1、LOGOLOGO電動汽車電動汽車課程報告課程報告行車記錄儀 http:/ 3電動汽車混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢2 1.混合動力電動汽車混合動力電動汽車混合動力電動汽車的概念12混合動力電動汽車的分類電動汽車混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢33混合動力傳動系統(tǒng)的地位 1.1 混合動力汽車的基本概念混合動力汽車的基本概念 v 什么是混合動力電動汽車什么是混合動力電動汽車(Hybrid Electric Vehicle(Hybrid Electric Vehicle簡稱簡稱HEV)HEV)？優(yōu)點：排放小，節(jié)能，可以再生制動優(yōu)點：排放小，節(jié)能，可以再生制動;電動汽車到到2020年單是中國汽車的保有量將達到年單是

2、中國汽車的保有量將達到2億；億；面對碳排量和環(huán)境保護的壓力，混合動力電動汽車有很好面對碳排量和環(huán)境保護的壓力，混合動力電動汽車有很好的發(fā)展前景。的發(fā)展前景?；旌蟿恿鲃酉到y(tǒng)發(fā)展趨勢4同時擁有電動機和內(nèi)燃機兩個動力源的汽車同時擁有電動機和內(nèi)燃機兩個動力源的汽車。1.2混合動力電動汽車的分類混合動力電動汽車的分類混合動力電動汽車并聯(lián)串聯(lián)混聯(lián)復合按照傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)按照傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電動汽車混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢5按照混合程度分按照混合程度分混合動力電動汽車混合動力電動汽車微混合微混合輕度混合輕度混合中度混合中度混合完全混合完全混合電動汽車可以純電動可以純電動模式運行。模式運行。Prius發(fā)動機起?？刂?/p>

3、發(fā)動機起?？刂圃谖⒒旌匣A上添加能量在微混合基礎上添加能量回收功能回收功能榮威750、奔馳S400Lhybrid發(fā)動機和電動機協(xié)發(fā)動機和電動機協(xié)作，一定程度可以作，一定程度可以實現(xiàn)純電動運行實現(xiàn)純電動運行本田IMA混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢61.2混合動力電動汽車的分類混合動力電動汽車的分類1.3傳動系統(tǒng)在機車中的地位傳動系統(tǒng)在機車中的地位動力源（發(fā)動機和電動機）轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速速傳動系統(tǒng)車輪動力源（發(fā)動機）轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩和速度速度傳動系統(tǒng)車輪傳統(tǒng)汽車傳統(tǒng)汽車混合動力混合動力再生再生制動制動再生再生制動制動電動汽車現(xiàn)在：整個動力系的核心，實現(xiàn)高效驅(qū)動、現(xiàn)在：整個動力系的核心，實現(xiàn)高效驅(qū)動、最優(yōu)控制

4、最優(yōu)控制和和良好駕駛性能的關鍵。良好駕駛性能的關鍵。傳統(tǒng)：轉(zhuǎn)速傳統(tǒng)：轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩匹配和轉(zhuǎn)矩匹配混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢7對混合動力傳動系統(tǒng)的理解對混合動力傳動系統(tǒng)的理解控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)先進的先進的機電技機電技術(shù)作為術(shù)作為物理機物理機構(gòu)支撐。構(gòu)支撐。整個系統(tǒng)的整個系統(tǒng)的“大大腦腦”，運用優(yōu)良，運用優(yōu)良算法，實現(xiàn)預期算法，實現(xiàn)預期傳動要求。傳動要求?？偪刂破髦噶羁偪刂破髦噶顐鲃酉到y(tǒng)傳動系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩到車輪。到車輪。電動汽車混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢8二二 混合動力汽車傳動系統(tǒng)的發(fā)展混合動力汽車傳動系統(tǒng)的發(fā)展混合混合動動力力傳動傳動系系統(tǒng)統(tǒng)的的發(fā)發(fā)展主要展主要在在2 2

5、個個方面方面: : 1 1. .物理結(jié)構(gòu)物理結(jié)構(gòu)的發(fā)展；的發(fā)展； 2.2.控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的發(fā)展；的發(fā)展；電動汽車混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢9電機技術(shù)電機技術(shù)1 物理結(jié)構(gòu)的發(fā)展物理結(jié)構(gòu)的發(fā)展1動力耦合、變速環(huán)節(jié)動力耦合、變速環(huán)節(jié)2電力電子電力電子 3電動汽車混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢10 電動機具有調(diào)速方便，響應快，低速大轉(zhuǎn)矩等電動機具有調(diào)速方便，響應快，低速大轉(zhuǎn)矩等特點。用以改善發(fā)動機的低速和高速轉(zhuǎn)矩特性。特點。用以改善發(fā)動機的低速和高速轉(zhuǎn)矩特性。 增大電傳動功率來代替種類繁多的機械和液壓增大電傳動功率來代替種類繁多的機械和液壓系統(tǒng)是汽車產(chǎn)業(yè)的一個發(fā)展趨勢。系統(tǒng)是汽車產(chǎn)業(yè)的一個發(fā)展趨勢。2.1.

