一种并联式混合动力汽车传动系设计

一种并联式混合动力汽车传动系设计摘要近年来，一些交通机构已经测试了配备混合动力系统的公交车。据报道，混 合动力系统在排放和燃油经济性能方面与传统的柴油发动机系统相比有着显著 的优势。在本文中，我们分析了混合动力汽车的发展现状以与现有混合动力电动客车 传动系的结构特点和使用效果，参考相关文献，综合考虑各方面因数，对城市用 并联式电动客车的结构特点进行分析， 并以 6120 混联式混合动力电动客车为基 础，对其传动系统进行一系列的设计。其中包括结构设计、参数选择、变速器设 计计算以与绘图过程，并对各零部件进行校核。另外还根据并联式混合动力电动 客车的使用要求，采用类比的方法，选用合适的离合器等其他总成。关键词：混合动力汽车； 6120 并联式混合动力电动客车；传动系统；变速 器设计61206100A 6120目录参考文献致谢1 绪论1.1 引言混合动力汽车应是我国电动汽车产业化的突破口据中国汽车报报道， 根据“十五”国家 863 计划电动汽车重大专项的目标定位和技术路线， 结 合我国汽车工业的发展现状，一些专家认为，混合动力电动汽车应成为我 国电动汽车发展的重点和方向，并有希望率先取得产业化突破。从我国电 动车技术来看，目前已从实验室开发试验阶段过渡到商品性试生产阶段， 我国电动汽车研制开发基本上与国外同行处于同一起跑线上，技术水平与 产业化的差距比较小，目前已有一定基础。在上世纪 90 年代中期已推出 电动汽车样车，电动轿车概念车、燃料电池中型客车已经问世。现在世界上的电动汽车主要分成纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃 料电池汽车三种，专家认为选择混合动力电动汽车作为现阶段我国电动汽 车产业化的突破口，符合我国汽车工业的发展要求。原因一是混合动力电 动汽车承接了传统汽车的技术，有利于对传统汽车工业的改造；二是有利 于降低制造成本和有利于实现产业化。1.2 混合动力汽车的发展现状汽车工业是大多数国家经济发展的支柱产业。美国国家工程院评出的20 世纪最伟大的 20 项工程技术成就中汽车排名第二已足以说明这一点。 从“十五”计划开始 , 我国汽车工业也进入高速发展和快速增长时期。 我国与世界各国一样，随着汽车产品与保有量的大量增加，由此而引发的环境和能源问题已经引起了国家和社会的广泛关注。污染的严重和能源的匮 乏，对整个世界和各国经济的发展而言，无疑是一个巨大的挑战和残酷的瓶颈。对此，必须积极寻求应对办法，认真研究解决对策。治理与改善我国环境状况的目标汽车尾气排放有害物质对城市区域大气具有严重的危害，许多国家相应制定了严格的法律法规、规范和国家标准，违背法律法规和不符合相关标准的汽车在市场竞争中被淘汰出局。当前我国汽车工业面临着必须达到的两个目标是:达到如表1-1所示的法规和标准要求表1-1美国、欧洲与中国对汽车尾气排放有害气体的限制法规与标准实施年代19921994199620002002200520082010美国联邦法规1990 法规1994 法规2004 法规欧洲标准欧I欧U欧川欧W欧V中国14716(1-7093相当于欧I相当于欧n相当于欧川与国际同步限制2的排放 越来越多的证据表明，汽车的2排放是破坏环境最重要的元凶之一。为此，联合国“政府间气候变化专业委员会”对 （）其进行了评估，表明:1996年世界共排放2等温室气体200亿吨，美国占25 % ,其中汽车排放占10 % ,中国排放2占1315 % 。 1997 年12月,全球气候变化条约国第三次缔约国会议（3）在日本京都召幵，会议通过的京都议定书限定了 2、2、甲烷等6种造成温室的气体的排放量如表1-2所示。