀況的目標(biāo)汽車尾氣排放有害物質(zhì)對(duì)城市區(qū)域大氣具有嚴(yán)重的危害，許多國(guó)家相應(yīng)制定了嚴(yán)格的法律法規(guī)、規(guī)范和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，違背法律法規(guī)和不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的汽車在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中被淘汰出局。當(dāng)前我國(guó)汽車工業(yè)面臨著必須達(dá)到的兩個(gè)目標(biāo)是:達(dá)到如表1-1所示的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)要求表1-1美國(guó)、歐洲與中國(guó)對(duì)汽車尾氣排放有害氣體的限制法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施年代19921994

5、199620002002200520082010美國(guó)聯(lián)邦法規(guī)1990 法規(guī)1994 法規(guī)2004 法規(guī)歐洲標(biāo)準(zhǔn)歐I歐U歐川歐W歐V中國(guó)14716(1-7093相當(dāng)于歐I相當(dāng)于歐n相當(dāng)于歐川與國(guó)際同步限制2的排放 越來(lái)越多的證據(jù)表明，汽車的2排放是破壞環(huán)境最重要的元兇之一。為此，聯(lián)合國(guó)“政府間氣候變化專業(yè)委員會(huì)”對(duì) （）其進(jìn)行了評(píng)估，表明:1996年世界共排放2等溫室氣體200億噸，美國(guó)占25 % ,其中汽車排放占10 % ,中國(guó)排放2占1315 % 。 1997 年12月,全球氣候變化條約國(guó)第三次締約國(guó)會(huì)議（3）在日本京都召幵，會(huì)議通過(guò)的京都議定書(shū)限定了 2、2、甲烷等6種造成溫室的氣體的排放

6、量如表1-2所示。表1-2世界主要國(guó)家需要降低的排放量歐盟美國(guó)日本加拿大8%7%6%6%議定書(shū)還規(guī)定以1990年為基準(zhǔn)到2012年止,工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家2排放量要降低總量的512 %。這些數(shù)字看起來(lái)不大，但考慮到汽車數(shù)量的增加 需要減少的絕對(duì)量則相當(dāng)可觀，如日本實(shí)際要降低20 %左右。目前已有 110多個(gè)國(guó)家批準(zhǔn)了京都議定書(shū)，但排放2最多的美國(guó)卻拒絕執(zhí)行， 并提出排放2要實(shí)行市場(chǎng)化。京都議定書(shū)雖對(duì)發(fā)展中國(guó)家沒(méi)有提出具體要求，但考慮到每燃燒1汽油產(chǎn)生約3的2 ,而我國(guó)是石油消耗大國(guó)， 有不可忽視的2排放量的治理任務(wù)。石油短缺的壓力我國(guó)石油資源短缺，已發(fā)現(xiàn)可幵采的儲(chǔ)量?jī)H占世界總儲(chǔ)量的4 %左右,從199

7、3年幵始進(jìn)口石油，并以每年兩位數(shù)字的百分比增長(zhǎng)，2000年進(jìn)口 石油7000萬(wàn)噸,成品油3000萬(wàn)噸。到2005年以后，每年進(jìn)口石油將超 過(guò)一億噸，相當(dāng)于科威特一年的石油總產(chǎn)量，未來(lái)我國(guó)石油缺口更大。我國(guó)石油需求與產(chǎn)量如表1-3所示表1-3我國(guó)石油需求與億噸年份需求產(chǎn)里缺口2000 年2.41.60.7+0.32005 年2.81.781.022010 年3.61.891.71面對(duì)如此嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題和嚴(yán)峻的能源現(xiàn)狀，世界各國(guó)都在尋找解決的途徑，經(jīng)過(guò)多年的探索，在科技界比較一致的對(duì)策是：提高和完善內(nèi)燃 機(jī)的性能，進(jìn)一步提高內(nèi)燃機(jī)的熱效率，降低能耗，廣泛采用電噴、智能正 時(shí)可變氣閥（2i）,稀薄燃

8、燒、壓縮直噴點(diǎn)火、改進(jìn)燃油品質(zhì)等先進(jìn)技術(shù)：采用替代燃料，如水煤氣、氫、乙醇、甲醇、合成燃油G和L等;鼓勵(lì)和推廣采用電動(dòng)汽車（）、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（）、燃料電池電動(dòng)汽車（）。目 前動(dòng)力電池技術(shù)未取得突破性進(jìn)展，只能在城近郊區(qū)、旅游名勝區(qū)、步行街等有限地區(qū)使用。是利用氫、氧在常溫下產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)發(fā)電作為車輛運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，排出的是水，為零排放，這是第一優(yōu)勢(shì)；第二優(yōu)勢(shì)是氫在 地球上儲(chǔ)存量很多，可以從水和生物中提取，不依賴石油資源。雖然現(xiàn)在 的一些技術(shù)難題使近期批量使用還有困難，但這兩大優(yōu)勢(shì)注定了是發(fā)展的趨勢(shì)。早在1909年，就有人提出了利用內(nèi)燃機(jī)與電動(dòng)機(jī)結(jié)合來(lái)克服純 電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程短和充電時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)

9、，并出現(xiàn)了早期的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，成為了從內(nèi)燃機(jī)汽車到電動(dòng)汽車的一種過(guò)渡車型。隨著技術(shù)的進(jìn)步，電動(dòng)汽車的發(fā)展呼喚新的車型。這種車型是將技術(shù)上最先進(jìn)（即油耗最低，排放污染最優(yōu)，體積重量最?。┑膬?nèi)燃機(jī)與一種一定容量的高性能儲(chǔ)能裝置 （ 動(dòng)力電池 ） 相結(jié)合 ,通過(guò)最先進(jìn)的電子控制系統(tǒng)組成電機(jī)驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng) , 這三者的最佳匹配必將大幅度地降低油耗, 實(shí)現(xiàn)更低的排污量 , 滿足更嚴(yán)格的排放要求 , 使其成本比較接近于同類汽車的水平。 這種 將會(huì)受 到汽車工業(yè)界歡迎 , 并成為為市場(chǎng)接受的主流車型。據(jù)最新的資料顯示 , 日本已在美國(guó)出售 1318 萬(wàn)臺(tái)混合動(dòng)力電動(dòng)轎車 。 總之 , 、的發(fā)展是當(dāng) 今汽車技

10、術(shù)發(fā)展的一個(gè)新方向 , 是尋求解決上述難題的一個(gè)有效途徑。1.2.3 日本混合動(dòng)力 / 電動(dòng)汽車發(fā)展概況日本汽車保有量占全球第二位， 由于人口密集， 國(guó)土狹小，石油 100 依賴進(jìn)口。因此，日本對(duì) 的研發(fā)十分重視。日本從 1965 年開(kāi)始電動(dòng)車的 研制、通產(chǎn)省正式把電動(dòng)車列入國(guó)家項(xiàng)目， 1967 年成立了日本電動(dòng)車協(xié) 會(huì)，促進(jìn)了電動(dòng)車事業(yè)的發(fā)展， 1971 年日本通產(chǎn)省就制定了電動(dòng)汽車的 開(kāi)發(fā)計(jì)劃， 1991 年日本通產(chǎn)省又制定了“第三屆電動(dòng)汽車普與計(jì)劃”， 提出到 2000 年日本電動(dòng)汽車的年產(chǎn)量達(dá)到 10 萬(wàn)輛，保有量達(dá)到 20 萬(wàn)輛。 2001 年 7 月，日本開(kāi)展了“低公害車開(kāi)發(fā)普與行