6、1 電機技術(shù)電機技術(shù)電動汽車混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢11電機是混合動力傳動系統(tǒng)的標志。電機是混合動力傳動系統(tǒng)的標志。2.1.1 電機技術(shù)電機技術(shù)v混合動力電動汽車用的電機主要有：混合動力電動汽車用的電機主要有：v感應電機：高可靠性和低成本、低維護成本成為混感應電機：高可靠性和低成本、低維護成本成為混合動力的最有潛力的電力驅(qū)動選擇，低功率因數(shù)，合動力的最有潛力的電力驅(qū)動選擇，低功率因數(shù)，低效率等缺點需要改善。低效率等缺點需要改善。v永磁電機：永磁刷直流電機在高能量密度和高功率永磁電機：永磁刷直流電機在高能量密度和高功率密度，與感應電動機相比有很大優(yōu)勢。近些年能量密度，與感應電動機相比有很大優(yōu)勢。

7、近些年能量密度和功率密度隨著新永磁材料的出現(xiàn)還在提高。密度和功率密度隨著新永磁材料的出現(xiàn)還在提高。v輪轂電機：傳動路線大大縮短，實現(xiàn)無齒輪傳動，輪轂電機：傳動路線大大縮短，實現(xiàn)無齒輪傳動，在效率和扭矩比傳統(tǒng)電機方面有很大優(yōu)勢。在效率和扭矩比傳統(tǒng)電機方面有很大優(yōu)勢。Honda Insight用用的永磁同步電機的永磁同步電機電動汽車想要輪轂電機應用于混合動力傳動系想要輪轂電機應用于混合動力傳動系統(tǒng)必須采用串聯(lián)混合傳動系統(tǒng)，串聯(lián)統(tǒng)必須采用串聯(lián)混合傳動系統(tǒng)，串聯(lián)系統(tǒng)低效率不可回避，所以輪轂電機系統(tǒng)低效率不可回避，所以輪轂電機不太適合混合動力傳動系統(tǒng)。不太適合混合動力傳動系統(tǒng)。混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢1

8、2集成啟動集成啟動/發(fā)電機發(fā)電機ISG電機技術(shù)的發(fā)展使電機技術(shù)的發(fā)展使ISG成為可能。成為可能。對于中度混合動力傳動系統(tǒng)而言，集成啟動對于中度混合動力傳動系統(tǒng)而言，集成啟動/發(fā)電機發(fā)電機具有以下優(yōu)點：具有以下優(yōu)點：1 結(jié)構(gòu)緊湊，傳統(tǒng)汽車用到發(fā)電機和啟動電機，兩個電機，結(jié)構(gòu)緊湊，傳統(tǒng)汽車用到發(fā)電機和啟動電機，兩個電機，占用空間大，重量增加多。占用空間大，重量增加多。2 ISG可以完成傳統(tǒng)汽車中兩個部件功能同時，輔助提供峰可以完成傳統(tǒng)汽車中兩個部件功能同時，輔助提供峰值功率，改善機車動力性能。值功率，改善機車動力性能。3 針對一個電機的控制，簡單可靠。針對一個電機的控制，簡單可靠。電動汽車混合動力

9、傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢13CVT和動力耦合發(fā)展趨勢和動力耦合發(fā)展趨勢電動汽車 近年混合動力系統(tǒng)中近年混合動力系統(tǒng)中CVT兼任動力耦合的功能，及兼任動力耦合的功能，及兩者的功能一體化，結(jié)構(gòu)簡單，控制更加方便。兩者的功能一體化，結(jié)構(gòu)簡單，控制更加方便?；旌蟿恿鲃酉到y(tǒng)發(fā)展趨勢14 電機的加入使無級變速電機的加入使無級變速(CVT)成為混合動力傳動成為混合動力傳動變速方式首選，主要有變速方式首選，主要有電子無級變速電子無級變速和和金屬帶式無級金屬帶式無級變速變速。 CVT缺點是成本略高。缺點是成本略高。 CVT可以實現(xiàn)連續(xù)光滑的速度變化，實現(xiàn)動力與工可以實現(xiàn)連續(xù)光滑的速度變化，實現(xiàn)動力與工況的最佳匹配；可