表1-2世界主要国家需要降低的排放量欧盟美国日本加拿大8%7%6%6%议定书还规定以1990年为基准到2012年止,工业发达国家2排放量要降低总量的512 %。这些数字看起来不大，但考虑到汽车数量的增加 需要减少的绝对量则相当可观，如日本实际要降低20 %左右。目前已有 110多个国家批准了京都议定书，但排放2最多的美国却拒绝执行， 并提出排放2要实行市场化。京都议定书虽对发展中国家没有提出具体要求，但考虑到每燃烧1汽油产生约3的2 ,而我国是石油消耗大国， 有不可忽视的2排放量的治理任务。石油短缺的压力我国石油资源短缺，已发现可幵采的储量仅占世界总储量的4 %左右,从1993年幵始进口石油，并以每年两位数字的百分比增长，2000年进口 石油7000万吨,成品油3000万吨。到2005年以后，每年进口石油将超 过一亿吨，相当于科威特一年的石油总产量，未来我国石油缺口更大。我国石油需求与产量如表1-3所示表1-3我国石油需求与亿吨年份需求产里缺口2000 年2.41.60.7+0.32005 年2.81.781.022010 年3.61.891.71面对如此严重的环境问题和严峻的能源现状，世界各国都在寻找解决的途径，经过多年的探索，在科技界比较一致的对策是：提高和完善内燃 机的性能，进一步提高内燃机的热效率，降低能耗，广泛采用电喷、智能正 时可变气阀（2i）,稀薄燃烧、压缩直喷点火、改进燃油品质等先进技术：采用替代燃料，如水煤气、氢、乙醇、甲醇、合成燃油G和L等;鼓励和推广采用电动汽车（）、混合动力电动汽车（）、燃料电池电动汽车（）。目 前动力电池技术未取得突破性进展，只能在城近郊区、旅游名胜区、步行街等有限地区使用。是利用氢、氧在常温下产生电化学反应发电作为车辆运动的动能，排出的是水，为零排放，这是第一优势；第二优势是氢在 地球上储存量很多，可以从水和生物中提取，不依赖石油资源。虽然现在 的一些技术难题使近期批量使用还有困难，但这两大优势注定了是发展的趋势。早在1909年，就有人提出了利用内燃机与电动机结合来克服纯 电动汽车续驶里程短和充电时间长的缺点，并出现了早期的混合动力电动汽车，成为了从内燃机汽车到电动汽车的一种过渡车型。随着技术的进步，电动汽车的发展呼唤新的车型。这种车型是将技术上最先进（即油耗最低，排放污染最优，体积重量最小）的内燃机与一种一定容量的高性能储能装置 （ 动力电池 ） 相结合 ,通过最先进的电子控制系统组成电机驱动系 统 , 这三者的最佳匹配必将大幅度地降低油耗, 实现更低的排污量 , 满足更严格的排放要求 , 使其成本比较接近于同类汽车的水平。 这种 将会受 到汽车工业界欢迎 , 并成为为市场接受的主流车型。据最新的资料显示 , 日本已在美国出售 1318 万台混合动力电动轿车 。 总之 , 、的发展是当 今汽车技术发展的一个新方向 , 是寻求解决上述难题的一个有效途径。1.2.3 日本混合动力 / 电动汽车发展概况日本汽车保有量占全球第二位， 由于人口密集， 国土狭小，石油 100 依赖进口。因此，日本对 的研发十分重视。日本从 1965 年开始电动车的 研制、通产省正式把电动车列入国家项目， 1967 年成立了日本电动车协 会，促进了电动车事业的发展， 1971 年日本通产省就制定了电动汽车的 开发计划， 1991 年日本通产省又制定了“第三届电动汽车普与计划”， 提出到 2000 年日本电动汽车的年产量达到 10 万辆，保有量达到 20 万辆。 