11、動(dòng)”，將 列為重點(diǎn)開(kāi)發(fā) 的低公害汽車之列，并制定了專門(mén)的政策，以促進(jìn) 的普與應(yīng)用； 2002 年 提出從 2005 年開(kāi)始大幅度限制尾氣排放，制定了新長(zhǎng)期排放限制的 標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)備用于 2005 年以后銷售新車的一項(xiàng)排放法規(guī)； 2002 年 2 月 26 日，日本中央環(huán)境審議會(huì)大氣環(huán)境領(lǐng)域的一個(gè)專門(mén)委員會(huì)（環(huán)境大臣的咨 詢機(jī)構(gòu)）提出了一份將要納入這項(xiàng)法規(guī)的尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)的咨詢提案。這項(xiàng) 提案的內(nèi)容包括將顆粒狀物質(zhì)（）含量比現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求最大削減 85% ， 將氮氧化物（NO?）削減50%等一些內(nèi)容，該法規(guī)的實(shí)施將進(jìn)一步推動(dòng)的發(fā)展。按照目前的發(fā)展速度，預(yù)計(jì)在 2010 年將達(dá)到 210 萬(wàn)輛。 豐田是

12、全世界第一臺(tái)正式批量生產(chǎn)的混合動(dòng)力車的制造者，自從1997 年開(kāi)始，就開(kāi)始在日本銷售， 2000 年起便在北美、歐洲與世界各地 公開(kāi)發(fā)售。目前，已經(jīng)在中國(guó)上市。到了 2001 年，豐田又在日本推出了 混合動(dòng)力小貨車、使用弱混合動(dòng)力的皇冠豪華小轎車和混合動(dòng)力輕型貨車。 豐田商業(yè)化的車型已經(jīng)達(dá)到 5 款。為了在實(shí)現(xiàn)低排放的前提下，提高車輛 的動(dòng)力性，在 2003 年，豐田汽車把新一代的混合動(dòng)力系統(tǒng) 引入到了第 二代的上面。在 2005 年，他把這套系統(tǒng)的使用范圍擴(kuò)展到了對(duì)動(dòng)力性能 要求更高的車型上雷克薩斯的 400h （日本名為 ）和 （日本名為 ）。本田公司在混合動(dòng)力車方面也頗有建樹(shù)， 1999

13、 年推出“”， 2001 年推出“”。本田還在混合動(dòng)力車的開(kāi)發(fā)上，通過(guò)研究新型發(fā)動(dòng)機(jī)、鎳氫 蓄電池等追求動(dòng)力高效化；通過(guò)開(kāi)發(fā)新型輕質(zhì)鋁車身、樹(shù)脂油箱等謀求車 輛的輕型化，使汽車達(dá)到每公升汽油可行駛 35 公里的世界最高水平，并 且使汽車尾氣排放達(dá)到世界最嚴(yán)格要求的標(biāo)準(zhǔn)。1.2.4 美國(guó)混合動(dòng)力 / 電動(dòng)汽車發(fā)展概況汽車工業(yè)是美國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)，給美國(guó)帶來(lái)了繁榮昌盛，但同時(shí)也帶來(lái) 了能源危機(jī)、環(huán)節(jié)污染以與資源的浪費(fèi)。美國(guó)近年來(lái)幾乎要從國(guó)外進(jìn)口全 國(guó)消耗量一半以上的石油。為了避免受到石油危機(jī)的沖擊，美國(guó)十分重視 對(duì)混合動(dòng)力汽車的研究和開(kāi)發(fā)。 1976 年卡特總統(tǒng)簽署研究開(kāi)發(fā)和示范法 案，授權(quán)美國(guó)能源部

14、執(zhí)行和管理研究計(jì)劃，但是直到九十年代初電動(dòng)車的 研究在美國(guó)才真正開(kāi)始。 1990 年 10 月布什總統(tǒng)簽署清潔空氣法嚴(yán)格規(guī)定 了汽車排放的標(biāo)準(zhǔn)，同月加州政府也有了新的規(guī)定，即要求汽車制造商在 加州銷售的車輛中百分之二必須是零排放車輛，而當(dāng)時(shí)只有純電動(dòng)汽車才 可能達(dá)到零排放車輛的要求。1991 年美國(guó)通用汽車公司、福特汽車公司和克萊斯勒汽車公司共同 協(xié)議，成立了先進(jìn)電池聯(lián)合體 ()，共同研究開(kāi)發(fā)新一代電動(dòng)汽車所需要的 高能電池。 1991 年 10 月與美國(guó)能源部簽訂協(xié)議，在 1991-1995 年的四 年間投資 2.26 億美元來(lái)資助電動(dòng)汽車用高能電池的研究。 1993 年，美國(guó) 克林頓政府推

15、出了新一代汽車伙伴計(jì)劃即，要求聯(lián)邦政府部門(mén)從 1993 到 1995 年度大量購(gòu)買(mǎi)包括的替代燃油車。制訂了 10 年開(kāi)發(fā)計(jì)劃，目標(biāo)是 80( 約 3100) 的低油耗汽車。2002 年 1 月 9 日， 10 年計(jì)劃尚未結(jié)束，美國(guó)能源部部長(zhǎng)斯潘塞?阿伯拉罕在各大汽車公司首腦參加的會(huì)議上宣布，根據(jù)總統(tǒng)布什的國(guó)家能源 計(jì)劃，降低美國(guó)對(duì)進(jìn)口石油依賴性，決定成立一個(gè)新的汽車研究項(xiàng)目，叫 做自由車 ( ) ，該項(xiàng)目的長(zhǎng)期目標(biāo)是高效、價(jià)廉、無(wú)污染。研究先進(jìn)、高效 的燃料電池技術(shù)，用氫燃料作動(dòng)力，不產(chǎn)生任何污染。改項(xiàng)目繼續(xù)對(duì)電動(dòng) 汽車進(jìn)行專項(xiàng)研究，但是重點(diǎn)是發(fā)展氫燃料電池電動(dòng)車。按照的時(shí)間表，在1999年以

16、前為濃縮并集中技術(shù)目標(biāo)階段，1999 2001為生產(chǎn)概念車階段，20012005年為生產(chǎn)性樣車階段。在 2000 年底特律國(guó)際汽車展上福特和通用汽車公司展示了其柴油復(fù)合動(dòng)力概念 車，同年 2 月 22 日，戴姆勒克萊斯勒在華盛頓國(guó)家博物館公布了其復(fù)合 動(dòng)力概念車。計(jì)劃在 2002 年被終止，原因是 80 的目標(biāo)很高，而研制的 新車在成本上并未取得很好的成果，不能滿足用戶在價(jià)格上的要求，也就是說(shuō)，在短時(shí)期內(nèi)不具有市場(chǎng)價(jià)值。更重要的是，仍然局限于用石油作為 基本能源。因此要求新項(xiàng)目在這方面有新的突破，將著眼于新一代汽車能 源，而不囿于現(xiàn)有技術(shù)和當(dāng)前燃料資源。但是起到了全球技術(shù)開(kāi)發(fā)領(lǐng)頭人 的作用，從