10、以使發(fā)動機一直工作與高效區(qū)，提高況的最佳匹配；可以使發(fā)動機一直工作與高效區(qū)，提高HEV的整車效率。的整車效率。電子無極變速電子無極變速E-CVT以1997年，豐田Prius中電子無級變速為起點，電子無級變速成為混合動力的主要變速方案。優(yōu)點：1、無離合器，傳動效率高。2、無級變速，發(fā)動機可以一直工作于高效區(qū)。3、怠速停止發(fā)動機，電機驅(qū)動機車，提高效率，減少排放。4、下坡或減速時完全再生制動。電動汽車混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢15Toyota Prius, Camry Hybrid, Highlander Hybrid- Ford Escape Hybrid, Fusion Hybrid- Niss

11、an Altima Hybrid- Lexus Hybrids.通過行星輪系實現(xiàn)發(fā)動機和電機之間機械耦合和無級變速缺點：需要潤滑、傳動能量損失、噪聲。無級變速完全靠一個電動機實現(xiàn)，對電動機性能要求很高。近年來，研究轉(zhuǎn)向無齒輪無級變速。電動汽車混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢16雙轉(zhuǎn)子電機實現(xiàn)無級變速和耦合功率的兩個路徑：由發(fā)動機直接傳遞至輸出軸；電能通過滑環(huán)流入電機繞組，驅(qū)動輸出軸。完全實現(xiàn)電磁耦合，不需要潤滑；非常有吸引力的變速和動力耦合方案。當需要的轉(zhuǎn)速變化時，當需要的轉(zhuǎn)速變化時，通過控制電機部分通過控制電機部分的的輸出功率輸出功率可以保持發(fā)可以保持發(fā)動機的轉(zhuǎn)速不變動機的轉(zhuǎn)速不變，實，實現(xiàn)無極變速

12、現(xiàn)無極變速。電動汽車混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢17式子中d為輸出軸轉(zhuǎn)速無刷電子無極變速無刷電子無極變速混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢電動汽車18與前一種與前一種e-CVT相比，去掉相比，去掉了電刷；通過電磁場完成能了電刷；通過電磁場完成能量的傳遞，結(jié)構(gòu)更加簡單，量的傳遞，結(jié)構(gòu)更加簡單，易于維護。易于維護。金屬帶式無極變速金屬帶式無極變速v 原理：主、被動工作輪的固原理：主、被動工作輪的固定和可動兩部分形成定和可動兩部分形成V形槽，形槽，與金屬傳送帶嚙合。當主、與金屬傳送帶嚙合。當主、被動工作輪可動部分作軸向被動工作輪可動部分作軸向移動時，改變了傳送帶的回移動時，改變了傳送帶的回轉(zhuǎn)半徑，從而改變傳動比，

13、轉(zhuǎn)半徑，從而改變傳動比，實現(xiàn)無級變速傳動實現(xiàn)無級變速傳動。缺點：缺點：1變變速范圍小，速范圍小，需要另外增需要另外增加變速齒輪。加變速齒輪。2 受金屬帶受金屬帶的強度限制，的強度限制，應用有限。應用有限。電動汽車混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢192.1.3 電力電子應用電力電子應用電力電子學在混合動力傳動電力電子學在混合動力傳動系統(tǒng)中的應用極大改善了混系統(tǒng)中的應用極大改善了混合動力汽車各方面的性能。合動力汽車各方面的性能。未來電子電力動力系是混合未來電子電力動力系是混合動力電動汽車中最昂貴的子動力電動汽車中最昂貴的子系統(tǒng)系統(tǒng)電動汽車在混合動力傳動中的應用電動機的驅(qū)動控制再生制動能量回收CD-CD變換

14、混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢202.1.3電力電子的應用電力電子的應用豐田新一代混合動力系統(tǒng)豐田新一代混合動力系統(tǒng)THS中電力電子技術(shù)的應用中電力電子技術(shù)的應用 高壓電源、各種逆變器和高壓電源、各種逆變器和14V蓄電池用輔助蓄電池用輔助DC-DC變換器組成功變換器組成功率控制器。集成了率控制器。集成了DSP控制器、驅(qū)控制器、驅(qū)動和電路保護、直流穩(wěn)壓電容、冷卻動和電路保護、直流穩(wěn)壓電容、冷卻回路和汽車通信的回路和汽車通信的CAN總線接口等?？偩€接口等。電動汽車混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢212.1.3 電力電子的應用電力電子的應用 電動機電動機/發(fā)電機用逆變單元：發(fā)電機用逆變單元：目前電動汽車多用目前電

