《一種并聯(lián)式混合動力汽車傳動系設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《一種并聯(lián)式混合動力汽車傳動系設(shè)計（63頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 一種并聯(lián)式混合動力汽車傳動系設(shè)計 一種并聯(lián)式混合動力汽車傳動系設(shè)計 摘要 近年來，一些交通機構(gòu)已經(jīng)測試了配備混合動力系統(tǒng)的公交車。據(jù)報道，混合動力系統(tǒng)在排放和燃油經(jīng)濟性能方面與傳統(tǒng)的柴油發(fā)動機系統(tǒng)相比有著顯著的優(yōu)勢。 在本文中，我們分析了混合動力汽車的發(fā)展現(xiàn)狀以及現(xiàn)有混合動力電動客車傳動系的結(jié)構(gòu)特點和使用效果，參考相關(guān)文獻，綜合考慮各方面因數(shù)，對城市用并聯(lián)式電動客車的結(jié)構(gòu)特點進行分析，并以cs6120 混聯(lián)式混合動力電動客車為基礎(chǔ)，對其傳動系統(tǒng)進行一系列的設(shè)計。其中包括結(jié)構(gòu)設(shè)計、參數(shù)選擇、變速器設(shè)計計算以及繪圖過程，

2、并對各零部件進行校核。另外還根據(jù)并聯(lián)式混合動力電動客車的使用要求，采用類比的方法，選用合適的離合器等其他總成。 關(guān)鍵詞：混合動力汽車；CS6120 并聯(lián)式混合動力電動客車；傳動系統(tǒng)；變速器設(shè)計 THE DESIGN OF A TRANSMISSION SYSTEM FOR CS6120 PARALLEL HYBRID ELECTRIC VEHICLE Abstract In recent years, several transit agencies have tested buses equipped with hybr

3、id powertrain systems. It has been reported that hybrid powertrains have significant advantages over conventional diesel engine systems, in the area of emissions and fuel economy performance. In this paper, we analysised on the structural characteristics and application of transmission system for t

4、he existing hybrid electric bus, reference to relevant literature, comprehensive consideration of various factors, to analyze the structural characteristics of the city hybrid electric buses, and based on CS6120 Hybrid Electric Bus , design its transmission system .Including the structural design

5、, preferences, calculation and drawing. In addition, also according to the requirements of using Hybrid Electric Bus, use analog methods, choose the other appropriate assembly such as clutch, and to check all parts and components. Key Words: Hybrid electric vehicle; CS6100 parallel-series hybrid

6、electric vehicle; Transmission system; Transmission design 目錄 1 緒論 1 1.1 引言 1 1.2 混合動力汽車的發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.2.1 治理與改善我國環(huán)境狀況的目標 2 1.2.2 石油短缺的壓力 3 1.2.3日本混合動力/電動汽車發(fā)展概況 4 1.2.4美國混合動力/電動汽車發(fā)展概況 5 1.2.5歐洲混合動力/電動汽車發(fā)展概況 6 1.2.6 我國發(fā)展概況 7 1.3 關(guān)鍵性技術(shù)的研究 8 1.3.1 整車能量管理系統(tǒng)和控制策略 8 1.3.2 子系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 10 1.4 本課題的

7、研究內(nèi)容 12 2并聯(lián)式混合動力電動汽車傳動系的結(jié)構(gòu)特點分析 13 2.1　混合動力汽車動力傳動系布置方案 13 2.2 并聯(lián)式HEV 動力傳動系 13 2.3 并聯(lián)式HEV 動力傳動系結(jié)構(gòu)分析 14 2.3.1　轉(zhuǎn)速合成式PHEV 動力傳動系 14 2.3.2　扭矩合成式PHEV 動力傳動系 15 2.3.3　牽引力合成式PHEV 動力傳動系 18 3 CS6120并聯(lián)式混合動力大客車總體設(shè)計 20 3.1 基本原理 20 3.2 汽車軸數(shù)、驅(qū)動形式、布置形式的選擇 21 3.2.1 確定汽車類型 21 3.2.2 確定軸數(shù) 21 3.2.3 驅(qū)動形式 21

8、 3.2.4 布置形式 22 3.3 汽車主要參數(shù)確定 22 3.3.1 外廓尺寸 22 3.3.2 一般參數(shù) 22 3.3.3 軸荷分配 22 3.4 汽車輪胎的選擇 22 4 CS6120 并聯(lián)式混合動力電動汽車傳動系參數(shù)的設(shè)計 24 4.1 發(fā)動機功率的選擇 24 4.2 電動機參數(shù)的選擇 25 4.2.1 電動機額定轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速的選擇 25 4.2.2 電動機額定功率的選擇 27 4.3 傳動比的選擇 27 4.2.1 主減速器傳動比i0的選擇 27 4.3.2 變速器傳動比選擇 29 4.4 電池組容量的選擇 30 4.5 車輛最高車速的校核 31

9、 5 變速器的設(shè)計 32 5.1 中心距的確定 32 5.2 齒輪參數(shù)的選擇 33 5.2.1 模數(shù)m 33 5.2.2 壓力角α 33 5.2.3 螺旋角β 34 5.2.4 齒寬 35 5.2.5 變位系數(shù) 36 5.3 各檔齒輪參數(shù)的計算 36 5.3.1 確定一檔的齒數(shù) 36 5.3.2 修正中心距 37 5.3.3 確定常嚙合傳動齒輪副的齒數(shù) 37 5.3.4 確定其他檔位的齒數(shù) 37 5.3.5 倒檔齒輪齒數(shù) 38 5.3.6 確定倒檔與中間軸的中心距 38 5.4 齒輪機構(gòu)的校核 38 5.4.1 變速器齒輪的毀壞形式 38 5.4.2 齒輪強度

10、計算 39 5.5 軸的設(shè)計計算 42 5.5.1 軸的功用及要求 42 5.5.2 軸的尺寸的初選 43 5.5.3 軸的校核 44 6 設(shè)計總結(jié) 56 參考文獻 致謝 1 緒論 1.1 引言 混合動力汽車應(yīng)是我國電動汽車產(chǎn)業(yè)化的突破口據(jù)中國汽車報報道，根據(jù)“十五”國家863計劃電動汽車重大專項的目標定位和技術(shù)路線，結(jié)合我國汽車工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，一些專家認為，混合動力電動汽車應(yīng)成為我國電動汽車發(fā)展的重點和方向，并有希望率先取得產(chǎn)業(yè)化突破。從我國電動車技術(shù)來看，目前已從實驗室開發(fā)試驗階段過渡到商品性試生產(chǎn)階段，我國電動汽車

