汽車電子學(xué)有源傳動(dòng)技術(shù)

1、目 錄鐘再敏汽車電子學(xué)自動(dòng)變速有源傳動(dòng)及其控制技術(shù)同濟(jì)大學(xué) 汽車學(xué)院College of Automotive, Tongji University2提綱1 技術(shù)和產(chǎn)品需求2 相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)3 典型技術(shù)和產(chǎn)品4 技術(shù)特征和關(guān)鍵指標(biāo)5 關(guān)于Prius的深入討論3發(fā)動(dòng)機(jī)輸出特性高效區(qū)1 技術(shù)和產(chǎn)品需求變速器是內(nèi)燃機(jī)汽車的基本組成和重要技術(shù)特征內(nèi)燃機(jī)車輪車輛行駛力平衡 2010年15月上海關(guān)區(qū)進(jìn)口值最高的汽車零件為小轎車用自動(dòng)換擋變速箱及其零件，進(jìn)口值為4.2億美元 41 技術(shù)和產(chǎn)品需求整備質(zhì)量1850kg, 爬坡度20%，輪邊輸出轉(zhuǎn)矩約為1890Nm;最高車速150km/h，需要電機(jī)峰值功率90kW

2、,車輪轉(zhuǎn)速約為1250rpm。采用1:9減速器，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為210Nm，重量67kg,減速器重量24kg。通過傳動(dòng)裝置改善電機(jī)的輸出特性的實(shí)際例子51 技術(shù)和產(chǎn)品需求電機(jī)和變速器聯(lián)合工作輸出特性通過變速器進(jìn)一步改善電機(jī)的輸出特性功率特性轉(zhuǎn)矩特性nTnPPmaxPmax減速比減速比61 技術(shù)和產(chǎn)品需求油電混合動(dòng)力汽車同時(shí)具有內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩種動(dòng)力源，因此對機(jī)電耦合驅(qū)動(dòng)裝置技術(shù)需求迫切。通過變速調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)的工作點(diǎn)通過減速或者變速調(diào)節(jié)電機(jī)的工作區(qū)間實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)功率和電功率的分流和匯合車用差速功能車用高集成度需要71 技術(shù)和產(chǎn)品需求電動(dòng)汽車機(jī)電耦合傳動(dòng)裝置電機(jī)峰值功率100kW,最高轉(zhuǎn)速為12500r

3、pm。減速器傳動(dòng)比1:4.09。HONDA FCX Clarity81 技術(shù)和產(chǎn)品需求混合動(dòng)力機(jī)電耦合傳動(dòng)裝置兩種模式雙電機(jī)兩個(gè)純機(jī)械檔位GM AHS-29提綱1 技術(shù)和產(chǎn)品需求2 相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)3 典型技術(shù)和產(chǎn)品4 技術(shù)特征和關(guān)鍵指標(biāo)5 關(guān)于Prius的深入討論102 相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)10傳動(dòng)控制機(jī)械傳動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)有源傳動(dòng)技術(shù)112 相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械傳動(dòng)零部件行星齒輪系 膜片式離合器定軸齒輪 濕式離合器同步器齒套122 相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械傳動(dòng)零部件鋼帶傳動(dòng) 差速器扭轉(zhuǎn)減震器液力變矩器超越離合器鏈傳動(dòng)132 相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)單流和雙流傳動(dòng)理論P(yáng)owerBatteryMotorMotorCombustion

4、Engine1414轉(zhuǎn)速耦合方式：車輪機(jī)械匯流和分流裝置概述轉(zhuǎn)矩耦合方式：2 相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)特點(diǎn)：各元件之間具有確定的轉(zhuǎn)速比特點(diǎn)：各元件之間具有確定的轉(zhuǎn)矩比152 相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)傳動(dòng)控制技術(shù)獨(dú)立TCU與集成TCU電子-液壓控制單元連接插頭電子控制單元162 相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)傳動(dòng)控制技術(shù)基本控制算法releaseengageclutchActualEngineTorqueEngineTorqueCommandshiftselectgear shifting ingClutch PressureCommandActual ing Clutch PressureActual Offgoing Clutch

