1、摘摘 要要 論文分析現(xiàn)有混合動力驅(qū)動汽車傳動系的結(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)，對城市用混聯(lián)式混合動力小型客車的結(jié)構(gòu)特點進 行分析，并以 cs6100 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 些列的設(shè)計。其中包括動力耦合機構(gòu)、驅(qū)動橋總成等部件的原理分析、結(jié)構(gòu)設(shè) 計、參數(shù)選擇、計算以及繪圖過程。另外還根據(jù)混聯(lián)式混合動力小型客車的使 用要求，采用類比的方法，選用合適的離合器、電控單元 ECU（Electronic Control Unit） 、變速器等傳動裝置總成，并對常見工況下的運行狀態(tài)進行分析。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：離合器，變速器，變頻器，發(fā)動機，電控單元 EC

2、U（Electronic Control Unit） ，MPC555 AbstractAbstract This project analyzes the existing hybrid drive transmission system structure characteristic and using effect, reference literature, and a comprehensive consideration on various aspects factor, the city with composite group type hybrid mini-bus str

3、ucture characteristics are analyzed, and cs6100 composite group type hybrid electric bus as the foundation, the drive system for a series of design. Including power coupling mechanism, drive axle assembly etc principle analysis, structure design, the parameter selection, calculation and drawing proc

4、ess. Also according to the composite group type hybrid mini-bus use requirements, by adopting the analogy method, selecting a suitable clutch, Electronic Control Unit ECU (Electronic Control Unit), transmission and transmission assembly, and the common conditions running status to carry on the analy

5、sis Keywords: clutch, transmission, frequency converter, engine, electric Control Unit ECU (Electronic Control Unit), MPC555 目目 錄錄 1 緒論.1 1.1 混驅(qū)電動車的發(fā)展趨勢及研究現(xiàn)狀 .1 1.1.1 混驅(qū)電動車的發(fā)展現(xiàn)狀 .1 1.1.2 混驅(qū)電動車的發(fā)展趨勢 .2 1.2 混驅(qū)電動車實際應(yīng)用的主要問題 .2 1.3 本課題主要解決的問題 .3 2 整車主要結(jié)構(gòu)的選型和分析.3 2.1 發(fā)動機和電動機組成的動力系統(tǒng)選型 .3 2.2 發(fā)動機和電動機功率的計算.3

6、 2.3 動力合成方式的定型.5 2.4 混驅(qū)動力合成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工況的簡單分析.6 3 變速器、變頻器、離合器和電控單元 ECU 的基本工作原則 .9 3.1 發(fā)動機轉(zhuǎn)速區(qū)域分析 .10 3.2 高速模式下電動機補償發(fā)動機動力原則.10 3.3 基于高速模式下電動機補償發(fā)動機動力原則的相關(guān)傳動部件選型 .110 3.3.1 離合器的選型. .11 3.3.2 變速箱和電控單元 ECU 的選型. .12 6 結(jié)論.14 參考文獻.15 致謝.16 附錄.16 1 1 緒論緒論 20 世紀(jì) 90 年代以來，能源和環(huán)境對人類生活和社會發(fā)展的影響越來越大， 要求盡快改善人類生存環(huán)境的呼聲日益高漲。全世

7、界高達 67 億的汽車保有 量， 是造成能源與環(huán)境問題的主要因素。為解決這一問題以滿足人們的要求， 各種電動汽車脫穎而出。但是，使用電動汽車雖然可以實現(xiàn)無污染，其關(guān)鍵部 件 電池的許多問題還沒有解決，例如，電池的能量密度，使用壽命，充電 場所，充電時間等。在這種情況下， “準(zhǔn)綠色”的新型產(chǎn)品混合動力電動汽 車（簡 稱“HEV” ）登上了歷史舞臺。而由于環(huán)境問題的日益嚴(yán)重和燃油價格的 提高，融合傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車和純電動汽車優(yōu)點的混合動力電動汽車在世界范 圍 內(nèi)成為了開發(fā)熱點，在近二十多年的時間里大多數(shù)汽車制造公司把研究的重點 都放在了電動汽車上，因為混合動力電動汽車與常規(guī)的汽油汽車相比 CO2 排