11、研制開發(fā)基本上與國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90年代中期已推出電動汽車樣車，電動轎車概念車、燃料電池中型客車已經(jīng)問世。 現(xiàn)在世界上的電動汽車主要分成純電動汽車、混合動力電動汽車和燃料電池汽車三種，專家認為選擇混合動力電動汽車作為現(xiàn)階段我國電動汽車產(chǎn)業(yè)化的突破口，符合我國汽車工業(yè)的發(fā)展要求。原因一是混合動力電動汽車承接了傳統(tǒng)汽車的技術(shù)，有利于對傳統(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現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。 1.2 混合動力汽車的發(fā)展現(xiàn)狀 汽車工業(yè)是大多數(shù)國家經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。美國國家工程院評出的20 世紀最偉大的20項工程技術(shù)成就中汽

12、車排名第二已足以說明這一點。 從“十五”計劃開始, 我國汽車工業(yè)也進入高速發(fā)展和快速增長時期。 我國與世界各國一樣, 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)境和能源問題已經(jīng)引起了國家和社會的廣泛關(guān)注。污染的嚴重和能源的匱乏, 對整個世界和各國經(jīng)濟的發(fā)展而言, 無疑是一個巨大的挑戰(zhàn)和殘酷的瓶頸。 對此, 必須積極尋求應(yīng)對辦法, 認真研究解決對策。 1.2.1 治理與改善我國環(huán)境狀況的目標 汽車尾氣排放有害物質(zhì)對城市區(qū)域大氣具有嚴重的危害, 許多國家相應(yīng)制定了嚴格的法律法規(guī)、規(guī)范和國家標準, 違背法律法規(guī)和不符合相關(guān)標準的汽車在市場競爭中被淘汰出局。 當前我國汽車工業(yè)面臨著必須達到的

13、兩個目標是: ①達到如表1-1 所示的法規(guī)和標準要求 表1-1 美國、歐洲及中國對汽車尾氣排放有害氣體的限制法規(guī)與標準 實施年代 1992 1994 1996 2000 2002 2005 2008 2010 美國聯(lián)邦法規(guī) 1990 US EPA法規(guī) 1994 US EPA法規(guī) 2004 US EPA法規(guī) 歐洲標準 歐Ⅰ 歐Ⅱ 歐Ⅲ 歐Ⅳ 歐Ⅴ 中國 GB14716(1-70-93 相當于歐Ⅰ 相當于歐Ⅱ 相當于歐Ⅲ 與國際同步 ②限制CO2 的排放 越來越多的證據(jù)表明, 汽車的CO2 排放是破壞環(huán)境最重要的元兇之

14、一。 為此, 聯(lián)合國“政府間氣候變化專業(yè)委員會” ( IPCC) 對其進行了評估,表明: 1996 年世界共排放CO2 等溫室氣體200 億噸, 美國占25 % , 其中汽車排放占10 % , 中國排放CO2 占1315 %。1997 年12 月, 全球氣候變化條約國第三次締約國會議(COP3) 在日本京都召開, 會議通過的《京都議定書》限定了CO2 、NO2 、甲烷等6 種造成溫室的氣體的排放量如表1-2 所示。 表1-2 世界主要國家需要降低的排放量 歐盟 美國 日本 加拿大 8% 7% 6% 6% 議定書還規(guī)定以1990 年為基準到2012 年止,工業(yè)發(fā)達國家CO2

15、排放量要降低總量的512 %。 這些數(shù)字看起來不大, 但考慮到汽車數(shù)量的增加, 需要減少的絕對量則相當可觀, 如日本實際要降低20 %左右。 目前已有110 多個國家批準了《京都議定書》, 但排放CO2 最多的美國卻拒絕執(zhí)行, 并提出排放CO2 要實行市場化。 《京都議定書》雖對發(fā)展中國家沒有提出具體要求, 但考慮到每燃燒1kg汽油產(chǎn)生約3kg 的CO2 , 而我國是石油消耗大國,有不可忽視的CO2 排放量的治理任務(wù)。 1.2.2 石油短缺的壓力 我國石油資源短缺, 已發(fā)現(xiàn)可開采的儲量僅占世界總儲量的4 %左右, 從1993 年開始進口石油,并以每年兩位數(shù)字的百分比增長, 2000 年進口

16、石油7000 萬噸,成品油3000 萬噸。 到2005 年以后,每年進口石油將超過一億噸, 相當于科威特一年的石油總產(chǎn)量, 未來我國石油缺口更大。 我國石油需求與產(chǎn)量如表1-3 所示 表1-3 我國石油需求與 億噸 年份 需求 產(chǎn)量 缺口 2000年 2.4 1.6 0.7+0.3 2005年 2.8 1.78 1.02 2010年 3.6 1.89 1.71 面對如此嚴重的環(huán)境問題和嚴峻的能源現(xiàn)狀,世界各國都在尋找解決的途徑, 經(jīng)過多年的探索,在科技界比較一致的對策是:①提高和完善內(nèi)燃機的性能, 進一步提高內(nèi)燃機的熱效率, 降低能耗, 廣泛

17、采用電噴、智能正時可變氣閥(VVT2i), 稀薄燃燒、壓縮直噴點火、改進燃油品質(zhì)等先進技術(shù);②采用替代燃料, 如水煤氣、氫、乙醇、甲醇、合成燃油LN G和L PG等;③鼓勵和推廣采用電動汽車( EV) 、混合動力電動汽車(HEV) 、燃料電池電動汽車(FCEV)。目前動力電池技術(shù)未取得突破性進展 , EV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。 FCEV 是利用氫、氧在常溫下產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)發(fā)電作為車輛運動的動能, 排出的是水, 為零排放, 這是第一優(yōu)勢; 第二優(yōu)勢是氫在地球上儲存量很多, 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

18、優(yōu)勢注定了FCEV 是發(fā)展的趨勢。早在1909 年, 就有人提出了利用內(nèi)燃機與電動機結(jié)合來克服純電動汽車續(xù)駛里程短和充電時間長的缺點, 并出現(xiàn)了早期的混合動力電動汽車HEV , 成為了從內(nèi)燃機汽車到電動汽車的一種過渡車型。 隨著技術(shù)的進步, 電動汽車的發(fā)展呼喚新的車型。 這種車型是將技術(shù)上最先進(即油耗最低, 排放污染最優(yōu), 體積重量最小) 的內(nèi)燃機與一種一定容量的高性能儲能裝置(動力電池) 相結(jié)合,通過最先進的電子控制系統(tǒng)組成電機驅(qū)動系統(tǒng), 這三者的最佳匹配必將大幅度地降低油耗, 實現(xiàn)更低的排污量 , 滿足更嚴格的排放要求, 使其成本比較接近于同類汽車的水平。 這種HEV 將會受到汽車工業(yè)界