17、其建立和執(zhí)行情況來(lái)看，新一代汽車已經(jīng)成為跨國(guó)汽車公司和 工業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展的重要內(nèi)容。1.2.5 歐洲混合動(dòng)力 / 電動(dòng)汽車發(fā)展概況(1) 法國(guó) 法國(guó)是一個(gè)缺少石油的國(guó)家，每年要從國(guó)外進(jìn)口大量石油。因此，法 國(guó)是全世界最積極研制和推廣電動(dòng)汽車的國(guó)家之一。法國(guó)電力供應(yīng)充沛且 多用核能發(fā)電和水力發(fā)電，發(fā)電源干凈且電價(jià)便宜，汽車工業(yè)發(fā)達(dá)。法國(guó) 政府鼓勵(lì)開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車和充分利用電力資源，在政策上給予支持，為開(kāi)發(fā) 電動(dòng)汽車提供資助。法國(guó)政府、法國(guó)電力公司、標(biāo)致雪鐵龍汽車公司和 雷諾汽車公司共同承擔(dān)開(kāi)發(fā)和推廣電動(dòng)汽車的協(xié)議，共同合資組建了電動(dòng) 汽車的電池公司， 和薩夫特 ()公司承擔(dān)電動(dòng)汽車的高能電池的研究和

18、開(kāi)發(fā)， 以與電池的租賃和維修等工作。1990 年法國(guó)標(biāo)致雪鐵龍汽車公司所開(kāi)發(fā)的 5和25 電動(dòng)貨車投入生 產(chǎn)。 1995 年法國(guó)能源部、標(biāo)致雪鐵龍汽車公司開(kāi)發(fā)了標(biāo)致106 和型四座電動(dòng)轎車，用雪鐵龍型轎車改裝的電動(dòng)轎車，雷諾汽車公司的型四 座電動(dòng)轎車與其變型車等，并投放在羅切里市進(jìn)行試驗(yàn)。 1997 年法國(guó)的 電動(dòng)汽車產(chǎn)量達(dá)到 2000 輛左右。不僅如此，法國(guó)非常鼓勵(lì)使用混合動(dòng)力汽車，使法國(guó)混合動(dòng)力汽車的發(fā)展位居世界前列。四年前法國(guó)政府電力公司與汽車制造商簽訂了協(xié)議， 使全國(guó)電動(dòng)汽車保有量達(dá)到 10 萬(wàn)臺(tái)， 在 20 個(gè)城市推廣混合動(dòng)力汽車。 法 國(guó)已有十幾個(gè)城市運(yùn)行電動(dòng)汽車且有比較完善的充電

19、站等服務(wù)設(shè)施，政府 機(jī)關(guān)帶頭使用混合動(dòng)力汽車。法國(guó)政府為了鼓勵(lì)用戶使用混合動(dòng)力汽車， 還宣布企業(yè)購(gòu)買(mǎi)混合動(dòng)力汽車第一年可以免稅。法國(guó)電力公司向電動(dòng)汽車 生產(chǎn)廠家每生產(chǎn)一輛電動(dòng)汽車提供 1 萬(wàn)法郎的補(bǔ)助，以擴(kuò)大電力使用范圍。 目前，法國(guó)混合動(dòng)力汽車的普與程度和保有量都位居世界前列。(2) 德國(guó)德國(guó)政府十分重視環(huán)節(jié)保護(hù)，投入了大量的資金用于的研發(fā)， 1971 年成立了城市電動(dòng)車交通公司 ()，積極組織的研究與開(kāi)發(fā)。 1991 年在拜爾 州投入了 300 輛進(jìn)行運(yùn)行。拜爾州還撥 400 萬(wàn)馬克，用于資助用戶車價(jià) 的 30% 購(gòu)買(mǎi)電動(dòng)汽車。另外，漢堡市也采取資助用戶車價(jià)的25% 來(lái)鼓勵(lì)用戶購(gòu)買(mǎi)電動(dòng)汽車

20、。德國(guó)政府指定奔馳汽車公司和大眾合資建立的德國(guó)汽 車工業(yè)有限公司的科技開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)， 1992 年德國(guó)政府撥款 2200 萬(wàn)馬克， 在 呂根 ()島建立歐洲試驗(yàn)基地， 組織了四大公司 62 輛各類電動(dòng)車在呂根半島 城運(yùn)行試驗(yàn)，對(duì) 64 輛電動(dòng)汽車和電動(dòng)汽車的系統(tǒng)工程進(jìn)行長(zhǎng)達(dá) 4 年的大 規(guī)模試驗(yàn)，并有很多國(guó)家和城市都派有參加呂根島的實(shí)驗(yàn)。 1994 年展示 出了 19 種轎車， 13 種面包車， 4 種大客車，都進(jìn)入了實(shí)用階段。 20 世紀(jì) 70 年代末期，德國(guó)戴姆勒奔馳汽車公司生產(chǎn)了一批 306 電動(dòng)汽車，采 用鉛酸電池。20 世紀(jì) 80 年代初期，德國(guó)奔馳汽車公司生產(chǎn)了電動(dòng)大客車， 也生產(chǎn)了商

21、用電動(dòng)汽車，奔馳公司還宣布投資 4.7 億美元研究開(kāi)發(fā)燃料電 池，計(jì)劃 2005 年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。歐寶公司在 1972 年開(kāi)始研制新型電動(dòng)汽車。 1981 年與公司 （現(xiàn)在的公司 ）合作研制了電動(dòng)轎車。1.2.6 我國(guó)發(fā)展概況我國(guó)目前也非常重視混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的研究與開(kāi)發(fā)，一些單位的起 步研究工作正在展開(kāi)， 國(guó)家科技部已將其作為“十五”重大8專63項(xiàng)的內(nèi)容。我國(guó)有關(guān)電動(dòng)汽車的研制開(kāi)始于 20 世紀(jì) 90 年代。從 1996 年開(kāi)始， 廣東省科委統(tǒng)一協(xié)調(diào)組織研制電動(dòng)汽車，并取得了可喜的進(jìn)展。清華大學(xué) 研制了電動(dòng)中型客車。中國(guó)遠(yuǎn)望 （集團(tuán) ）總公司與北京理工大學(xué)、國(guó)防科技 大學(xué)和河北勝利客車廠等單位

22、聯(lián)合，于 1996 年 3 月研制成功了 51 座 6120 型電動(dòng)大客車。在此基礎(chǔ)上， 我國(guó)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的研制也有了一定的進(jìn)展。 1998 年，清華大學(xué)與廈門(mén)金龍公司合作研制了混合動(dòng)力電動(dòng)客車；同年，江蘇 理工大學(xué)承擔(dān)了江蘇省科委下達(dá)的重點(diǎn)工業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目混合動(dòng)力 電動(dòng)公交輕型客車 6700 串聯(lián)式混合動(dòng)力的研制， 目前樣車的研制工作已 經(jīng)結(jié)束。一汽在 2001 年 4 月 19 日閉幕的第 3 屆北京國(guó)際清潔車展上 推出一款混合動(dòng)力電動(dòng)轎車紅旗 7180 。該轎車是由一汽研究所、美 國(guó)電動(dòng)車亞洲 7 公司、汕頭國(guó)家電動(dòng)汽車試驗(yàn)示范區(qū)三方共同合作完成的， 屬串聯(lián)式結(jié)構(gòu)的中高檔車型。清華大