2001 年 7 月，日本开展了“低公害车开发普与行动”，将 列为重点开发 的低公害汽车之列，并制定了专门的政策，以促进 的普与应用； 2002 年 提出从 2005 年开始大幅度限制尾气排放，制定了新长期排放限制的 标准，准备用于 2005 年以后销售新车的一项排放法规； 2002 年 2 月 26 日，日本中央环境审议会大气环境领域的一个专门委员会（环境大臣的咨 询机构）提出了一份将要纳入这项法规的尾气排放标准的咨询提案。这项 提案的内容包括将颗粒状物质（）含量比现行标准的要求最大削减 85% ， 将氮氧化物（NO?）削减50%等一些内容，该法规的实施将进一步推动的发展。按照目前的发展速度，预计在 2010 年将达到 210 万辆。 丰田是全世界第一台正式批量生产的混合动力车的制造者，自从1997 年开始，就开始在日本销售， 2000 年起便在北美、欧洲与世界各地 公开发售。目前，已经在中国上市。到了 2001 年，丰田又在日本推出了 混合动力小货车、使用弱混合动力的皇冠豪华小轿车和混合动力轻型货车。 丰田商业化的车型已经达到 5 款。为了在实现低排放的前提下，提高车辆 的动力性，在 2003 年，丰田汽车把新一代的混合动力系统 引入到了第 二代的上面。在 2005 年，他把这套系统的使用范围扩展到了对动力性能 要求更高的车型上雷克萨斯的 400h （日本名为 ）和 （日本名为 ）。本田公司在混合动力车方面也颇有建树， 1999 年推出“”， 2001 年推出“”。本田还在混合动力车的开发上，通过研究新型发动机、镍氢 蓄电池等追求动力高效化；通过开发新型轻质铝车身、树脂油箱等谋求车 辆的轻型化，使汽车达到每公升汽油可行驶 35 公里的世界最高水平，并 且使汽车尾气排放达到世界最严格要求的标准。1.2.4 美国混合动力 / 电动汽车发展概况汽车工业是美国的支柱产业，给美国带来了繁荣昌盛，但同时也带来 了能源危机、环节污染以与资源的浪费。美国近年来几乎要从国外进口全 国消耗量一半以上的石油。为了避免受到石油危机的冲击，美国十分重视 对混合动力汽车的研究和开发。 1976 年卡特总统签署研究开发和示范法 案，授权美国能源部执行和管理研究计划，但是直到九十年代初电动车的 研究在美国才真正开始。 1990 年 10 月布什总统签署清洁空气法严格规定 了汽车排放的标准，同月加州政府也有了新的规定，即要求汽车制造商在 加州销售的车辆中百分之二必须是零排放车辆，而当时只有纯电动汽车才 可能达到零排放车辆的要求。1991 年美国通用汽车公司、福特汽车公司和克莱斯勒汽车公司共同 协议，成立了先进电池联合体 ()，共同研究开发新一代电动汽车所需要的 高能电池。 1991 年 10 月与美国能源部签订协议，在 1991-1995 年的四 年间投资 2.26 亿美元来资助电动汽车用高能电池的研究。 1993 年，美国 克林顿政府推出了新一代汽车伙伴计划即，要求联邦政府部门从 1993 到 1995 年度大量购买包括的替代燃油车。制订了 10 年开发计划，目标是 80( 约 3100) 的低油耗汽车。2002 年 1 月 9 日， 10 年计划尚未结束，美国能源部部长斯潘塞?阿伯拉罕在各大汽车公司首脑参加的会议上宣布，根据总统布什的国家能源 计划，降低美国对进口石油依赖性，决定成立一个新的汽车研究项目，叫 做自由车 ( ) ，该项目的长期目标是高效、价廉、无污染。研究先进、高效 的燃料电池技术，用氢燃料作动力，不产生任何污染。改项目继续对电动 汽车进行专项研究，但是重点是发展氢燃料电池电动车。按照的时间表，在1999年以前为浓缩并集中技术目标阶段，1999 2001为生产概念车阶段，20012005年为生产性样车阶段。在 2000 年底特律国际汽车展上福特和通用汽车公司展示了其柴油复合动力概念 车，同年 2 月 22 日，戴姆勒克莱斯勒在华盛顿国家博物馆公布了其复合 动力概念车。