19、歡迎, 并成為為市場接受的主流車型。據(jù)最新的資料顯示, 日本已在美國出售1318 萬臺混合動力電動轎車 。 總之, EV、HEV、HCEV的發(fā)展是當今汽車技術(shù)發(fā)展的一個新方向, 是尋求解決上述難題的一個有效途徑。 1.2.3日本混合動力/電動汽車發(fā)展概況 日本汽車保有量占全球第二位，由于人口密集，國土狹小，石油100％依賴進口。因此，日本對EV\HEV的研發(fā)十分重視。日本從1965年開始電動車的研制、通產(chǎn)省正式把電動車列入國家項目，1967年成立了日本電動車協(xié)會，促進了電動車事業(yè)的發(fā)展，1971年日本通產(chǎn)省就制定了電動汽車的開發(fā)計劃，1991年日本通產(chǎn)省又制定了“第三屆電動汽車普及計劃”，

20、提出到2000年日本電動汽車的年產(chǎn)量達到10萬輛，保有量達到20萬輛。2001年7月，日本開展了“低公害車開發(fā)普及行動”，將EV\HEV列為重點開發(fā)的低公害汽車之列，并制定了專門的政策，以促進EV\HEV的普及應(yīng)用；2002年提出從2005年開始大幅度限制尾氣排放，制定了《新長期排放限制》的標準，準備用于2005年以后銷售新車的一項排放法規(guī)；2002年2月26日，日本中央環(huán)境審議會大氣環(huán)境領(lǐng)域的一個專門委員會（環(huán)境大臣的咨詢機構(gòu)）提出了一份將要納入這項法規(guī)的尾氣排放標準的咨詢提案。這項提案的內(nèi)容包括將顆粒狀物質(zhì)（PM）含量比現(xiàn)行標準的要求最大削減85%，將氮氧化物（NOX）削減50%等一些內(nèi)容

21、，該法規(guī)的實施將進一步推動EV\HEV的發(fā)展。按照目前的發(fā)展速度，預(yù)計在2010年將達到210萬輛。 豐田是全世界第一臺正式批量生產(chǎn)的混合動力車的制造者，自從1997年開始，Prius就開始在日本銷售，2000年起便在北美、歐洲及世界各地公開發(fā)售。目前，Prius已經(jīng)在中國上市。到了2001年，豐田又在日本推出了Estima混合動力小貨車、使用弱混合動力的皇冠豪華小轎車和Dyna混合動力輕型貨車。豐田商業(yè)化的車型已經(jīng)達到5款。為了在實現(xiàn)低排放的前提下，提高車輛的動力性，在2003年，豐田汽車把新一代的混合動力系統(tǒng)Hybrid Synergy Drive引入到了第二代的Prius上面。在200

22、5年，他把這套系統(tǒng)的使用范圍擴展到了對動力性能要求更高的SUV車型上——雷克薩斯的RX400h（日本名為Harrier Hybrid）和Highlander Hybrid（日本名為Kluger Hybrid）。 本田公司在混合動力車方面也頗有建樹， 1999年推出“INSIGHT”，2001年推出“CIVIC”。本田還在混合動力車的開發(fā)上，通過研究新型發(fā)動機、鎳氫蓄電池等追求動力高效化；通過開發(fā)新型輕質(zhì)鋁車身、樹脂油箱等謀求車輛的輕型化，使汽車達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到世界最嚴格要求的標準。 1.2.4美國混合動力/電動汽車發(fā)展概況 汽車工業(yè)是美國

23、的支柱產(chǎn)業(yè)，給美國帶來了繁榮昌盛，但同時也帶來了能源危機、環(huán)節(jié)污染以及資源的浪費。美國近年來幾乎要從國外進口全國消耗量一半以上的石油。為了避免受到石油危機的沖擊，美國十分重視對混合動力汽車的研究和開發(fā)。1976年卡特總統(tǒng)簽署EV/HEV研究開發(fā)和示范法案，授權(quán)美國能源部執(zhí)行和管理EV/HEV研究計劃，但是直到九十年代初電動車的研究在美國才真正開始。1990年10月布什總統(tǒng)簽署清潔空氣法嚴格規(guī)定了汽車排放的標準，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，而當時只有純電動汽車才可能達到零排放車輛的要求。 1991年美國通用汽車公司、福特汽車公司和克萊

24、斯勒汽車公司共同協(xié)議，成立了先進電池聯(lián)合體(USABC)，共同研究開發(fā)新一代電動汽車所需要的高能電池。1991年10月USABC與美國能源部簽訂協(xié)議，在1991-1995年的四年間投資2.26億美元來資助電動汽車用高能電池的研究。1993年，美國克林頓政府推出了新一代汽車伙伴計劃即PNGV，要求聯(lián)邦政府部門從1993到1995年度大量購買包括EV/HEV的替代燃油車。PNGV制訂了10年開發(fā)計劃，目標是80mpg(約3L/100km)的低油耗汽車。 2002年1月9日，10年計劃尚未結(jié)束，美國能源部部長斯潘塞?阿伯拉罕在各大汽車公司首腦參加的會議上宣布，根據(jù)總統(tǒng)布什的國家能源計劃，降低美國對

25、進口石油依賴性，決定成立一個新的汽車研究項目，叫做自由車(Freedom CAR)，該項目的長期目標是高效、價廉、無污染。研究先進、高效的燃料電池技術(shù)，用氫燃料作動力，不產(chǎn)生任何污染。改項目繼續(xù)對電動汽車進行專項研究，但是重點是發(fā)展氫燃料電池電動車。 按照PNGV的時間表，在1999年以前為濃縮并集中技術(shù)目標階段，1999～2001為生產(chǎn)概念車階段，2001～2005年為生產(chǎn)性樣車階段。在2000年底特律國際汽車展上福特和通用汽車公司展示了其柴油復(fù)合動力概念車，同年2月22日，戴姆勒克萊斯勒在華盛頓國家博物館公布了其PNGV復(fù)合動力概念車。PNGV計劃在2002年被終止，原因是80MPG的目

26、標很高，而研制的新車在成本上并未取得很好的成果，不能滿足用戶在價格上的要求，也就是說，在短時期內(nèi)不具有市場價值。更重要的是，PNGV仍然局限于用石油作為基本能源。因此要求新項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)和當前燃料資源。但是PNGV起到了全球EV/HEV技術(shù)開發(fā)領(lǐng)頭人的作用，從其建立和執(zhí)行情況來看，新一代汽車已經(jīng)成為跨國汽車公司和工業(yè)國家戰(zhàn)略發(fā)展的重要內(nèi)容。 1.2.5歐洲混合動力/電動汽車發(fā)展概況 (1)法國 法國是一個缺少石油的國家，每年要從國外進口大量石油。因此，法國是全世界最積極研制和推廣電動汽車的國家之一。法國電力供應(yīng)充沛且多用核能發(fā)電和水力發(fā)