23、學(xué)與沈陽(yáng)金杯客車制造有限公司在 2001 年 3 月簽訂了“ 648混0 合動(dòng)力電動(dòng)客車的研制與開(kāi)發(fā)”合作項(xiàng)目 的合同。深圳明華環(huán)保汽車有限公司于 2001 年4 月推出了混合動(dòng)力電動(dòng) 環(huán)保汽車 6720 ，引起社會(huì)各界關(guān)注 ; 該車采用的是并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)， 發(fā)動(dòng)機(jī)為 87 ；電機(jī)為 312V 、充電次數(shù)大于 500 次；異步交流電機(jī)平均 功率為 36; 滿載最高車速 為 90 ; 最大爬坡度為 33 ; 續(xù)駛行程可達(dá) 1080 ，純電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)為 100 ；百公里等速油耗 7.69L; 乘客數(shù)為 22; 其 尾氣排放達(dá)歐洲標(biāo)準(zhǔn)，噪聲指標(biāo)也大大低于國(guó)產(chǎn)普通中巴車。東風(fēng)汽車公 司承接“ 863

24、 ”混合動(dòng)力研制項(xiàng)目現(xiàn)已完成 , 并已于最近推出混合動(dòng)力電 動(dòng)客車樣車，整車性能良好。我國(guó)通過(guò)國(guó)家“八五”、“九五”甚至“十 五”電動(dòng)汽車的科技攻關(guān)，在方面已經(jīng)積累了一定的技術(shù)基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)1.3 關(guān)鍵性技術(shù)的研究1.3.1 整車能量管理系統(tǒng)和控制策略要實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車性能的提高，就必須對(duì)整車，尤其是動(dòng)力系 統(tǒng)進(jìn)行控制，使各個(gè)部件能夠協(xié)調(diào)工作。這一任務(wù)由整車能量管理系統(tǒng)來(lái) 完成。(1) 整車能量管理系統(tǒng) 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理系統(tǒng)和工業(yè)上用到的復(fù)雜系統(tǒng)一樣，普 遍采用分級(jí)分布式結(jié)構(gòu)，如圖 1.1 所示。最上層為能量管理系統(tǒng)的決策單 元 ( )，統(tǒng)一協(xié)調(diào)和控制各個(gè)低端控制器； 中間一層包括多

25、個(gè)低端控制器； 最下層為各個(gè)執(zhí)行器。能量管理系統(tǒng)的決策單元接受駕駛員輸入的指令、 各個(gè)執(zhí)行器的信息和環(huán)境信息 ,協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)的工作。能量管鋰系塩的決策單元n CANSS圖1.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車整車能量管理系統(tǒng)（2）整車能量管理策略混合動(dòng)力系統(tǒng)的整車控制策略（能量管理策略）可以從不同的角度出發(fā)進(jìn)行分析。無(wú)論是串聯(lián)、并聯(lián)還是混聯(lián)系統(tǒng)，控制策略要解決的問(wèn)題主要 有兩個(gè)：系統(tǒng)運(yùn)行模式的切換和混合模式下功率的分配?；旌蟿?dòng)力系統(tǒng)有 多種運(yùn)行（能量流動(dòng)）模式。根據(jù)不同的工況要求，以優(yōu)化各部件工作點(diǎn)為 目的，可以在這些運(yùn)行模式中進(jìn)行切換。串聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)有11種可能的工作模式與多種模式切換策略，如發(fā)動(dòng)機(jī)策略和

26、“轉(zhuǎn)換輸出功率”策略。 并聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)行模式較少，混聯(lián)系統(tǒng)則可以設(shè)計(jì)得較多，以適應(yīng)不同的工 況。功率分配是系統(tǒng)能量管理策略研究的關(guān)鍵。通常功率分配都被看作是 一個(gè)以減小油耗和改善排放為目標(biāo)的優(yōu)化闊題，功率分配決定了混合動(dòng)力 系統(tǒng)中發(fā)動(dòng)機(jī)的工作區(qū)域。根據(jù)優(yōu)化程度（或者說(shuō)發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)選擇方式） 的不同，目前被廣泛采用或研究的功率分配策略大體上可以分為：恒定工 作點(diǎn)策略、優(yōu)化工作區(qū)策略、優(yōu)化曲線策略、瞬時(shí)優(yōu)化策略和全局優(yōu)化策隨著對(duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)控制策略研究的深人，諸如自適應(yīng)控制、模糊邏 輯控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制等方法也得到有效的運(yùn)用。這些方法可以改善實(shí) 時(shí)控制的性能，提高對(duì)各種工況的適應(yīng)能力。1.3.2

27、子系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)為了充分發(fā)揮混合動(dòng)力系統(tǒng)的潛力，應(yīng)當(dāng)對(duì)部件進(jìn)行優(yōu)化，使其適應(yīng) 混合動(dòng)力系統(tǒng)的工作特點(diǎn)。(1) 電池和電池管理系統(tǒng) 一般情況下，混合動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力電池進(jìn)行的是頻繁、淺度的充放電 循環(huán)：在充放電過(guò)程中， 電壓、電流可能有較大變化。 針對(duì)這種使用特點(diǎn)， 混臺(tái)動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)電池有如下幾方面的特別要求： 大功率充放電的能力。質(zhì)量比功率和體積比功率是衡量電池快速 放電能力的指標(biāo)，相對(duì)于能量要求，混合動(dòng)力系統(tǒng)的電池對(duì)比功率的要求 更高。同時(shí)，混合動(dòng)力系統(tǒng)在制動(dòng)能量回收或低功率調(diào)峰時(shí)要求電池能夠 在短時(shí)間內(nèi)接受大量的能量，目前的高功率電池往往存在快速充電接受能 力差的問(wèn)題。提高電池快速充電接受能力

28、比提高電池的比功率更加緊迫和 關(guān)鍵。 充放電效率?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車中內(nèi)燃機(jī)發(fā)出的相當(dāng)一部分能量 須經(jīng)歷充電放電的能量循環(huán)， 高的充放電效率對(duì)保證整車效率具有至 關(guān)重要的作用。 混合動(dòng)力系統(tǒng)的電池應(yīng)當(dāng)在快速充放電和充放電過(guò)程變工況的條 件下保持性能的相對(duì)穩(wěn)定?；旌蟿?dòng)力系統(tǒng)使用條件下能達(dá)到足夠的充放電循環(huán)次數(shù)也是對(duì)電池的基本要求。此外，作為車用動(dòng)力電池，還有一些基本要求：電壓、質(zhì)量比能量和 體積比能量、免維護(hù)性以與成本。發(fā)展的其它儲(chǔ)能技術(shù) 飛輪電池 飛輪電池有比能量高、比功率大、充電快、壽命長(zhǎng)、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)， 但目前技術(shù)難度和成本都較高。 超級(jí)電容 超級(jí)電容雖然能量密度較低，卻擁有很高的功率密度，