5、PressureOffgoingClutch PressureCommandEngineTorqueCommandActualEngineTorqueCommanded Fill TimeFull PressureFill Pressure Command LevelOffgoing toMaintainCurrent Ratio液壓操縱離合器/行星齒輪副定軸齒輪/同步器 172 相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)有源和無源傳動(dòng)理論傳統(tǒng)的MT、AT均為無源傳動(dòng)電動(dòng)汽車引入了電機(jī)，使得傳動(dòng)系統(tǒng)具有有源特征18提綱1 技術(shù)和產(chǎn)品需求2 相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)3 典型技術(shù)和產(chǎn)品4 技術(shù)特征和關(guān)鍵指標(biāo)5 關(guān)于Prius的深入討論19

6、3 典型技術(shù)/產(chǎn)品分析基于行星排的轉(zhuǎn)速耦合方案輸入轉(zhuǎn)速耦合+輸出轉(zhuǎn)矩耦合輸入輸出均轉(zhuǎn)速耦合單個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速耦合避免功率循環(huán)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速限制通過切換元件實(shí)現(xiàn)不同模式的組合利用純機(jī)械傳動(dòng)工況提高傳動(dòng)效率203 典型技術(shù)/產(chǎn)品分析參數(shù)04 PRIUS額定電壓 VAC 500最大輸出 kW / rpm37.8 / 9500最大扭力Nm / rpm45 / 0 6000最大扭力時(shí)電流 75最高rpm10,000 rpm冷卻系統(tǒng)水冷式參數(shù)04 PRIUS額定電壓 VAC 500最大輸出kW / rpm50 / 1200 1540最大扭力Nm / rpm400 / 0 - 1200最大扭力時(shí)電流230最高rp

7、m6,700 rpm冷卻系統(tǒng)水冷式MG1-轉(zhuǎn)速耦合MG2-轉(zhuǎn)矩耦合Toyota THS213 典型技術(shù)/產(chǎn)品分析223 典型技術(shù)/產(chǎn)品分析發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率248kw，最大扭矩498Nm,搭配2臺(tái)峰值功率83kw電機(jī)模式1：輸入分流（低速和倒車） E1（ MG1轉(zhuǎn)速耦合）分流、 E2（ MG2轉(zhuǎn)矩耦合）匯流 C1、C3閉鎖；C2分離；模式2：復(fù)合分流（高速工況） E1、E2差速（MG1和MG2均為轉(zhuǎn)速耦合） C1、C2閉鎖；C3分離；GM AHS-2233 典型技術(shù)/產(chǎn)品分析243 典型技術(shù)/產(chǎn)品分析Mode 1: 輸入分流253 典型技術(shù)/產(chǎn)品分析Mode 2: 復(fù)合分流2626263 典型技術(shù)

8、/產(chǎn)品分析TU Cheminitz: Tenberge僅采用3個(gè)切換元件和1個(gè)電機(jī)的7檔行星齒輪變速器采用2個(gè)電機(jī)的雙流無級變速器273 典型技術(shù)/產(chǎn)品分析配備4個(gè)前進(jìn)擋位，變速器可輸入的峰值功率高達(dá)290KW，最大輸入轉(zhuǎn)矩1600Nm，電機(jī)功率為150kw，同時(shí)輸入軸轉(zhuǎn)速可以控制在2500轉(zhuǎn)/分以內(nèi)，變速箱重量820kg。1 中置液力變矩器2 閉鎖離合器3 三檔離合器4 差速齒輪5 輸入離合器6 行星齒輪7 倒檔和閉鎖行星排8 扭轉(zhuǎn)減震器9 熱交換器10 四檔離合器 283 典型技術(shù)/產(chǎn)品分析基于定軸齒輪的轉(zhuǎn)矩耦合方案有源同步問題通過電機(jī)減小換檔過程中的動(dòng)力中斷并聯(lián)為主293 典型技術(shù)/產(chǎn)品

9、分析專利：US6945893、US7082850、US7272987303 典型技術(shù)/產(chǎn)品分析集成了Getrag 6-speed 橫置變速箱，Bosch電機(jī)，Bosch電力電子器件以及電驅(qū)后軸(eAD)，可實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能回收，純電動(dòng)行駛等功能。變速箱中配備了扭矩容量250Nm的干式離合器。電機(jī)的扭矩為70-120Nm，電機(jī)與變速箱軸平行布置連接。eAD1 PowerShift 雙離合器2 后軸驅(qū)動(dòng)電動(dòng)3 電機(jī)4 功率電子5 發(fā)動(dòng)機(jī)313 典型技術(shù)/產(chǎn)品分析VW TwinDRIVE323 典型技術(shù)/產(chǎn)品分析同軸并聯(lián)方案333 典型技術(shù)/產(chǎn)品分析專利申請：200910197054.0三軸并聯(lián)方案343