27、電，發(fā)電源干凈且電價便宜，汽車工業(yè)發(fā)達。法國政府鼓勵開發(fā)電動汽車和充分利用電力資源，在政策上給予支持，為開發(fā)電動汽車提供資助。法國政府、法國電力公司、標致－雪鐵龍汽車公司和雷諾汽車公司共同承擔開發(fā)和推廣電動汽車的協(xié)議，共同合資組建了電動汽車的電池公司，和薩夫特(SAFT)公司承擔電動汽車的高能電池的研究和開發(fā)，以及電池的租賃和維修等工作。 1990年法國標致－雪鐵龍汽車公司所開發(fā)的J-5和C-25電動貨車投入生產(chǎn)。1995年法國能源部、標致－雪鐵龍汽車公司開發(fā)了標致－106和SAXO型四座電動轎車，用雪鐵龍－AX型轎車改裝的電動轎車，雷諾汽車公司的Clio型四座電動轎車及其變型車等，并投放在

28、羅切里市進行試驗。1997年法國的電動汽車產(chǎn)量達到2000輛左右。 不僅如此，法國非常鼓勵使用混合動力汽車，使法國混合動力汽車的發(fā)展位居世界前列。四年前法國政府電力公司與汽車制造商簽訂了協(xié)議，使全國電動汽車保有量達到10萬臺，在20個城市推廣混合動力汽車。法國已有十幾個城市運行電動汽車且有比較完善的充電站等服務(wù)設(shè)施，政府機關(guān)帶頭使用混合動力汽車。法國政府為了鼓勵用戶使用混合動力汽車，還宣布企業(yè)購買混合動力汽車第一年可以免稅。法國電力公司向電動汽車生產(chǎn)廠家每生產(chǎn)一輛電動汽車提供1萬法郎的補助，以擴大電力使用范圍。目前，法國混合動力汽車的普及程度和保有量都位居世界前列。 (2)德國 德國

29、政府十分重視環(huán)節(jié)保護，投入了大量的資金用于EV的研發(fā)，1971年成立了城市電動車交通公司(GES)，積極組織EV的研究與開發(fā)。1991年在拜爾州投入了300輛EV進行運行。拜爾州還撥400萬馬克，用于資助用戶車價的30%購買電動汽車。另外，漢堡市也采取資助用戶車價的25%來鼓勵用戶購買電動汽車。德國政府指定奔馳汽車公司和大眾合資建立的德國汽車工業(yè)有限公司的科技開發(fā)機構(gòu)，1992年德國政府撥款2200萬馬克，在呂根(Rugen)島建立歐洲EV試驗基地，組織了四大公司62輛各類電動車在呂根半島城運行試驗，對64輛電動汽車和電動汽車的系統(tǒng)工程進行長達4年的大規(guī)模試驗，并有很多國家和城市都派有EV參加

30、呂根島的實驗。1994年展示出了19種轎車，13種面包車，4種大客車，都進入了實用階段。20世紀70年代末期，德國戴姆勒－奔馳汽車公司生產(chǎn)了一批LE306電動汽車，采用鉛酸電池。20世紀80年代初期，德國奔馳汽車公司生產(chǎn)了電動大客車，也生產(chǎn)了商用電動汽車，奔馳公司還宣布投資4.7億美元研究開發(fā)燃料電池，計劃2005年實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。歐寶公司在1972年開始研制新型電動汽車。1981年與BBC公司(現(xiàn)在的ABB公司)合作研制了電動轎車。 1.2.6 我國發(fā)展概況 我國目前也非常重視混合動力電動汽車的研究與開發(fā)，一些單位的起步研究工作正在展開，國家科技部已將其作為“十五”863 重大專項的內(nèi)容。

31、我國有關(guān)電動汽車的研制開始于20世紀90年代。從1996 年開始，廣東省科委統(tǒng)一協(xié)調(diào)組織研制電動汽車，并取得了可喜的進展。清華大學(xué)研制了電動中型客車。中國遠望(集團)總公司與北京理工大學(xué)、國防科技大學(xué)和河北勝利客車廠等單位聯(lián)合，于1996 年3月研制成功了51 座YW6120 型電動大客車。 在此基礎(chǔ)上，我國混合動力電動汽車的研制也有了一定的進展。1998 年，清華大學(xué)與廈門金龍公司合作研制了混合動力電動客車；同年，江蘇理工大學(xué)承擔了江蘇省科委下達的重點工業(yè)科技攻關(guān)項目——混合動力電動公交輕型客車ZJK 6700HEV 串聯(lián)式混合動力的研制，目前樣車的研制工作已經(jīng)結(jié)束。一汽在2001 年4

32、月19 日閉幕的第3 屆北京國際清潔車展上推出一款混合動力電動轎車——紅旗CA7180AE。該轎車是由一汽研究所、美國電動車亞洲7公司、汕頭國家電動汽車試驗示范區(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。清華大學(xué)與沈陽金杯客車制造有限公司在2001 年3月簽訂了“SY6480 混合動力電動客車的研制與開發(fā)”合作項目的合同。深圳明華環(huán)保汽車有限公司于2001 年4月推出了混合動力電動環(huán)保汽車MH6720，引起社會各界關(guān)注; 該車采用的是并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)，發(fā)動機為87kw ；電機為312V、充電次數(shù)大于500 次；異步交流電機平均功率為36kW; 滿載最高車速 為90 km/h; 最大爬坡度

33、為33％; 續(xù)駛行程可達1080 km，純電機驅(qū)動時為100km；百公里等速油耗7.69L; 乘客數(shù)為22; 其尾氣排放達歐洲標準，噪聲指標也大大低于國產(chǎn)普通中巴車。東風汽車公司承接“863”混合動力研制項目現(xiàn)已完成, 并已于最近推出混合動力電動客車樣車，整車性能良好。我國通過國家“八五”、“九五”甚至“十五”電動汽車的科技攻關(guān)，在HEV方面已經(jīng)積累了一定的技術(shù)基礎(chǔ)和經(jīng)驗 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 要實現(xiàn)混合動力電動汽車性能的提高，就必須對整車，尤其是動力系統(tǒng)進行控制，使各個部件能夠協(xié)調(diào)工作。這一任務(wù)由整車能量管理系統(tǒng)來完成。 (1) 整車能量管

34、理系統(tǒng) 混合動力電動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(Decision—making Unit)，統(tǒng)一協(xié)調(diào)和控制各個低端控制器；中間一層包括多個低端控制器；最下層為各個執(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。 圖1.1 混合動力電動汽車整車能量管理系統(tǒng) (2) 整車能量管理策略 混合動力系統(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)進行分析。無論是串聯(lián)、并聯(lián)還是混聯(lián)HEV系統(tǒng)，控制策略要解決的問題主要有兩個：系統(tǒng)運行模式的切換和混合