29、能在瞬時(shí)提供 很大的電流和功率，同時(shí)壽命長(zhǎng)、效率高、充電快，是混臺(tái)動(dòng)力系統(tǒng)中很 有前途的一種瞬時(shí)供能裝置。電池管理系統(tǒng)電池管理系統(tǒng)是整車能量管理系統(tǒng)的一部分整車能量管理策略的實(shí) 施要依賴電池管理系統(tǒng)對(duì)電池狀態(tài)的判別和對(duì)電池性能的維護(hù) 電池管理 系統(tǒng)的主要功能有：防止電池過(guò)充電或過(guò)放電；判定荷電狀態(tài)：選擇適當(dāng) 的充電或放電模式； 對(duì)電池進(jìn)行均衡充電； 控制并平衡電池組的工作溫度。(1) 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求： 串聯(lián)系統(tǒng)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的要求與純電動(dòng)車相似，發(fā)電機(jī)則要求小體 積、高效率、控制性能良好。 并聯(lián)和混聯(lián)系統(tǒng)要求電機(jī)能適應(yīng)頻繁的起停和電動(dòng) / 發(fā)電狀態(tài)之間 的切換。在并聯(lián)系統(tǒng)“輕度復(fù)合”

30、的結(jié)構(gòu)中，電機(jī)功率要求較小，可采用與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸同軸的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步減小了電機(jī)尺寸和質(zhì)量。目前發(fā)展中的“ 42 V 系統(tǒng)”實(shí)際上就是一種“輕度復(fù)合”方案： 目前適合使用的電驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)主要是異步電機(jī) (感應(yīng)電機(jī) )驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(3) 動(dòng)力復(fù)合裝置 在并聯(lián)和混聯(lián)系統(tǒng)中，機(jī)械的動(dòng)力復(fù)臺(tái)裝置是耦合發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)功率 的關(guān)鍵部件。 它不僅具有很大的機(jī)械復(fù)雜性， 而且直接影響整車控制策略， 因而成為混合動(dòng)力系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。目前采用的動(dòng)力復(fù)合方式有轉(zhuǎn) 矩復(fù)合、速度復(fù)合和雙橋動(dòng)力復(fù)合。(4) 混臺(tái)動(dòng)力系統(tǒng)專用發(fā)動(dòng)機(jī) 系統(tǒng)中，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的工況可以控制在一定范圍內(nèi)，因而可以進(jìn)行優(yōu) 化設(shè)計(jì)進(jìn)一步提

31、高其燃油經(jīng)濟(jì)性，降低排放。 對(duì)內(nèi)燃機(jī)的改進(jìn) 目前采用內(nèi)燃機(jī)的混合動(dòng)力系統(tǒng)基本上都對(duì)其發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了重新設(shè) 計(jì)或重大改進(jìn)。例如豐田的 1.5 L 汽油機(jī)采用的高效率、高膨脹比、工作 循環(huán)、緊湊型傾斜式擠氣燃燒室以與鋁合金缸體。其主要目的是追求高效 率而不是高功率。由于電機(jī)承擔(dān)了功率調(diào)峰的作用，發(fā)動(dòng)機(jī)町以舍棄非經(jīng) 濟(jì)工作區(qū)的性能而追求經(jīng)濟(jì)工作區(qū)的更高效率。 混合動(dòng)力系統(tǒng)中使用的其它熱機(jī) 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車還可以選用燃?xì)廨啓C(jī)、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)或燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī) 等其它熱機(jī)，利用它們各自的優(yōu)勢(shì)，可以構(gòu)成不同特點(diǎn)的混合動(dòng)力系統(tǒng)。1.4 本課題的研究?jī)?nèi)容(1) 并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車傳動(dòng)系的特點(diǎn)分析(2) 6100 并

32、聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)2 并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析2.1 混合動(dòng)力汽車動(dòng)力傳動(dòng)系布置方案由于混合動(dòng)力汽車采用 2 種動(dòng)力源作為動(dòng)力裝置 , 它的各個(gè)組成部件、 布置方式與控制策略的不同 , 因而形成了各式各樣的結(jié)構(gòu)型式?；旌蟿?dòng)力 汽車的分類方法也有多種。根據(jù)動(dòng)力源的數(shù)量與動(dòng)力傳遞方式的不同 , 分 為串聯(lián)型、并聯(lián)型和混聯(lián)型 ; 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的功率比的大小 , 分為里 程延長(zhǎng)型、動(dòng)力輔助型和雙模式型 ; 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式的不同 , 分為發(fā) 動(dòng)機(jī)開(kāi) / 關(guān)模式和發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行模式 ; 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)是否布置在 同一軸線上 , 分為單軸式和雙軸式 ; 根據(jù)蓄電池

33、組的荷電狀態(tài) ( ) 的變 化情況 , 又可分為荷電消耗型和荷電維持型。2.2 并聯(lián)式 動(dòng)力傳動(dòng)系并聯(lián)式 動(dòng)力傳動(dòng)系 ( , 又稱 ) 的結(jié)構(gòu)組成如圖 2.1所示。在并聯(lián)式 動(dòng) 力傳動(dòng)系中 , 發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)可以分別獨(dú)立地為汽車驅(qū)動(dòng)輪提供動(dòng)力 , 沒(méi) 有串聯(lián)式 動(dòng)力傳動(dòng)系中的發(fā)電機(jī) , 因此更像傳統(tǒng)的汽車動(dòng)力傳動(dòng)系 , 并 具有了許多顯著的優(yōu)點(diǎn) : 由于發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能可直接輸出到汽車驅(qū)動(dòng) 橋 , 中間沒(méi)有能量的轉(zhuǎn)換 , 與串聯(lián)式布置相比 , 系統(tǒng)效率較高 , 燃油消耗 也較少。 電動(dòng)機(jī)同時(shí)又可作為發(fā)電機(jī)使用 , 系統(tǒng)僅有發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩 個(gè)動(dòng)力總成 , 整車質(zhì)量和成本大大減小。 假定汽車所要求

34、的最大功率為 P ,則每臺(tái)動(dòng)力總成的功率總和往往是在 P2P之間，由于設(shè)備功率較小，所需的設(shè)備費(fèi)用也較小。但由于發(fā)動(dòng)機(jī)與車輛驅(qū)動(dòng)輪間有直接的機(jī)械 連接，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況不可避免地要受到汽車具體行駛工況的影響 ，要維持發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳工作區(qū)工作，則控制系統(tǒng)和控制策略較復(fù)雜圖2.1并聯(lián)式動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.3 并聯(lián)式動(dòng)力傳動(dòng)系結(jié)構(gòu)分析231轉(zhuǎn)速合成式動(dòng)力傳動(dòng)系轉(zhuǎn)速合成式動(dòng)力傳動(dòng)系的動(dòng)力合成裝置為轉(zhuǎn)速合成裝置，其工作原理如圖2.2所示轉(zhuǎn)跆戎髓如血圖2.2轉(zhuǎn)速合成裝置工作原理簡(jiǎn)圖如果用i1、i2分別表示轉(zhuǎn)速合成裝置對(duì)應(yīng)于1輸入、2輸入的機(jī)械傳動(dòng)比，則存在下述關(guān)系式：(2-1)Vin1 Vin2Vout(2