10、 典型技術(shù)/產(chǎn)品分析 同軸并聯(lián)方案35提綱1 技術(shù)和產(chǎn)品需求2 相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)3 典型技術(shù)和產(chǎn)品4 技術(shù)特征和關(guān)鍵指標(biāo)5 關(guān)于Prius的深入討論363636輸入軸供電端口足軸具有用于連接車用內(nèi)燃機(jī)的輸入軸；具有一個(gè)或兩個(gè)電功率雙向輸入端，（通過整流/逆變裝置）連接車載儲(chǔ)能部件，統(tǒng)稱為供電端口；具有與車輪直接或（通過減速機(jī)構(gòu)）間接連接的足軸；能夠?qū)崿F(xiàn)輸入軸到供電端口的發(fā)電功能，能夠?qū)崿F(xiàn)供電端口到足軸的電驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)輸入軸到足軸的機(jī)械驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)功能；具有完整和封閉的箱體及潤滑冷卻裝置；4. 技術(shù)特征和關(guān)鍵指標(biāo)基本技術(shù)特特征統(tǒng)一稱謂： 有源傳動(dòng)技術(shù)Active Transmission

11、Technology373737關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)容量指標(biāo)：峰值輸出功率PW/轉(zhuǎn)矩TW，指足軸上輸出最大機(jī)械功率（kW）/轉(zhuǎn)矩（Nm）；電驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)功率PE，指電端口到足軸的電驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)功率(kW)；額定輸入機(jī)械功率PI/轉(zhuǎn)矩TI，輸入軸允許的額定輸入機(jī)械功率(kW)/轉(zhuǎn)矩(Nm)；最高輸出轉(zhuǎn)速nwmax，指W軸輸出最大轉(zhuǎn)速（rpm）；制動(dòng)性能指標(biāo)：回饋制動(dòng)允許足軸速度范圍，指在無回饋制動(dòng)動(dòng)力中斷情況下的足軸速度范圍；電動(dòng)化程度指標(biāo)（混合度）：電功率比=峰值電驅(qū)動(dòng)功率/峰值輸出功率 效率指標(biāo)：不同功率流向的（額定點(diǎn)或者平均）效率：回饋制動(dòng)效率，電驅(qū)動(dòng)效率，機(jī)械驅(qū)動(dòng)效率 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)：電驅(qū)動(dòng)功率比電制動(dòng)

12、功率比單位重量指標(biāo) (重量比功率，體積比功率)其他通用指標(biāo)，如噪聲、壽命、可靠性等nPPmaxnmax4. 技術(shù)特征和關(guān)鍵指標(biāo)383838 模式部件 串聯(lián)模式并聯(lián)模式混聯(lián)模式電機(jī)于變速箱前電機(jī)于變速箱后M1M2D1定軸齒輪定軸齒輪行星齒輪D2定軸齒輪定軸齒輪定軸齒輪i1固定速比固定速比變化速比固定速比i2變化速比i3變化速比變化速比固定速比固定速比M電機(jī)D機(jī)械匯流/分流裝置I 變速機(jī)構(gòu)基本實(shí)現(xiàn)方案4. 技術(shù)特征和關(guān)鍵指標(biāo)39提綱1 技術(shù)和產(chǎn)品需求2 相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)3 典型技術(shù)和產(chǎn)品4 技術(shù)特征和關(guān)鍵指標(biāo)5 關(guān)于Prius的深入討論混合動(dòng)力與Prius采用的THSprinciplecontrol4

13、13 典型技術(shù)/產(chǎn)品分析混合動(dòng)力與Prius采用的THSGeneratormotor混合動(dòng)力與Prius采用的THS工況分析混合動(dòng)力與Prius采用的THS工況分析混合動(dòng)力與Prius采用的THS工況分析-A-Ready on混合動(dòng)力與Prius采用的THS工況分析-A混合動(dòng)力與Prius采用的THS工況分析-B-Starting混合動(dòng)力與Prius采用的THS工況分析-Start the engine混合動(dòng)力與Prius采用的THS工況分析-B混合動(dòng)力與Prius采用的THS工況分析-C-Slight Acceleration with Engine混合動(dòng)力與Prius采用的THS工況分析-D-Low Load Cruising混合動(dòng)力與Prius采用的THS工況分析-E-Full throttl