8、放 大約降至后者的 1/2，而 CO、HC 和 NOx 的排放則大約降至 1/10。 1.11.1 混驅(qū)電動車的發(fā)展趨勢及研究現(xiàn)狀混驅(qū)電動車的發(fā)展趨勢及研究現(xiàn)狀 1.1.1 混驅(qū)電動車的發(fā)展現(xiàn)狀 混驅(qū)電動車經(jīng)過十多年的發(fā)展已經(jīng)演變出多種混合驅(qū)動方式，其中主要有 串聯(lián)式，并聯(lián)式，以及混聯(lián)式。自 1995 年起，世界各國的汽車生產(chǎn)廠商將研 究的重點轉(zhuǎn)向了混合動力電動汽車的研究開發(fā)。經(jīng)過多年的研究，混合動力電 動汽車已開發(fā)出一些成功的例子 。 日本豐田汽車公司是走在混合動力汽車研發(fā)前沿的，首先開發(fā)了混合動力 轎車。其在 1997 年 12 月宣布將混合動力電動轎車 Prius（普銳斯）投入小批 量商

9、業(yè)化生產(chǎn)，該車自重 1515kg，裝用頂置凸輪軸四缸，1500cc 排量汽油機， 最大功 42.6kW4600rmin 帶永磁無刷發(fā)電機，驅(qū)動電機亦為永磁無刷的額定 功率 30kw 的電機 ，采用氫鎳電池，實現(xiàn)串并聯(lián)控制方式，百公里油耗 3.4L， 比原汽油車減少了一半 ，CO2 排量也相應(yīng)減少了一半 ，CO、 HC、 NOX 僅為 現(xiàn)行法規(guī)允許值的 10，售價每輛 216 萬日元（約 15000 美元） 。如今，在日 本國內(nèi)擁有的混合動力電動汽車己超過 7 萬輛，預(yù)計在 2010 年將達到 210 萬輛， 到 2002 年底，豐田公司生產(chǎn)的混合動力汽車在日本國內(nèi)和海外的累計銷最均突 破 10

10、 萬輛，現(xiàn)己在全世界 20 多個國家上市銷售。美國克萊斯勒汽車公司于 1998 年 2 月在底特律展出第二代道奇無畏 E SX2 型混合動力電動轎車，該車裝 用 1500cc 排量直噴柴油機帶發(fā)電機 ，采用鉛酸電池，交流感應(yīng)電機驅(qū)動，鋁 車架，復(fù)合材料車身，自重 1022kg，百公里油耗降至 3.4L。 2000 年通用，福 特，戴姆勒克萊斯勒已開發(fā)出 100 公里油耗已達到 3 升汽油或接近 3 升的汽 車的樣車 ，只是價格仍較貴。混合動力電動汽車除了在電池方面做了研究，更 是在混合動力電動汽車的基本驅(qū)動布置方式做了大量的研究，并應(yīng)用到了實際 中，布置方式從串聯(lián)式到并聯(lián)式，到現(xiàn)在的混聯(lián)式。串

11、聯(lián)系統(tǒng)利用發(fā)動機提供 電能，牽引電機是唯一的驅(qū)動源 ， 由于發(fā)動機與驅(qū)動車輪之間沒有直接的機 械連接，單獨控制發(fā)動機的運轉(zhuǎn)是他的優(yōu)點，因此，發(fā)動機可在最優(yōu)效率和低 排放區(qū)域工作，他的主要缺點是發(fā)動機輸出的電能的轉(zhuǎn)化損失，而并聯(lián)系統(tǒng)利 用發(fā)動機和電機共同驅(qū)動，該系統(tǒng)不需要發(fā)電機，因此提高了能量的轉(zhuǎn)化效率， 混聯(lián)系統(tǒng)，具有串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)的雙重特性，按布置方式又可分為切換系 統(tǒng)和分路系統(tǒng)。驅(qū)動形式的不斷改進，使得廢氣排量降低，燃油效率提高，功 率也得到了提高，就混聯(lián)式分路系統(tǒng)而言，廢氣排量降低 50%以上，燃油效率 提高 75%，功率提高 70%以上。 1.1.2 混驅(qū)電動車的發(fā)展趨勢 目前大多

12、教混合動力汽車采用小排量發(fā)動機配大功率電機、電池組或中排 量 發(fā)動機配中功率電機、電池組的結(jié)構(gòu)方式，由于電池組容量大，導(dǎo)致整車自重 較 大，整車制造成本及使用費用昂貴。 “十五”期間，科技部啟動了“863”電動 汽車重大專項課題，其中混合動力汽車專題分混合動力城市客車和混合動力轎 車兩個課題，分別由我國一汽、東風(fēng)以及長安汽車公司等單位承擔(dān)，目前，均 完成了樣車的研制和性能考核試驗。一汽、東風(fēng)、長安、奇瑞等汽車公司競相 開發(fā)出混合動力樣車，節(jié)油 30%以上，排放減 30%，轎車和客車最高車速分別超 過 160km/h 和 80km/h，部分車型正在申報國家汽車產(chǎn)品公告。混驅(qū)電動車總體 上以小型乘