35、模式下功率的分配。混合動力系統(tǒng)有多種運行(能量流動)模式。根據(jù)不同的工況要求，以優(yōu)化各部件工作點為目的，可以在這些運行模式中進行切換。串聯(lián)混合動力系統(tǒng)有11種可能的工作模式及多種模式切換策略，如發(fā)動機ON/OFF策略和“轉(zhuǎn)換輸出功率”策略。并聯(lián)系統(tǒng)的運行模式較少，混聯(lián)系統(tǒng)則可以設(shè)計得較多，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以減小油耗和改善排放為目標的優(yōu)化闊題，功率分配決定了混合動力系統(tǒng)中發(fā)動機的工作區(qū)域。根據(jù)優(yōu)化程度(或者說發(fā)動機工作點選擇方式)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：恒定工作點策略、優(yōu)化工作區(qū)策略、ICE優(yōu)

36、化曲線策略、瞬時優(yōu)化策略和全局優(yōu)化策略。 隨著對混合動力系統(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用。這些方法可以改善實時控制的性能，提高HEV對各種工況的適應(yīng)能力。 1.3.2 子系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 為了充分發(fā)揮混合動力系統(tǒng)的潛力，應(yīng)當對部件進行優(yōu)化，使其適應(yīng)混合動力系統(tǒng)的工作特點。 (1) 電池和電池管理系統(tǒng) 一般情況下，混合動力系統(tǒng)的動力電池進行的是頻繁、淺度的充放電循環(huán)：在充放電過程中，電壓、電流可能有較大變化。針對這種使用特點，混臺動力系統(tǒng)對電池有如下幾方面的特別要求： ① 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

37、放電能力的指標，相對于能量要求，混合動力系統(tǒng)的電池對比功率的要求更高。同時，混合動力系統(tǒng)在制動能量回收或低功率調(diào)峰時要求電池能夠在短時間內(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題。提高電池快速充電接受能力比提高電池的比功率更加緊迫和關(guān)鍵。 ② 充放電效率?；旌蟿恿﹄妱悠囍袃?nèi)燃機發(fā)出的相當一部分能量須經(jīng)歷充電——放電的能量循環(huán)，高的充放電效率對保證整車效率具有至關(guān)重要的作用。 ③ 混合動力系統(tǒng)的電池應(yīng)當在快速充放電和充放電過程變工況的條件下保持性能的相對穩(wěn)定。混合動力系統(tǒng)使用條件下能達到足夠的充放電循環(huán)次數(shù)也是對電池的基本要求。 此外，作為車用動力電池，還有一些基

38、本要求：電壓、質(zhì)量比能量和體積比能量、免維護性以及成本。 HEV發(fā)展的其它儲能技術(shù) ① 飛輪電池 飛輪電池有比能量高、比功率大、充電快、壽命長、無污染等優(yōu)點，但目前技術(shù)難度和成本都較高。 ② 超級電容 超級電容雖然能量密度較低，卻擁有很高的功率密度，能在瞬時提供很大的電流和功率，同時壽命長、效率高、充電快，是混臺動力系統(tǒng)中很有前途的一種瞬時供能裝置。 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施要依賴電池管理系統(tǒng)對電池狀態(tài)的判別和對電池性能的維護 電池管理系統(tǒng)的主要功能有：防止電池過充電或過放電；判定荷電狀態(tài)SOC：選擇適當?shù)某潆娀蚍烹娔Ｊ?；對電?/p>

39、進行均衡充電；控制并平衡電池組的工作溫度。 (1) 電驅(qū)動系統(tǒng) HEV對電驅(qū)動系統(tǒng)的要求： ① 串聯(lián)系統(tǒng)對驅(qū)動電機的要求與純電動車相似，發(fā)電機則要求小體積、高效率、控制性能良好。 ② 并聯(lián)和混聯(lián)系統(tǒng)要求電機能適應(yīng)頻繁的起停和電動/發(fā)電狀態(tài)之間的切換。在并聯(lián)系統(tǒng)“輕度復(fù)合”的結(jié)構(gòu)中，電機功率要求較小，可采用與發(fā)動機曲軸同軸的結(jié)構(gòu)，進一步減小了電機尺寸和質(zhì)量。目前發(fā)展中的“42 V系統(tǒng)”實際上就是一種“輕度復(fù)合”方案：目前適合HEV使用的電驅(qū)動系統(tǒng)主要是異步電機(感應(yīng)電機)驅(qū)動系統(tǒng)和永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng) (3) 動力復(fù)合裝置 在并聯(lián)和混聯(lián)系統(tǒng)中，機械的動力復(fù)臺裝置是耦合發(fā)動機和電機功率

40、的關(guān)鍵部件。它不僅具有很大的機械復(fù)雜性，而且直接影響整車控制策略，因而成為混合動力系統(tǒng)開發(fā)的重點和難點。目前采用的動力復(fù)合方式有轉(zhuǎn)矩復(fù)合、速度復(fù)合和雙橋動力復(fù)合。 (4) 混臺動力系統(tǒng)專用發(fā)動機 HEV系統(tǒng)中，由于發(fā)動機的工況可以控制在一定范圍內(nèi)，因而可以進行優(yōu)化設(shè)計進一步提高其燃油經(jīng)濟性，降低排放。 ① 對內(nèi)燃機的改進 目前采用內(nèi)燃機的混合動力系統(tǒng)基本上都對其發(fā)動機進行了重新設(shè)計或重大改進。例如豐田Prius的1.5 L汽油機采用Atkinson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及鋁合金缸體。其主要目的是追求高效率而不是高功率。由于電機承擔了功率調(diào)峰的作用，發(fā)動機

41、町以舍棄非經(jīng)濟工作區(qū)的性能而追求經(jīng)濟工作區(qū)的更高效率。 ② 混合動力系統(tǒng)中使用的其它熱機 混合動力電動汽車還可以選用燃氣輪機、斯特林發(fā)動機或燃氣發(fā)動機等其它熱機，利用它們各自的優(yōu)勢，可以構(gòu)成不同特點的混合動力系統(tǒng)。 1.4 本課題的研究內(nèi)容 (1) 并聯(lián)式混合動力電動汽車傳動系的特點分析 (2) CS6100并聯(lián)式混合動力電動汽車傳動系的設(shè)計 2并聯(lián)式混合動力電動汽車傳動系的結(jié)構(gòu)特點分析 2.1　混合動力汽車動力傳動系布置方案 由于混合動力汽車采用2 種動力源作為動力裝置, 它的各個組成部件、布置方式及控制策略的不同, 因

42、而形成了各式各樣的結(jié)構(gòu)型式?；旌蟿恿ζ嚨姆诸惙椒ㄒ灿卸喾N。根據(jù)動力源的數(shù)量及動力傳遞方式的不同, 分為串聯(lián)型、并聯(lián)型和混聯(lián)型; 根據(jù)發(fā)動機和電機的功率比的大小, 分為里程延長型、動力輔助型和雙模式型; 根據(jù)發(fā)動機運行模式的不同, 分為發(fā)動機開/關(guān)模式和發(fā)動機連續(xù)運行模式; 根據(jù)發(fā)動機和電動機是否布置在同一軸線上, 分為單軸式和雙軸式; 根據(jù)蓄電池組的荷電狀態(tài)SOC (State of charge) 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HEV 動力傳動系 并聯(lián)式HEV 動力傳動系(Parallel Schedule, 又稱PHEV ) 的結(jié)構(gòu)組成如圖2.1所示