计划在 2002 年被终止，原因是 80 的目标很高，而研制的 新车在成本上并未取得很好的成果，不能满足用户在价格上的要求，也就是说，在短时期内不具有市场价值。更重要的是，仍然局限于用石油作为 基本能源。因此要求新项目在这方面有新的突破，将着眼于新一代汽车能 源，而不囿于现有技术和当前燃料资源。但是起到了全球技术开发领头人 的作用，从其建立和执行情况来看，新一代汽车已经成为跨国汽车公司和 工业国家战略发展的重要内容。1.2.5 欧洲混合动力 / 电动汽车发展概况(1) 法国 法国是一个缺少石油的国家，每年要从国外进口大量石油。因此，法 国是全世界最积极研制和推广电动汽车的国家之一。法国电力供应充沛且 多用核能发电和水力发电，发电源干净且电价便宜，汽车工业发达。法国 政府鼓励开发电动汽车和充分利用电力资源，在政策上给予支持，为开发 电动汽车提供资助。法国政府、法国电力公司、标致雪铁龙汽车公司和 雷诺汽车公司共同承担开发和推广电动汽车的协议，共同合资组建了电动 汽车的电池公司， 和萨夫特 ()公司承担电动汽车的高能电池的研究和开发， 以与电池的租赁和维修等工作。1990 年法国标致雪铁龙汽车公司所开发的 5和25 电动货车投入生 产。 1995 年法国能源部、标致雪铁龙汽车公司开发了标致106 和型四座电动轿车，用雪铁龙型轿车改装的电动轿车，雷诺汽车公司的型四 座电动轿车与其变型车等，并投放在罗切里市进行试验。 1997 年法国的 电动汽车产量达到 2000 辆左右。不仅如此，法国非常鼓励使用混合动力汽车，使法国混合动力汽车的发展位居世界前列。四年前法国政府电力公司与汽车制造商签订了协议， 使全国电动汽车保有量达到 10 万台， 在 20 个城市推广混合动力汽车。 法 国已有十几个城市运行电动汽车且有比较完善的充电站等服务设施，政府 机关带头使用混合动力汽车。法国政府为了鼓励用户使用混合动力汽车， 还宣布企业购买混合动力汽车第一年可以免税。法国电力公司向电动汽车 生产厂家每生产一辆电动汽车提供 1 万法郎的补助，以扩大电力使用范围。 目前，法国混合动力汽车的普与程度和保有量都位居世界前列。(2) 德国德国政府十分重视环节保护，投入了大量的资金用于的研发， 1971 年成立了城市电动车交通公司 ()，积极组织的研究与开发。 1991 年在拜尔 州投入了 300 辆进行运行。拜尔州还拨 400 万马克，用于资助用户车价 的 30% 购买电动汽车。另外，汉堡市也采取资助用户车价的25% 来鼓励用户购买电动汽车。德国政府指定奔驰汽车公司和大众合资建立的德国汽 车工业有限公司的科技开发机构， 1992 年德国政府拨款 2200 万马克， 在 吕根 ()岛建立欧洲试验基地， 组织了四大公司 62 辆各类电动车在吕根半岛 城运行试验，对 64 辆电动汽车和电动汽车的系统工程进行长达 4 年的大 规模试验，并有很多国家和城市都派有参加吕根岛的实验。 1994 年展示 出了 19 种轿车， 13 种面包车， 4 种大客车，都进入了实用阶段。 20 世纪 70 年代末期，德国戴姆勒奔驰汽车公司生产了一批 306 电动汽车，采 用铅酸电池。20 世纪 80 年代初期，德国奔驰汽车公司生产了电动大客车， 也生产了商用电动汽车，奔驰公司还宣布投资 4.7 亿美元研究开发燃料电 池，计划 2005 年实现产业化。欧宝公司在 1972 年开始研制新型电动汽车。 1981 年与公司 （现在的公司 ）合作研制了电动轿车。1.2.6 我国发展概况我国目前也非常重视混合动力电动汽车的研究与开发，一些单位的起 步研究工作正在展开， 国家科技部已将其作为“十五”重大8专63项的内容。我国有关电动汽车的研制开始于 20 世纪 90 年代。