15、動汽車多用PWM控控制型逆變器。這種逆變器線路簡單、效率高。制型逆變器。這種逆變器線路簡單、效率高。 PWM逆變器的發(fā)展趨勢：逆變器的發(fā)展趨勢： 一一 采用采用IGBT器件，工作頻率高，減少啟動時的電流沖擊。器件，工作頻率高，減少啟動時的電流沖擊。 二二 電機額定功率提高，擴大調(diào)速范圍，提高功率比。電機額定功率提高，擴大調(diào)速范圍，提高功率比。 三三 采用采用DSP為核心的計算機控制系統(tǒng)，可使電機快速恒轉(zhuǎn)為核心的計算機控制系統(tǒng)，可使電機快速恒轉(zhuǎn)矩啟動及弱磁矩啟動及弱磁高速高速運行；該系統(tǒng)穩(wěn)定，電流沖擊小，控制運行；該系統(tǒng)穩(wěn)定，電流沖擊小，控制效率高。效率高。 電動汽車混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢22

16、2.1.3 電力電子學的應用電力電子學的應用電動汽車電力電子裝置密封問題，使其耐受高溫，并能防止各種汽車電力電子裝置密封問題，使其耐受高溫，并能防止各種汽車液體的侵入。液體的侵入。電磁兼容電磁兼容/電磁干擾（電磁干擾（EMC/EMI）問題，混合動力汽車空間）問題，混合動力汽車空間狹小，有很多芯片和弱狹小，有很多芯片和弱電電電路，電路，需要需要解決解決EMC/EMI問題。問題?！案唛_關頻率高開關頻率”和和“高采樣率高采樣率”普遍應用于混合動力電動汽普遍應用于混合動力電動汽車的電力電子裝置中，車的電力電子裝置中，這這需要高精度的編碼器和解算器，需要高精度的編碼器和解算器，當當電機中出現(xiàn)電機中出現(xiàn)寬

17、寬溫度梯度和飽和狀態(tài)時，溫度梯度和飽和狀態(tài)時，實現(xiàn)魯棒控制實現(xiàn)魯棒控制。HEV對電力電子技術(shù)的要求對電力電子技術(shù)的要求：混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢23電力電子的最新發(fā)展電力電子的最新發(fā)展電動汽車2012年年2月英飛凌公司推出了一種新型封裝技術(shù)，月英飛凌公司推出了一種新型封裝技術(shù)，使車用電力電子器件的電流承受能力和效率提高。使車用電力電子器件的電流承受能力和效率提高。首批推出的采用首批推出的采用H-PSOF封裝技術(shù)的產(chǎn)品是封裝技術(shù)的產(chǎn)品是40VOptiMOS T2功率晶體管，它們的漏極電流高功率晶體管，它們的漏極電流高達達300A，導通電阻（，導通電阻（RDS(on)）低至）低至0.76毫歐。毫歐

18、。混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢24為汽車設計人員在提高效率降低排放方面提供為汽車設計人員在提高效率降低排放方面提供了更大的余地。了更大的余地。電動汽車富士電機富士電機2012年年6月提出了月提出了HEV/EV用的用的IGBT模塊端子的超聲波焊接技術(shù)。模塊端子的超聲波焊接技術(shù)。該技術(shù)具備高熔點和高強度，而且不存在線性膨該技術(shù)具備高熔點和高強度，而且不存在線性膨脹系數(shù)差，可獲得較高的可靠性脹系數(shù)差，可獲得較高的可靠性混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢252.2 控制系統(tǒng)的研究控制系統(tǒng)的研究控制系統(tǒng)是整個轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的靈魂，能否高效完項各控制系統(tǒng)是整個轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的靈魂，能否高效完項各項指標控制系統(tǒng)的好壞至關重要。項指標

19、控制系統(tǒng)的好壞至關重要。 控制系統(tǒng)控制協(xié)調(diào)各個部件完成以下性能指標：控制系統(tǒng)控制協(xié)調(diào)各個部件完成以下性能指標：1. 燃油經(jīng)濟性燃油經(jīng)濟性2. 最優(yōu)驅(qū)動力最優(yōu)驅(qū)動力3. 最小排放最小排放4. 連續(xù)穩(wěn)定的功率輸出連續(xù)穩(wěn)定的功率輸出5. 再生制動的實現(xiàn)再生制動的實現(xiàn)電動汽車1控制系統(tǒng)的仿真和控制策略2最新混合動力車輛的控制系統(tǒng)?；旌蟿恿鲃酉到y(tǒng)發(fā)展趨勢26這些指標不能兼得，這些指標不能兼得，控制系統(tǒng)根據(jù)駕駛控制系統(tǒng)根據(jù)駕駛員的要求而取舍員的要求而取舍仿真流程仿真流程輸入工況輸入工況控制策略控制策略發(fā)動機和電動機所發(fā)動機和電動機所需的轉(zhuǎn)速和扭矩需的轉(zhuǎn)速和扭矩發(fā)動機和電動機的發(fā)動機和電動機的實際轉(zhuǎn)速和扭