43、。在并聯(lián)式HEV 動力傳動系中, 發(fā)動機與電動機可以分別獨立地為汽車驅(qū)動輪提供動力, 沒有串聯(lián)式HEV 動力傳動系中的發(fā)電機, 因此更像傳統(tǒng)的汽車動力傳動系, 并具有了許多顯著的優(yōu)點: ① 由于發(fā)動機的機械能可直接輸出到汽車驅(qū)動橋, 中間沒有能量的轉(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。② 電動機同時又可作為發(fā)電機使用, 系統(tǒng)僅有發(fā)動機和電動機兩個動力總成, 整車質(zhì)量和成本大大減小。③ 假定汽車所要求的最大功率為P , 則每臺動力總成的功率總和往往是在P～ 2P 之間, 由于設(shè)備功率較小, 所需的設(shè)備費用也較小。但由于發(fā)動機與車輛驅(qū)動輪間有直接的機械連接, 發(fā)動機運行工況不

44、可避免地要受到汽車具體行駛工況的影響, 要維持發(fā)動機在最佳工作區(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HEV動力傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 2.3 并聯(lián)式HEV 動力傳動系結(jié)構(gòu)分析 2.3.1　轉(zhuǎn)速合成式PHEV 動力傳動系 轉(zhuǎn)速合成式PHEV 動力傳動系的動力合成裝置為轉(zhuǎn)速合成裝置, 其工作原理如圖2.2 所示。 圖 2.2 轉(zhuǎn)速合成裝置工作原理簡圖 如果用i1、i2 分別表示轉(zhuǎn)速合成裝置對應(yīng)于1 輸入、2 輸入的機械傳動比, 則存在下述關(guān)系式： Tout=i1·Tin1=i2˙Tin2

45、 (2-1) Vout=Vin1i1+Vin2i2 (2-2) 式中　T、V —— 扭矩和轉(zhuǎn)速 in、out——輸入和輸出 此結(jié)構(gòu)有2 套結(jié)構(gòu)機械變速器, 內(nèi)燃機和電動機各自與一套變速結(jié)構(gòu)相聯(lián), 然后通過齒輪進行復(fù)合。在此種結(jié)構(gòu)中, 可以通過變速機構(gòu)調(diào)節(jié)內(nèi)燃機、電動機之間的轉(zhuǎn)速關(guān)系, 使發(fā)動機的工況調(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), 主要采用行星差動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。 行星齒輪動力復(fù)合機構(gòu), 可以實現(xiàn)多個部件轉(zhuǎn)速的復(fù)合, 即各個部件間的轉(zhuǎn)矩保持一定的比例關(guān)系。這種功率復(fù)合形式被稱

46、為速度復(fù)合。行星機構(gòu)有2 個自由度, 通過不同離合器和制動器的作用, 可以實現(xiàn)單自由度、固定傳動比的傳動。 在此機構(gòu)中發(fā)動機與行星架相聯(lián), 通過行星齒輪將動力傳遞給外齒圈和太陽輪, 齒圈軸與電動機和傳動軸相聯(lián), 太陽輪軸與發(fā)電機相聯(lián)。動力分配裝置將發(fā)動機大部分轉(zhuǎn)矩直接傳遞到驅(qū)動軸上, 將另一小部分轉(zhuǎn)矩傳給發(fā)電機, 發(fā)電機發(fā)出的電能根據(jù)指令給電池充電或用于電動機以增加驅(qū)動力。 通過對行星機構(gòu)的變速比和受力分析可以得到 1+ρ·ne=ρ·ng+nrη·Te=1+1ρ·Tg=1+ρ·Trnm=nrTw=Tm+Tr=Tm+η·T1+ρnw=nrK=1+ρ·ne-ρ·ngK

47、 (2-3) 式中　ρ——太陽輪齒數(shù)與齒圈齒數(shù)之比(0<ρ< 1) ne、ng、nr、nm、nw ——分別為發(fā)動機、發(fā)電機、齒圈、電機和驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速 Te、Tg、Tr、Tm、Tw——分別為發(fā)動機、發(fā)電機、齒圈、電機和驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)矩 K ——齒圈與驅(qū)動軸間的傳動比 這種結(jié)構(gòu)可以通過調(diào)節(jié)發(fā)電機轉(zhuǎn)速使發(fā)動機轉(zhuǎn)速產(chǎn)生變化, 此外, 發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩與作用在齒圈上的轉(zhuǎn)矩是成一定比例的, 傳到驅(qū)動軸上的轉(zhuǎn)矩是從齒圈上得到的轉(zhuǎn)矩和電動機發(fā)出的轉(zhuǎn)矩(為負時代表制動能量回收) 的和, 這種結(jié)構(gòu)可以有非常靈活的控制策略, 可實現(xiàn)對混合動力能量流的最優(yōu)控制。目前，應(yīng)用這種結(jié)構(gòu)最成功的是

48、豐田公司Prius 的驅(qū)動系統(tǒng)。 2.3.2　扭矩合成式PHEV 動力傳動系 扭矩合成式PHEV 動力傳動系的動力合成裝置為扭矩合成裝置, 其工作原理如圖2.3 所示。 圖 2.3 扭矩合成裝置工作原理圖 如果用i1、i2分別表示扭矩合成裝置對應(yīng)于1 輸入、2 輸入的機械傳動比, 則存在下述關(guān)系式 Tout=i1·Tin1+i2·Tin2 (2-4) Vout=Vin1i1+Vin2i2 (2-5) 　由于兩

49、動力總成通過扭矩合成裝置(嚙合齒輪傳動、鏈傳動、傳動帶及CV T 傳動等) 直接驅(qū)動車輛, 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)在傳動系中適當?shù)奈恢貌贾米兯傧?。另? 由于所采用的扭矩合成裝置結(jié)構(gòu)以及傳動軸數(shù)目的不同, 扭矩合成式PHEV 動力傳動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PHEV 動力傳動系 如圖2.4 所示, 圖 2.4 單扭矩合成式PHEV動力傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 發(fā)動機通過主傳動軸與變速器相聯(lián), 電動機的轉(zhuǎn)矩通過齒輪與內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)矩在變速器前進行復(fù)合, 傳到驅(qū)動軸上的功率是兩者之和。關(guān)系式如下： T

50、s=Te+K·Tm·ηns=ne=nmK (2-6) 式中Te、Tm、Ts—— 分別為發(fā)動機、電動機和變速器輸入轉(zhuǎn)矩 ns、ne、nm—— 分別為變速器輸入軸轉(zhuǎn)速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速和電動機轉(zhuǎn)速 η、K —— 傳動效率和傳動比 在此結(jié)構(gòu)中, 發(fā)動機、電動機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)速會隨著變化。輸出轉(zhuǎn)矩的變化, 可以通過式中的轉(zhuǎn)矩關(guān)系, 在發(fā)動機轉(zhuǎn)矩保持恒定的條件下, 通過調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)矩而獲得。 (2)　雙軸扭矩合成式PHEV 動力傳動系 依據(jù)變速箱的具體位置不