35、-2)式中 T、V 扭矩和轉(zhuǎn)速、 輸入和輸出此結(jié)構(gòu)有2套結(jié)構(gòu)機(jī)械變速器，內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)各自與一套變速結(jié)構(gòu) 相聯(lián)，然后通過(guò)齒輪進(jìn)行復(fù)合。在此種結(jié)構(gòu)中 ，可以通過(guò)變速機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)內(nèi) 燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)之間的轉(zhuǎn)速關(guān)系，使發(fā)動(dòng)機(jī)的工況調(diào)節(jié)變得更靈活。此種結(jié) 構(gòu)目前是最有生命力的結(jié)構(gòu)，主要采用行星差動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。行星齒輪動(dòng)力復(fù)合機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)部件轉(zhuǎn)速的復(fù)合，即各個(gè)部件 間的轉(zhuǎn)矩保持一定的比例關(guān)系。這種功率復(fù)合形式被稱為速度復(fù)合。行星 機(jī)構(gòu)有2個(gè)自由度，通過(guò)不同離合器和制動(dòng)器的作用，可以實(shí)現(xiàn)單自由度、 固定傳動(dòng)比的傳動(dòng)。在此機(jī)構(gòu)中發(fā)動(dòng)機(jī)與行星架相聯(lián)，通過(guò)行星齒輪將動(dòng)力傳遞給外齒圈 和太陽(yáng)輪，齒圈軸與電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)

36、軸相聯(lián)，太陽(yáng)輪軸與發(fā)電機(jī)相聯(lián)。動(dòng)力 分配裝置將發(fā)動(dòng)機(jī)大部分轉(zhuǎn)矩直接傳遞到驅(qū)動(dòng)軸上，將另一小部分轉(zhuǎn)矩傳給發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能根據(jù)指令給電池充電或用于電動(dòng)機(jī)以增加驅(qū) 動(dòng)力。通過(guò)對(duì)行星機(jī)構(gòu)的變速比和受力分析可以得到(1 + ? ?= ?+ ?= (1 + 1? ?= (1 + ? ? = ?= ? + ?= ? + ?？(1 + ?= ?= (1 + ? ?- ? ?(2-3)式中 p太陽(yáng)輪齒數(shù)與齒圈齒數(shù)之比(0< p < 1)? ?辦？?、?、?分別為發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、齒圈、電機(jī)和驅(qū) 動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速? ? ? ?、?分別為發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、齒圈、電機(jī)和驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)矩K齒圈與驅(qū)動(dòng)軸間的傳動(dòng)比這

37、種結(jié)構(gòu)可以通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生變化，此外，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與作用在齒圈上的轉(zhuǎn)矩是成一定比例的，傳到驅(qū)動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)矩是從齒圈上得到的轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)機(jī)發(fā)出的轉(zhuǎn)矩(為負(fù)時(shí)代表制動(dòng)能量回收)的和，這種結(jié)構(gòu)可以有非常靈活的控制策略，可實(shí)現(xiàn)對(duì)混合動(dòng)力能量流的最優(yōu)控制。目前，應(yīng)用這種結(jié)構(gòu)最成功的是豐田公司的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。扭矩合成式動(dòng)力傳動(dòng)系扭矩合成式動(dòng)力傳動(dòng)系的動(dòng)力合成裝置為扭矩合成裝置，其工作原理如圖2.3所示益益|血合雌置圖2.3扭矩合成裝置工作原理圖如果用？ ？?分別表示扭矩合成裝置對(duì)應(yīng)于1輸入、2輸入的機(jī)械傳動(dòng)比，則存在下述關(guān)系式Tout = il °Tin1 + i2 Tin2(2-4)

38、M)utVin1 + Vin2il12(2-5)由于兩動(dòng)力總成通過(guò)扭矩合成裝置(嚙合齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、傳動(dòng)帶與T傳動(dòng)等)直接驅(qū)動(dòng)車輛，因此它們的輸出特性總和應(yīng)能滿足車輛的牽引需求，否則，應(yīng)在傳動(dòng)系中適當(dāng)?shù)奈恢貌贾米兯傧?。另外，由于所采?的扭矩合成裝置結(jié)構(gòu)以與傳動(dòng)軸數(shù)目的不同，扭矩合成式動(dòng)力傳動(dòng)系又 具有以下幾種典型的結(jié)構(gòu)型式。(1)單軸扭矩合成式動(dòng)力傳動(dòng)系如圖2.4所示，圖2.4單扭矩合成式動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)主傳動(dòng)軸與變速器相聯(lián)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩通過(guò)齒輪與內(nèi)燃 機(jī)的轉(zhuǎn)矩在變速器前進(jìn)行復(fù)合，傳到驅(qū)動(dòng)軸上的功率是兩者之和。關(guān)系式 如下：?= (?+ ? ?) ? ?= ?= ?(2-6)式

39、中? ?、?分別為發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)和變速器輸入轉(zhuǎn)矩? ? ?分別為變速器輸入軸轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n、K 傳動(dòng)效率和傳動(dòng)比在此結(jié)構(gòu)中，發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)和變速器輸入軸之間的轉(zhuǎn)速成一定的比 例關(guān)系，隨著路況和車速的變化，這些轉(zhuǎn)速會(huì)隨著變化。輸出轉(zhuǎn)矩的變化，可以通過(guò)式中的轉(zhuǎn)矩關(guān)系，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩保持恒定的條件下，通過(guò)調(diào)節(jié)電 動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩而獲得。(2)雙軸扭矩合成式動(dòng)力傳動(dòng)系依據(jù)變速箱的具體位置不同，雙軸扭矩合成式 動(dòng)力傳動(dòng)系具有2種 布置方案,分別如圖2.5、圖2.6所示。在圖2.5中，變速箱布置于動(dòng)力元 件和扭矩合成裝置之間,變速箱的具體選擇可以是多速、單一速比或T傳動(dòng),變速箱幾種可行的組合方案確

40、定的傳動(dòng)系特點(diǎn)，如表2-1所列。矩合成裝置圖2.5雙軸扭矩合成式動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)之一圖2.6雙軸扭矩合成式動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)之二在圖2.6中，變速箱布置于扭矩合成裝置與主減速器之間，變速箱的設(shè)置同等比例地提高了內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩，改善了汽車的動(dòng)力性能，使系統(tǒng)采用小型內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)成為可能。表2-1雙軸扭矩合成式動(dòng)力傳動(dòng)系之一中變速箱選擇方案對(duì)比變速箱1變速箱2動(dòng)力傳動(dòng)系特點(diǎn)多前進(jìn)檔變速箱多前進(jìn)檔變速箱提咼了整車的加速能力 和爬坡能力；提咼了驅(qū) 動(dòng)系的總效率；傳動(dòng)系 復(fù)雜，難于同時(shí)控制內(nèi) 燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)和變速箱多前進(jìn)檔變速箱單前進(jìn)檔變速箱仍充分利用了牽引電機(jī) 的恒功率特性并改善了 內(nèi)燃機(jī)的扭矩特性；提

41、 咼了內(nèi)燃機(jī)的效率，減小了電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)汽 車的車速范圍，從而減 少了電池組的放電量。單前進(jìn)檔變速箱單前進(jìn)檔變速箱驅(qū)動(dòng)系的結(jié)構(gòu)和控制都 比較簡(jiǎn)單；汽車的行駛 功率需求難于同時(shí)滿 足，因此其動(dòng)力元件參 數(shù)的選擇應(yīng)充分考慮汽 車的動(dòng)力性需求。233 牽引力合成式動(dòng)力傳動(dòng)系牽引力合成式 動(dòng)力傳動(dòng)系的具體結(jié)構(gòu)如圖2.7所示。發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)控制器一電動(dòng)機(jī)之間無(wú)任何機(jī)械連接，它們通過(guò)各自的傳動(dòng)軸分別驅(qū)動(dòng)車輛的前輪和后輪。內(nèi)祗機(jī)變速馳1圖2.7牽引力合成式動(dòng)力傳動(dòng)系該動(dòng)力傳動(dòng)系的顯著優(yōu)點(diǎn)是:汽車的驅(qū)動(dòng)力由2個(gè)驅(qū)動(dòng)軸承擔(dān)，因此 作用于每一驅(qū)動(dòng)軸上的驅(qū)動(dòng)力不會(huì)超出其輪胎地面附著極限；在標(biāo)準(zhǔn)的混合模式下，汽車主要