从 1996 年开始， 广东省科委统一协调组织研制电动汽车，并取得了可喜的进展。清华大学 研制了电动中型客车。中国远望 （集团 ）总公司与北京理工大学、国防科技 大学和河北胜利客车厂等单位联合，于 1996 年 3 月研制成功了 51 座 6120 型电动大客车。在此基础上， 我国混合动力电动汽车的研制也有了一定的进展。 1998 年，清华大学与厦门金龙公司合作研制了混合动力电动客车；同年，江苏 理工大学承担了江苏省科委下达的重点工业科技攻关项目混合动力 电动公交轻型客车 6700 串联式混合动力的研制， 目前样车的研制工作已 经结束。一汽在 2001 年 4 月 19 日闭幕的第 3 届北京国际清洁车展上 推出一款混合动力电动轿车红旗 7180 。该轿车是由一汽研究所、美 国电动车亚洲 7 公司、汕头国家电动汽车试验示范区三方共同合作完成的， 属串联式结构的中高档车型。清华大学与沈阳金杯客车制造有限公司在 2001 年 3 月签订了“ 648混0 合动力电动客车的研制与开发”合作项目 的合同。深圳明华环保汽车有限公司于 2001 年4 月推出了混合动力电动 环保汽车 6720 ，引起社会各界关注 ; 该车采用的是并联式混合动力系统， 发动机为 87 ；电机为 312V 、充电次数大于 500 次；异步交流电机平均 功率为 36; 满载最高车速 为 90 ; 最大爬坡度为 33 ; 续驶行程可达 1080 ，纯电机驱动时为 100 ；百公里等速油耗 7.69L; 乘客数为 22; 其 尾气排放达欧洲标准，噪声指标也大大低于国产普通中巴车。东风汽车公 司承接“ 863 ”混合动力研制项目现已完成 , 并已于最近推出混合动力电 动客车样车，整车性能良好。我国通过国家“八五”、“九五”甚至“十 五”电动汽车的科技攻关，在方面已经积累了一定的技术基础和经验1.3 关键性技术的研究1.3.1 整车能量管理系统和控制策略要实现混合动力电动汽车性能的提高，就必须对整车，尤其是动力系 统进行控制，使各个部件能够协调工作。这一任务由整车能量管理系统来 完成。(1) 整车能量管理系统 混合动力电动汽车的能量管理系统和工业上用到的复杂系统一样，普 遍采用分级分布式结构，如图 1.1 所示。最上层为能量管理系统的决策单 元 ( )，统一协调和控制各个低端控制器； 中间一层包括多个低端控制器； 最下层为各个执行器。能量管理系统的决策单元接受驾驶员输入的指令、 各个执行器的信息和环境信息 ,协调各子系统的工作。能量管锂系塩的决策单元n CANSS图1.1混合动力电动汽车整车能量管理系统（2）整车能量管理策略混合动力系统的整车控制策略（能量管理策略）可以从不同的角度出发进行分析。无论是串联、并联还是混联系统，控制策略要解决的问题主要 有两个：系统运行模式的切换和混合模式下功率的分配。混合动力系统有 多种运行（能量流动）模式。根据不同的工况要求，以优化各部件工作点为 目的，可以在这些运行模式中进行切换。串联混合动力系统有11种可能的工作模式与多种模式切换策略，如发动机策略和“转换输出功率”策略。 并联系统的运行模式较少，混联系统则可以设计得较多，以适应不同的工 况。功率分配是系统能量管理策略研究的关键。通常功率分配都被看作是 一个以减小油耗和改善排放为目标的优化阔题，功率分配决定了混合动力 系统中发动机的工作区域。根据优化程度（或者说发动机工作点选择方式） 的不同，目前被广泛采用或研究的功率分配策略大体上可以分为：恒定工 作点策略、优化工作区策略、优化曲线策略、瞬时优化策略和全局优化策随着对混合动力系统控制策略研究的深人，诸如自适应控制、模糊逻 辑控制、神经元网络控制等方法也得到有效的运用。