51、同, 雙軸扭矩合成式PHEV 動力傳動系具有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CV T 傳動, 變速箱幾種可行的組合方案確定的傳動系特點, 如表2-1 所列。 圖 2.5 雙軸扭矩合成式PHEV動力傳動系統(tǒng)之一 圖 2.6 雙軸扭矩合成式PHEV動力傳動系統(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)燃機和電動機的輸出扭矩, 改善了汽車的動力性能, 使系統(tǒng)采用小型內(nèi)燃機和電動機成為可能。 表

52、 2-1　雙軸扭矩合成式PHEV 動力傳動系之一中變速箱選擇方案對比 變速箱1 變速箱2 動力傳動系特點 多前進檔變速箱 多前進檔變速箱 提高了整車的加速能力和爬坡能力; 提高了驅(qū)動系的總效率; 傳動系復(fù)雜, 難于同時控制內(nèi)燃機、電動機和變速箱 多前進檔變速箱 單前進檔變速箱 仍充分利用了牽引電機的恒功率特性并改善了內(nèi)燃機的扭矩特性; 提高了內(nèi)燃機的效率, 減小了電動機單獨驅(qū)動汽車的車速范圍, 從而減少了電池組的放電量。 單前進檔變速箱 單前進檔變速箱 驅(qū)動系的結(jié)構(gòu)和控制都比較簡單; 汽車的行駛功率需求難于同時滿足, 因此其動力元件參數(shù)的選擇應(yīng)充分考慮汽車的動力性需求。

53、 2.3.3　牽引力合成式PHEV 動力傳動系 牽引力合成式PHEV 動力傳動系的具體結(jié)構(gòu)如圖2.7 所示。發(fā)動機和電動機之間無任何機械連接, 它們通過各自的傳動軸分別驅(qū)動車輛的前輪和后輪。 5 圖 2.7 牽引力合成式PHEV動力傳動系 該動力傳動系的顯著優(yōu)點是: 汽車的驅(qū)動力由2 個驅(qū)動軸承擔, 因此作用于每一驅(qū)動軸上的驅(qū)動力不會超出其輪胎地面附著極限; 在標準的混合模式下, 汽車主要由發(fā)動機驅(qū)動; 在“零排放”模式下只使用電動機驅(qū)動; 當汽車需要加速或爬坡, 發(fā)動機和電動機同時驅(qū)動; 該種結(jié)構(gòu)的混合動力汽車的燃料經(jīng)濟性和動力性均超過了傳統(tǒng)汽車, 但由于電機驅(qū)動系統(tǒng)與內(nèi)燃機驅(qū)動

54、系統(tǒng)分離, 結(jié)構(gòu)不緊湊, 給動力傳動系的具體布置帶來困難。 本設(shè)計選用的是單軸扭矩合成式PHEV 動力傳動系結(jié)構(gòu)。 3 CS6120并聯(lián)式混合動力大客車總體設(shè)計 3.1 基本原理 混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中并聯(lián)式結(jié)構(gòu)的實質(zhì)是在傳統(tǒng)汽車中加裝一套電力驅(qū)動裝置，本設(shè)計選用的是單軸扭矩合成式PHEV 動力傳動系結(jié)構(gòu)，其基本結(jié)構(gòu)如圖3.1。 圖 3.1 并聯(lián)系統(tǒng)驅(qū)動布置圖 該系統(tǒng)利用發(fā)動機和電機共同驅(qū)動車輪,由于發(fā)動機與驅(qū)動車輪之間直接相連, 所以發(fā)動機的運轉(zhuǎn)受驅(qū)動工況的影響. 該系統(tǒng)不需要發(fā)電機, 因此提高了能量轉(zhuǎn)化

55、效率。 由于電機的數(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)動機和電動機是相互獨立的：可以只利用發(fā)動機進行驅(qū)動，此時發(fā)動機富余的功率還可以通過動力復(fù)合裝置和電機轉(zhuǎn)換為電能，對電池進行充電；在高速運行和加速是，可以利用動力復(fù)合裝置對發(fā)動機和電動機的輸出動力進行疊加。在市郊和城間運行時，汽車經(jīng)常處于高速平穩(wěn)運行狀態(tài)，而且對排放沒有苛刻要求，并聯(lián)式動力系統(tǒng)可以關(guān)閉效率較低、經(jīng)常對電池進行管理的電驅(qū)動部分從而使系統(tǒng)具有更好的經(jīng)濟性。 在并聯(lián)式動力傳動系中, 發(fā)動機與電動機可以分別獨立

56、地向汽車驅(qū)動輪提供動力, 沒有串聯(lián)式HEV 動力傳動系中的發(fā)電機, 因此更像傳統(tǒng)的汽車動力傳動系, 并具有了許多顯著的優(yōu)點: ① 由于發(fā)動機的機械能可直接輸出到汽車驅(qū)動橋, 中間沒有能量的轉(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。② 電動機同時又可作為發(fā)電機使用, 系統(tǒng)僅有發(fā)動機和電動機2 個動力總成, 整車質(zhì)量和成本大大減小。③ 假定汽車所要求的最大功率為P , 則每臺動力總成的功率總和往往是在P～ 2P 之間, 由于設(shè)備功率較小, 所需的設(shè)備費用也較小。但由于發(fā)動機與車輛驅(qū)動輪間有直接的機械連接, 發(fā)動機運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)動機在最佳

57、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)動形式、布置形式的選擇 3.2.1 確定汽車類型 由汽車的設(shè)計型號cs6120，查文獻確定該車屬于總長度為12m 的客車。一般客車按照長度可分為：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)計車型屬于大、中型客車，預(yù)設(shè)載客量50 ~ 60 人，總質(zhì)量約15000kg。 表 3-1 客車分類 車身總長度(m) 客車類型 > 10 大型客車 7 ~ 10 中型客車 3.5 ~ 7 輕型客車 < 3.5 微型客車 3.2.2 確定軸數(shù)

58、 根據(jù)國家道路法規(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)量小于19 t，故采用兩軸方案。另外，兩軸方案有結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低廉等優(yōu)點。 3.2.3 驅(qū)動形式 根據(jù)汽車用途及最大總質(zhì)量，確定采用6×4 驅(qū)動形式。 3.2.4 布置形式 綜合各種客車布置形式的優(yōu)缺點，確定采用發(fā)動機后置后橋驅(qū)動布置。 3.3 汽車主要參數(shù)確定 整體式客車總長一般不超過12000 mm，根據(jù)設(shè)計要求并參照福田BJ6123PHEV-1混合動力城市客車參數(shù)， 可選定所設(shè)計的客車總體參數(shù): 3.3.1 外廓尺寸 總長La = 12000 mm 總寬Ba = 2550 mm 總高Ha