42、由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)；在“零排放”模式下只使用電動(dòng)機(jī)驅(qū) 動(dòng)；當(dāng)汽車需要加速或爬坡，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)；該種結(jié)構(gòu)的混合 動(dòng)力汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性均超過(guò)了傳統(tǒng)汽車 , 但由于電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 與內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分離 , 結(jié)構(gòu)不緊湊 , 給動(dòng)力傳動(dòng)系的具體布置帶來(lái)困難。本設(shè)計(jì)選用的是單軸扭矩合成式 動(dòng)力傳動(dòng)系結(jié)構(gòu)。3 6120 并聯(lián)式混合動(dòng)力大客車總體設(shè)計(jì)3.1 基本原理混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中并聯(lián)式結(jié)構(gòu)的實(shí)質(zhì)是在傳統(tǒng)汽車中加裝一套電力驅(qū)動(dòng)裝置，本設(shè)計(jì)選用的是單軸扭矩合成式動(dòng)力傳動(dòng)系結(jié)構(gòu)，其基本結(jié)構(gòu)如圖3.1 0r發(fā)動(dòng)機(jī)IH1耦合器電動(dòng)機(jī)圖3.1 并聯(lián)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)布置圖該系統(tǒng)利用發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)車輪，由于發(fā)動(dòng)機(jī)

43、與驅(qū)動(dòng)車輪之間直接相連，所以發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)受驅(qū)動(dòng)工況的影響 該系統(tǒng)不需要發(fā)電機(jī)， 因此提高了能量轉(zhuǎn)化效率。由于電機(jī)的數(shù)量和種類的不同、 變速裝置類型的多樣、部件的數(shù)量（如 離合器的數(shù)量）和位置關(guān)系（如電機(jī)和離合器的位置關(guān)系）的差別，并聯(lián) 式結(jié)構(gòu)具有明顯的多樣性。并聯(lián)式結(jié)構(gòu)中發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)是相互獨(dú)立的：可以只利用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行 驅(qū)動(dòng)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)富余的功率還可以通過(guò)動(dòng)力復(fù)合裝置和電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能， 對(duì)電池進(jìn)行充電；在高速運(yùn)行和加速是，可以利用動(dòng)力復(fù)合裝置對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī) 和電動(dòng)機(jī)的輸出動(dòng)力進(jìn)行疊加。在市郊和城間運(yùn)行時(shí)，汽車經(jīng)常處于高速 平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)，而且對(duì)排放沒(méi)有苛刻要求，并聯(lián)式動(dòng)力系統(tǒng)可以關(guān)閉效率 較低、經(jīng)常對(duì)

44、電池進(jìn)行管理的電驅(qū)動(dòng)部分從而使系統(tǒng)具有更好的經(jīng)濟(jì)性。在并聯(lián)式動(dòng)力傳動(dòng)系中，發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)可以分別獨(dú)立地向汽車驅(qū)動(dòng) 輪提供動(dòng)力，沒(méi)有串聯(lián)式 動(dòng)力傳動(dòng)系中的發(fā)電機(jī)，因此更像傳統(tǒng)的汽車 動(dòng)力傳動(dòng)系，并具有了許多顯著的優(yōu)點(diǎn):由于發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能可直接 輸出到汽車驅(qū)動(dòng)橋，中間沒(méi)有能量的轉(zhuǎn)換，與串聯(lián)式布置相比，系統(tǒng)效率 較高，燃油消耗也較少。 電動(dòng)機(jī)同時(shí)又可作為發(fā)電機(jī)使用，系統(tǒng)僅有發(fā) 動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)2個(gè)動(dòng)力總成，整車質(zhì)量和成本大大減小。假定汽車所要 求的最大功率為P ,則每臺(tái)動(dòng)力總成的功率總和往往是在 P2P之間， 由于設(shè)備功率較小，所需的設(shè)備費(fèi)用也較小。但由于發(fā)動(dòng)機(jī)與車輛驅(qū)動(dòng)輪 間有直接的機(jī)械連接，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)

45、行工況不可避免地要受到汽車具體行駛工 況的影響，要維持發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳工作區(qū)工作，則控制系統(tǒng)和控制策略較復(fù) 雜。3.2汽車軸數(shù)、驅(qū)動(dòng)形式、布置形式的選擇321確定汽車類型由汽車的設(shè)計(jì)型號(hào) 6120，查文獻(xiàn)確定該車屬于總長(zhǎng)度為12m的客車。一般客車按照長(zhǎng)度可分為：大型客車、中型客車、輕型客車、微型客 車。如圖表3-1所示。因此，該設(shè)計(jì)車型屬于大、中型客車，預(yù)設(shè)載客量 5060 人，總質(zhì)量約 15000。表3-1客車分類車身總長(zhǎng)度(m)客車類型> 10大型客車710中型客車3.5 7輕型客車< 3.5微型客車322確定軸數(shù)根據(jù)國(guó)家道路法規(guī)規(guī)定，單軸最大允許軸載質(zhì)量為10 t，又因該車總質(zhì)量

46、小于19 t，故采用兩軸方案。另外，兩軸方案有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本 低廉等優(yōu)點(diǎn)。驅(qū)動(dòng)形式根據(jù)汽車用途與最大總質(zhì)量，確定采用6 X 4驅(qū)動(dòng)形式。布置形式綜合各種客車布置形式的優(yōu)缺點(diǎn)，確定采用發(fā)動(dòng)機(jī)后置后橋驅(qū)動(dòng)布置。3.3汽車主要參數(shù)確定整體式客車總長(zhǎng)一般不超過(guò)12000 ，根據(jù)設(shè)計(jì)要求并參照福田61231混合動(dòng)力城市客車參數(shù)，可選定所設(shè)計(jì)的客車總體參數(shù):3.3.1 外廓尺寸總長(zhǎng) L? = 12000總寬 B? = 2550總咼 H? = 31503.3.2 一般參數(shù)軸距 L： L = 5450輪距B :前輪距為2098，后輪距為1840前懸L?：取2670后懸L?：取34453.3.3 軸荷分配對(duì)

47、于6 X 4驅(qū)動(dòng)、后輪雙胎：滿載前軸 1925% ，后軸 7581% ；空載前軸 3137% ，后軸 6369%取滿載時(shí)， 前軸： 1795 0 X 25% = 4500后軸： 1795 0 X 75% = 13500空載時(shí)， 前軸： 13700 X 37% = 5069后軸： 13700 X 63% = 86313.4 汽車輪胎的選擇根據(jù)汽車的用途與軸荷、最高車速并參考同類汽車，查 9744 1997 選取輪胎規(guī)格為 7.5015 的子午線輪胎， 前后輪胎分別選用275/70R22.5 、 295/80R22.5。該型號(hào)輪胎主要參數(shù)：新胎充氣后前胎：斷面寬度 B： 275輪輞直徑D: 22.