这些方法可以改善实 时控制的性能，提高对各种工况的适应能力。1.3.2 子系统的关键技术为了充分发挥混合动力系统的潜力，应当对部件进行优化，使其适应 混合动力系统的工作特点。(1) 电池和电池管理系统 一般情况下，混合动力系统的动力电池进行的是频繁、浅度的充放电 循环：在充放电过程中， 电压、电流可能有较大变化。 针对这种使用特点， 混台动力系统对电池有如下几方面的特别要求： 大功率充放电的能力。质量比功率和体积比功率是衡量电池快速 放电能力的指标，相对于能量要求，混合动力系统的电池对比功率的要求 更高。同时，混合动力系统在制动能量回收或低功率调峰时要求电池能够 在短时间内接受大量的能量，目前的高功率电池往往存在快速充电接受能 力差的问题。提高电池快速充电接受能力比提高电池的比功率更加紧迫和 关键。 充放电效率。混合动力电动汽车中内燃机发出的相当一部分能量 须经历充电放电的能量循环， 高的充放电效率对保证整车效率具有至 关重要的作用。 混合动力系统的电池应当在快速充放电和充放电过程变工况的条 件下保持性能的相对稳定。混合动力系统使用条件下能达到足够的充放电循环次数也是对电池的基本要求。此外，作为车用动力电池，还有一些基本要求：电压、质量比能量和 体积比能量、免维护性以与成本。发展的其它储能技术 飞轮电池 飞轮电池有比能量高、比功率大、充电快、寿命长、无污染等优点， 但目前技术难度和成本都较高。 超级电容 超级电容虽然能量密度较低，却拥有很高的功率密度，能在瞬时提供 很大的电流和功率，同时寿命长、效率高、充电快，是混台动力系统中很 有前途的一种瞬时供能装置。电池管理系统电池管理系统是整车能量管理系统的一部分整车能量管理策略的实 施要依赖电池管理系统对电池状态的判别和对电池性能的维护 电池管理 系统的主要功能有：防止电池过充电或过放电；判定荷电状态：选择适当 的充电或放电模式； 对电池进行均衡充电； 控制并平衡电池组的工作温度。(1) 电驱动系统对电驱动系统的要求： 串联系统对驱动电机的要求与纯电动车相似，发电机则要求小体 积、高效率、控制性能良好。 并联和混联系统要求电机能适应频繁的起停和电动 / 发电状态之间 的切换。在并联系统“轻度复合”的结构中，电机功率要求较小，可采用与发动机曲轴同轴的结构，进一步减小了电机尺寸和质量。目前发展中的“ 42 V 系统”实际上就是一种“轻度复合”方案： 目前适合使用的电驱动 系统主要是异步电机 (感应电机 )驱动系统和永磁同步电机驱动系统(3) 动力复合装置 在并联和混联系统中，机械的动力复台装置是耦合发动机和电机功率 的关键部件。 它不仅具有很大的机械复杂性， 而且直接影响整车控制策略， 因而成为混合动力系统开发的重点和难点。目前采用的动力复合方式有转 矩复合、速度复合和双桥动力复合。(4) 混台动力系统专用发动机 系统中，由于发动机的工况可以控制在一定范围内，因而可以进行优 化设计进一步提高其燃油经济性，降低排放。 对内燃机的改进 目前采用内燃机的混合动力系统基本上都对其发动机进行了重新设 计或重大改进。例如丰田的 1.5 L 汽油机采用的高效率、高膨胀比、工作 循环、紧凑型倾斜式挤气燃烧室以与铝合金缸体。其主要目的是追求高效 率而不是高功率。由于电机承担了功率调峰的作用，发动机町以舍弃非经 济工作区的性能而追求经济工作区的更高效率。 混合动力系统中使用的其它热机 混合动力电动汽车还可以选用燃气轮机、斯特林发动机或燃气发动机 等其它热机，利用它们各自的优势，可以构成不同特点的混合动力系统。