20、矩實際轉(zhuǎn)速和扭矩實際車速實際車速反反饋饋所需車速所需車速電動汽車混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢27控制策略控制策略混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢電動汽車28 魯棒性強，操作簡單，易于實現(xiàn)邏輯門限控制策略邏輯門限控制策略 搜索效率高，算法簡單，易于實現(xiàn)；但是容易受隨機震蕩影響。容易陷于極小值。粒子群算法（粒子群算法（PSO） 很強的全局尋優(yōu)能力遺傳算法遺傳算法（GA） 學習能力強神經(jīng)網(wǎng)絡神經(jīng)網(wǎng)絡 隨機組合優(yōu)化模擬退火模擬退火應用于混合動力傳動系統(tǒng)的控制策略（算法）有很多種。應用于混合動力傳動系統(tǒng)的控制策略（算法）有很多種。主要有：主要有：通常應用中是將多個策略組合應用，取優(yōu)補短，達到好通常應用中是將多個策略

21、組合應用，取優(yōu)補短，達到好的控制效果。的控制效果。基于邏輯門限控制策略介紹基于邏輯門限控制策略介紹混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢電動汽車29控制規(guī)則控制規(guī)則本田超級四輪驅(qū)動控制系統(tǒng)本田超級四輪驅(qū)動控制系統(tǒng)SPORT hybrid sh-awd電動汽車 SPORT hybrid sh-awd控制系統(tǒng)是由一臺控制系統(tǒng)是由一臺3.5升自然進升自然進氣氣V6發(fā)動機與發(fā)動機與3臺大功率電機組成；廠家稱，這套系統(tǒng)在動力臺大功率電機組成；廠家稱，這套系統(tǒng)在動力方面可以媲美一臺采用傳統(tǒng)動力技術(shù)的方面可以媲美一臺采用傳統(tǒng)動力技術(shù)的V8發(fā)動機，而在油耗發(fā)動機，而在油耗方面則幾乎與一臺自然進氣四缸發(fā)動機相同。方面則幾乎與

22、一臺自然進氣四缸發(fā)動機相同。混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢30 車輛在轉(zhuǎn)彎時，為了讓車輛的轉(zhuǎn)向更為順暢，內(nèi)側(cè)車輛在轉(zhuǎn)彎時，為了讓車輛的轉(zhuǎn)向更為順暢，內(nèi)側(cè)后輪的動力輸出會被限制，而由此節(jié)省下來的能量就會后輪的動力輸出會被限制，而由此節(jié)省下來的能量就會被驅(qū)動外側(cè)后輪的電機所使用，以提高外側(cè)后輪的扭矩被驅(qū)動外側(cè)后輪的電機所使用，以提高外側(cè)后輪的扭矩輸出。輸出。奧迪奧迪A7iHEV智能混合動力系統(tǒng)智能混合動力系統(tǒng)電動汽車 滑行混合動力滑行混合動力(Coasting Hybrid)的運行模式，控制系的運行模式，控制系統(tǒng)集合油門、制動、坡度、速度、導航信息進行綜合判斷，統(tǒng)集合油門、制動、坡度、速度、導航信息進行綜合判斷，再借助大功率電動機頻繁關閉和起動車頭的發(fā)動機，大幅再借助大功率電動機頻繁關閉和起動車頭的發(fā)動機，大幅提升動力系統(tǒng)的工作效率提升動力系統(tǒng)的工作效率混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢31無人駕駛技術(shù)對混合動力傳動系統(tǒng)影響無人駕駛技術(shù)對混合動力傳動系統(tǒng)影響混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢電動汽車32 各種控制中，如果可以有實時的路況信息提供，則控各種控制中，如果可以有實時的路況信息提供，則控制系統(tǒng)可以更高效的實現(xiàn)機車的控制；制系統(tǒng)可以更高效的實現(xiàn)機車的控制；Google的全球?qū)У娜驅(qū)Ш娇梢蕴峁┻@樣的服務；并且由航可以提供這樣的服務；并且由Googl