48、5英寸咼寬比：70%后胎：斷面寬度B: 295輪輞直徑D: 22.5英寸高寬比：80%綜合以上將本設(shè)計(jì)所選參數(shù)列表如下:車輛名稱：6120并聯(lián)式混合動(dòng)力客車車輛類別：客車總質(zhì)量（）:17950外型尺寸(長(zhǎng)X寬X高)():1200 0 X 2550 X 3150整備質(zhì)量（）：13700燃燒種類：柴油額定載客（含駕駛員）（人）：95/23-46,95/23-40前懸 / 后懸():2670/3445接近角/離去角（° 7/）7：軸荷：645011500軸距（）：5450最咼車速（）：80軸數(shù)：2彈簧片數(shù)：4/5, / 輪胎數(shù)：6輪胎規(guī)格：275/70R22.5;295/80R22.5前輪

49、距：2098后輪距：18404 6120并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車傳動(dòng)系參數(shù)的設(shè)計(jì)4.1發(fā)動(dòng)機(jī)功率的選擇混合動(dòng)力汽車動(dòng)力傳動(dòng)裝置參數(shù)（包括發(fā)動(dòng)機(jī)功率、電動(dòng)機(jī)功率、傳動(dòng) 系速比等），對(duì)車輛的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能有顯著影響?；旌蟿?dòng) 力汽車動(dòng)力傳動(dòng)系主要有并聯(lián)式和串聯(lián)式兩種典型結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)主要針對(duì) 并聯(lián)混合動(dòng)力汽車傳動(dòng)系進(jìn)行參數(shù)選擇和匹配分析。發(fā)動(dòng)機(jī)功率的選擇對(duì) 并聯(lián)混合動(dòng)力傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。發(fā)動(dòng)機(jī)功率偏大，車輛燃油經(jīng)濟(jì)性和 排放性能就差；發(fā)動(dòng)機(jī)功率偏小，后備功率就小，電動(dòng)機(jī)只有提供更多的驅(qū)動(dòng) 功率,才能滿足一定的車輛行駛性能要求，這勢(shì)必引起電動(dòng)機(jī)和電池組容量取值的增大和車輛成本的增加。另外

50、，電池組數(shù)目增多，在車輛上布置困難，車重增加，僅依靠發(fā)動(dòng)機(jī)的富裕功率難以維持電池組的額定電量，限制了車輛的續(xù)行里程。由于并聯(lián)混合動(dòng)力汽車通常都采用由發(fā)動(dòng)機(jī)提供車輛平 均行駛功率，由電動(dòng)機(jī)提供峰值功率的控制策略，因此其功率值的選擇主要應(yīng)考慮車輛勻速行駛時(shí)的功率需求，通常按下式初選發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率1?初？ ?*?歸（?？?？忌）?（4-1）式中？?為發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率；?為車輛最大行駛速度80 ; ?為空氣 阻力系數(shù)客車取0.60.7; A為迎風(fēng)面積，Ba XHa8.03 m2; m為整車質(zhì) 量17950; n為傳動(dòng)系效率取0.9； f為滾動(dòng)阻力系數(shù)取0.0195 。故 P? =126.7上式所求？?應(yīng)

51、為發(fā)動(dòng)機(jī)裝有全部附件下測(cè)得的最大有效功率或凈輸出功率。它比一般發(fā)動(dòng)機(jī)外特性低1220%。即：P?=141.9 152.04發(fā)動(dòng)機(jī)功率參數(shù)的選擇以滿足車輛勻速行駛功率為依據(jù)，即略低于車輛以最高速度行駛時(shí)的功率需求為宜。選取康明斯4+225B發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)：4+225B發(fā)動(dòng)機(jī)排量：6700發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)商：康明斯公司發(fā)動(dòng)機(jī)功率（）:165最大功率時(shí)轉(zhuǎn)速（）：2300發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（N8師型式立式、直列、水冷、四沖程、直噴進(jìn)氣方式增壓中冷4.2電動(dòng)機(jī)參數(shù)的選擇通常，適用于電動(dòng)車輛使用的電動(dòng)機(jī)外特性為：在額定轉(zhuǎn)速N?以下，電動(dòng)機(jī)以恒扭矩模式工作，在N?以上，以恒功率模式工作。相應(yīng)參數(shù)選擇包括: 電動(dòng)機(jī)額

52、定功率Pmr、電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速Nmr、電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速Nm,max。電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速的選擇電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速對(duì)傳動(dòng)系的尺寸、電動(dòng)機(jī)的額定扭矩都有影響。在電動(dòng)機(jī)功率一定的前提下，其額定扭矩與最高轉(zhuǎn)速間的關(guān)系如圖4.1所示。圖中，y坐標(biāo)表示電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的比值，也稱電動(dòng)機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)B。由圖4.2知,隨B值增大，轉(zhuǎn)速越低，對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 越高,因此對(duì)電機(jī)支撐要求就越高。另外，高扭矩需較大的電機(jī)電流和電子設(shè)備，增加了功率變換器矽鋼片的尺寸和損耗，但大B值又是車輛起步加速 和穩(wěn)定運(yùn)行所必需的，所以B電機(jī)傳動(dòng)軸額定扭矩的減小只能通過(guò)選用高 速電機(jī)來(lái)解決。但這又影響傳動(dòng)比，所以必須

53、協(xié)調(diào)考慮電機(jī)最高轉(zhuǎn)速和傳動(dòng) 系尺寸。另一方面，增大B值也會(huì)使驅(qū)動(dòng)軸扭矩和齒輪應(yīng)力增大，選擇時(shí)還 要協(xié)調(diào)考慮B值和齒輪應(yīng)力。就目前來(lái)看，一般都傾向于選擇中高速電機(jī)（最 高轉(zhuǎn)速在9 00015 000之間），擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù) B般選擇在46之間,相應(yīng)地，電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速(4-2)N?圖4.1電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩與最高轉(zhuǎn)速間的關(guān)系曲線422電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇對(duì)于并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車傳動(dòng)系，其功率由電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)汽車的最 高車速以與低速行駛使具有克服最小道路坡度的能力來(lái)確定，以保證電動(dòng) 機(jī)的效率。若給出了期望的最高車速，選擇的電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)大體上等于但 不小于最高車速行駛時(shí)的行駛阻力功率之和。當(dāng)以20 h連續(xù)爬2

54、%坡道時(shí)Pe=丄(亞 V+9Av3 +皿 V)e n 3600761403600'(4-3)當(dāng)以純電動(dòng)帶動(dòng)時(shí)，最高車速30 h在水平路面上行駛，則(瞠 + _CdA Vmax 3)e n 3600 max 76140 max )(4-4)把 17950 ,0.0076+0.000056 4=0.01285 ,8.03 m2, Cd=0.7 , n =0.9 ,i坡度阻力系數(shù)；？ a =0.22分別代入(4-2) (4-3)得 Fmr =38.7573 ，Pmr =30.7130 選擇 Y 系列(44)電動(dòng)機(jī) Y2552 驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率Pmr =45,峰值功率Pm,max =60。滿載轉(zhuǎn)速2800，最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩=2.1Tmr =(9550 X 45 / 2800) X 2.1=328.006Tf Rr 15900 X 0.01285 X 0.47304=96.65Tmr > Tf故混合動(dòng)力傳動(dòng)系可以采用電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。4.3傳動(dòng)比的選擇主減速器傳動(dòng)比i