1.4 本课题的研究内容(1) 并联式混合动力电动汽车传动系的特点分析(2) 6100 并联式混合动力电动汽车传动系的设计2 并联式混合动力电动汽车传动系的结构特点分析2.1 混合动力汽车动力传动系布置方案由于混合动力汽车采用 2 种动力源作为动力装置 , 它的各个组成部件、 布置方式与控制策略的不同 , 因而形成了各式各样的结构型式。混合动力 汽车的分类方法也有多种。根据动力源的数量与动力传递方式的不同 , 分 为串联型、并联型和混联型 ; 根据发动机和电机的功率比的大小 , 分为里 程延长型、动力辅助型和双模式型 ; 根据发动机运行模式的不同 , 分为发 动机开 / 关模式和发动机连续运行模式 ; 根据发动机和电动机是否布置在 同一轴线上 , 分为单轴式和双轴式 ; 根据蓄电池组的荷电状态 ( ) 的变 化情况 , 又可分为荷电消耗型和荷电维持型。2.2 并联式 动力传动系并联式 动力传动系 ( , 又称 ) 的结构组成如图 2.1所示。在并联式 动 力传动系中 , 发动机与电动机可以分别独立地为汽车驱动轮提供动力 , 没 有串联式 动力传动系中的发电机 , 因此更像传统的汽车动力传动系 , 并 具有了许多显著的优点 : 由于发动机的机械能可直接输出到汽车驱动 桥 , 中间没有能量的转换 , 与串联式布置相比 , 系统效率较高 , 燃油消耗 也较少。 电动机同时又可作为发电机使用 , 系统仅有发动机和电动机两 个动力总成 , 整车质量和成本大大减小。 假定汽车所要求的最大功率为 P ,则每台动力总成的功率总和往往是在 P2P之间，由于设备功率较小，所需的设备费用也较小。但由于发动机与车辆驱动轮间有直接的机械 连接，发动机运行工况不可避免地要受到汽车具体行驶工况的影响 ，要维持发动机在最佳工作区工作，则控制系统和控制策略较复杂图2.1并联式动力传动系统结构图2.3 并联式动力传动系结构分析231转速合成式动力传动系转速合成式动力传动系的动力合成装置为转速合成装置，其工作原理如图2.2所示转跆戎髓如血图2.2转速合成装置工作原理简图如果用i1、i2分别表示转速合成装置对应于1输入、2输入的机械传动比，则存在下述关系式：(2-1)Vin1 Vin2Vout(2-2)式中 T、V 扭矩和转速、 输入和输出此结构有2套结构机械变速器，内燃机和电动机各自与一套变速结构 相联，然后通过齿轮进行复合。在此种结构中 ，可以通过变速机构调节内 燃机、电动机之间的转速关系，使发动机的工况调节变得更灵活。此种结 构目前是最有生命力的结构，主要采用行星差动系统的结构。行星齿轮动力复合机构，可以实现多个部件转速的复合，即各个部件 间的转矩保持一定的比例关系。这种功率复合形式被称为速度复合。行星 机构有2个自由度，通过不同离合器和制动器的作用，可以实现单自由度、 固定传动比的传动。在此机构中发动机与行星架相联，通过行星齿轮将动力传递给外齿圈 和太阳轮，齿圈轴与电动机和传动轴相联，太阳轮轴与发电机相联。动力 分配装置将发动机大部分转矩直接传递到驱动轴上，将另一小部分转矩传给发电机，发电机发出的电能根据指令给电池充电或用于电动机以增加驱 动力。通过对行星机构的变速比和受力分析可以得到(1 + ? ?= ?+ ?= (1 + 1? ?= (1 + ? ? = ?= ? + ?= ? + ?？(1 + ?= ?= (1 + ? ?- ? ?(2-3)式中 p太阳轮齿数与齿圈齿数之比(0 p 10大型客车710中型客车3.5 7轻型客车 Tf故混合动力传动系可以采用电动机单独驱动。4.3传动比的选择主减速器传动比io的选择io的选择首先应满足车辆最高行驶速度要求，即i0 ?i 0.337 :?-?-(4-6)式中？?为发动机最大功率点对应的转速()。