59、= 3150 mm 3.3.2 一般參數(shù) 軸距L： L = 5450 mm 輪距B：前輪距為2098mm，后輪距為1840 mm 前懸LF：取2670 mm 后懸LR：取3445 mm 3.3.3 軸荷分配 對于6×4 驅(qū)動、后輪雙胎： 滿載前軸19%~25%，后軸75%~81%；空載前軸31%~37%，后軸63%~69% 取滿載時， 前軸：17950kg × 25% = 4500 kg 后軸：17950kg × 75% = 13500 kg 空載時， 前軸：13700kg × 37% = 5069 kg 后軸：13700kg × 63% = 8631 kg 3.4

60、汽車輪胎的選擇 根據(jù)汽車的用途及軸荷、最高車速并參考同類汽車，查GB9744—1997 選取 輪胎規(guī)格為7.50—15LT 的子午線輪胎，前后輪胎分別選用275/70R22.5、295/80R22.5 。 該型號輪胎主要參數(shù)： 新胎充氣后 前胎： 斷面寬度B：275 mm 輪輞直徑D：22.5 英寸 高寬比H/B：70% 后胎： 斷面寬度B：295 mm 輪輞直徑D：22.5 英寸 高寬比H/B：80% 綜合以上將本設(shè)計所選參數(shù)列表如下： 車輛名稱：CS6120并聯(lián)式混合動力客車 車輛類別：客車 總質(zhì)量（Kg）:17950 外型尺寸(長×寬×高)(mm)：12

61、000×2550×3150 整備質(zhì)量(kg)：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(mm)：2670/3445 接近角/離去角(°)：7/7 軸荷：6450 11500 軸距(mm)：5450 最高車速 (km/h)：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 前輪距：2098 后輪距：1840 4 CS6120 并聯(lián)式混合動力電動汽車傳動系參數(shù)的設(shè)計 4.1 發(fā)動機功率的選擇 混合動力汽車動力傳動裝

62、置參數(shù)(包括發(fā)動機功率、電動機功率、傳動系速比等) ,對車輛的動力性、燃油經(jīng)濟性和排放性能有顯著影響?；旌蟿恿ζ噭恿鲃酉抵饕胁⒙?lián)式和串聯(lián)式兩種典型結(jié)構(gòu)。本設(shè)計主要針對并聯(lián)混合動力汽車傳動系進行參數(shù)選擇和匹配分析。發(fā)動機功率的選擇對并聯(lián)混合動力傳動系的設(shè)計至關(guān)重要。發(fā)動機功率偏大,車輛燃油經(jīng)濟性和排放性能就差;發(fā)動機功率偏小,后備功率就小,電動機只有提供更多的驅(qū)動功率,才能滿足一定的車輛行駛性能要求, 這勢必引起電動機和電池組容量取值的增大和車輛成本的增加。另外,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)動機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

63、力汽車通常都采用由發(fā)動機提供車輛平均行駛功率,由電動機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的功率需求,通常按下式初選發(fā)動機最大功率 Pemax=13600ηmgf+CdAV*221.15V* (4-1) 式中Pemax為發(fā)動機最大功率; nV*為車輛最大行駛速度80 km/h; Cd為空氣阻力系數(shù)客車取0.6～0.7; A 為迎風面積，A=Ba×Ha=8.03 m2; m 為整車質(zhì)量17950kg;h η為傳動系效率取0.9; f為滾動阻力系數(shù)取0.0195。 故Pe =126.7kw 上

64、式所求Pemax應(yīng)為發(fā)動機裝有全部附件下測得的最大有效功率或凈輸出功率。它比一般發(fā)動機外特性低12%~20%。即： Pe=141.9kw ~152.04kw 發(fā)動機功率參數(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的功率需求為宜。選取康明斯ISBE4+225B發(fā)動機 發(fā)動機型號： ISBE4+225B 發(fā)動機排量：6700 發(fā)動機生產(chǎn)商：康明斯公司 發(fā)動機功率（Kw）：165 最大功率時轉(zhuǎn)速(r/min)：2300 發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩（N·m）：825 型式 立式、直列、水冷、四沖程、直噴 進氣方式 增壓中冷 4.2 電動機參數(shù)的選擇 通常

65、,適用于電動車輛使用的電動機外特性為:在額定轉(zhuǎn)速Nmr以下,電動機以恒扭矩模式工作,在Nmr以上,以恒功率模式工作。相應(yīng)參數(shù)選擇包括:電動機額定功率Pmr、電動機額定轉(zhuǎn)速Nmr、電動機最大轉(zhuǎn)速Nm,max。 4.2.1 電動機額定轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速的選擇 電動機的最高轉(zhuǎn)速對傳動系的尺寸、電動機的額定扭矩都有影響。在電動機功率一定的前提下,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 坐標表示電動機的最高轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的比值,也稱電動機擴大恒功率區(qū)系數(shù)β。由圖4.2 知,隨β 值增大,轉(zhuǎn)速越低,對應(yīng)的電動機額定轉(zhuǎn)矩越高,因此對電機支撐要求就越高。另外,高扭矩需較大的電機電流和電子設(shè)備,

66、增加了功率變換器矽鋼片的尺寸和損耗,但大β值又是車輛起步加速和穩(wěn)定運行所必需的,所以β電機傳動軸額定扭矩的減小只能通過選用高速電機來解決。但這又影響傳動比,所以必須協(xié)調(diào)考慮電機最高轉(zhuǎn)速和傳動系尺寸。另一方面,增大β值也會使驅(qū)動軸扭矩和齒輪應(yīng)力增大,選擇時還要協(xié)調(diào)考慮β值和齒輪應(yīng)力。就目前來看,一般都傾向于選擇中高速電機(最高轉(zhuǎn)速在9 000～15 000 r/ min 之間) ,擴大恒功率區(qū)系數(shù)β一般選擇在4～6 之間,相應(yīng)地,電動機額定轉(zhuǎn)速 Nmr=Nm,maxβ (4-2) 圖 4.1 電機額定轉(zhuǎn)矩與最高轉(zhuǎn)速間的關(guān)系曲線 圖 4.2 并聯(lián)混合動力汽車驅(qū)動力-車速圖 4.2.2 電動機額定功率的選擇 對于并聯(lián)式混合動力汽車傳動系，其功率由電動機單獨驅(qū)動汽車的最高車速以及低速行駛使具有克服最小道路坡度的能力來確定，以保證電動機的效率。若給出了期望的最高車速，選擇的電動機功率應(yīng)大體上等于但不小于最高車速行駛時的行駛阻力功率之和。 當以20 km/ h 連續(xù)爬2%坡道時 Pe