由图4.3知，当i0= i03时，车辆低速行驶具有较大的后备功率，但满足不了最高车速的要求，这就需要电动机具有更大的额定功率，电池组具有 更大的容量；当io=ioi时，虽可以稍微减小高速行驶时的电动机供应功率(),但却显著减小了车辆低速行驶时的后备功率,得不偿失；而当io= io2时,即可以满足最高车速的要求，同时，车辆低速行驶时又具有相当大的后备 功率，但前提条件是最高车速行驶时电动机必须提供更大的输出功率(P?-P?。实际上，车辆以最高速度行驶时的功率并不高，而车辆低速行驶时，发动 机具有较高的后备功率，从而使其有富裕的功率为电池组充电，有助于减小车辆携带的电池组的容量。因此，为获得比较好的综合性能，io的选择应符 合式(4-5)中的等号要求。4035302520151050020406080100120140图4.3不同io时车辆的功率平衡图理论上主减速器速比取得越大越好，但应以保证车辆能达到最高车速为界限。由于轮胎为子午线轮R?!台3.05为轮胎自由直径 1.10m 故R?=3.05 X 1.10 / 2 X 3.14=0.534m? ?ioi = 0.337二 6.29?02 = 0.377= 5.03?取主减速器传动比i=6.2变速器传动比选择传动比范围变速器的传动比范围是指变速器最低档传动比与最高档传动比的比值。目前乘用车的传动比范围在3.04.5之间，总质量轻些的商用车在5.08.0之间，其他商用车则更大。最高档五档为直接档，传动比为1最低档的影响因素有：发动机的最大转矩和最低稳定转速所要求的汽车最 大爬坡能力，驱动轮与路面间的附着力，主减速比和驱动轮的滚动半径以 与所要求达到的最低稳定行驶车速。这里根据汽车满足最大爬坡度来确定 最低档一档的传动比：汽车爬坡时车速不高，空气阻力可忽略，则最大驱动力用于克服轮胎与路面间的滚动阻力与爬坡阻力，故有?1?0? ?Cos ?+ sin? ? = ?(4-7)则由最大爬坡度要求的变速器I档传动比为?1？?？?(4-8)式中：？?发动机最大扭矩；?=?600N m?1变速器一档传动比；笏尸7?主减速器的传动比；？?=6.2.?汽车传动系传动效率；?=0.96m汽车总质量；满载前轴负荷+满载后轴负荷=15000重力加速度；9.8 kg?道路最大阻力系数；?初?.01285+0.22=0.23285（滚动阻力系数； 0.0076+0.000056 U?=0.01285i坡度阻力系数；tan ?=0.22）?科区动轮滚动半径；?尸 Fd?2?=3.05 X 974/2 X 3.14=473.041（F为计算常数，子午线轮胎取 3.05，斜交轮胎取2.99 ）a道路最大上坡角；a tan-1 ?2212.4 根据驱动车轮与路面的附着条件?1?冬G?（4-9）求得变速器I档传动比为：?1冬G?？/(4-10)合并(4-7)与(4-8) , 得mg? w?1 w G2 ?(4-11)代入数值，求得？?1的范围是5.346 翎尺7.718取最低档？?1为7。各档传动比的确定中间档传动比理论上按公式1?-1( i?)?1 ? ?-1 (?1?)?(n 为档位数 )的几何级数排列，代入：(7/1)5- 1 1.63s?2=s?1?i.63 4.29?3=?2?1.63 2.63要求相邻档位之间的传动比比值在 1.8 以下，该值越小换档工作越容 易进行。因高档使用频繁，所以又要求高档区相邻档位之间的传动比比值，要比低档区相邻档位之间的传动比比值小。所以最后确定各档的传动比如下所示：?1=7 ；?2=4.2 ； ?3=2.6 ；?4=1 ； ?=7.54.4 电池组容量的选择蓄电池的容量有实际容量和额定容量之分。用(安时)数表示。实际 容量是指蓄电池所能输出的电量，等于放电电流所能输出的电量，等于放 电电流与放电时间的乘积。额定容量也叫