13、用客車的應(yīng)用為主。 1.2 混驅(qū)電動車實際應(yīng)用的主要問題 在混驅(qū)電動車的實際應(yīng)用中主要面對以下幾大問題 （1）成本高昂 混合動力電動車因為電池，電源管理系統(tǒng)等附加機構(gòu)的成本原因?qū)е缕鋬r 格高昂，所以在推廣過程中阻礙重重。 （2）后期維護問題 將由于混合動力電動車所用新技術(shù)較多，技術(shù)應(yīng)用期短，技術(shù)并不成熟， 所以后期維修和養(yǎng)護規(guī)程和普通汽車存在較大區(qū)別，普通消費者并不接受這一 新興產(chǎn)品。 （3）國家扶持政策的不穩(wěn)定性和區(qū)域性差別 （4）相關(guān)技術(shù)自身難題 雖然部分自主企業(yè)的混驅(qū)電動車已經(jīng)在部分地區(qū)開始使用，但是相關(guān)車型 并不成熟。混合動力電動汽車(HEV)的核心是混合動力驅(qū)動系統(tǒng)。HEV 系統(tǒng)具有

14、 高度的復(fù)雜性,混合動力系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的選擇、整車能量管 理策 略的開發(fā)和系統(tǒng)參數(shù)的確定。功率分配是系統(tǒng)能量管理策略研究的關(guān)鍵，其研 究的結(jié)果直接關(guān)系到整車性能的好壞，是混合動力汽車優(yōu)越性能否體現(xiàn)的關(guān)鍵 所在。 1.3 本課題主要解決的問題 本課題在理論計算及選型上主要解決以下幾個問題 （1）成本高昂和后期維護復(fù)雜的問題 （2）完成適用用于國內(nèi)各自主品牌的動力合成裝置 本課題設(shè)計的動力合成裝置整體平臺能通過簡單修改在國內(nèi)各自主品牌現(xiàn) 有產(chǎn)品上得到應(yīng)用。 2 整車主要結(jié)構(gòu)的選型整車主要結(jié)構(gòu)的選型和分析和分析 2.12.1 發(fā)動機和電動機組成的動力系統(tǒng)選型發(fā)動機和電動機組成的動力系統(tǒng)選型

15、 目前大部分小型乘用客車整備質(zhì)量約 1100kg-1600kg 不等?？紤]到節(jié)能、 成本、電池機構(gòu)重量，本設(shè)計車輛整備質(zhì)量應(yīng)控制在 1500kg 以下。其余車輛尺 寸參考國內(nèi)普通常見車型。發(fā)動機的選擇主要依據(jù)所設(shè)計車型的動力性能要求， 而衡量發(fā)動機動力性的指標(biāo)主要有：最高車速、加速時間、上坡能力、比功率 和比轉(zhuǎn)矩。另外，其燃油性、排放性以及噪音水平等的好壞也是選擇重要的依 據(jù)，而電動機功率依據(jù)車身重量國家政策作適當(dāng)改進 2.22.2 發(fā)動機和電動機功率的計算發(fā)動機和電動機功率的計算 可選用市面上任何一種機型，也可利用閑置低檔配置的機型。在 PC 平臺上 可以開發(fā)出具有良好開放數(shù)控系統(tǒng)，從而增強

16、經(jīng)濟型數(shù)控改造的整體效果。 根據(jù)已知參數(shù)，按公式（2-1） ，估算發(fā)動機最大功率 Pemax： P e ma=1/ T(ma gf r v a max /3600+CD A v a max3/76140) (2-1) 傳動系效率T= 90% 總質(zhì)量 ma = 1500kg 滾動阻力系數(shù) fr = 0.02 最大車速 vamax =160km/h 空氣阻力系數(shù) CD = 0.60.7 取 0.4 迎風(fēng)面積參考國產(chǎn)奇瑞A3轎車 A=1794mm*1464mm=2.63m2 將以上參數(shù)代入公式（2-1） 計算得： Pemax = 78.78kw 考慮到應(yīng)使發(fā)動機始終在最佳工況工作以及富裕電動機功率，

17、確定發(fā)動機最大 功率不超過80kw選擇哈爾濱東安汽車發(fā)動機制造有限公司生產(chǎn)的三菱4G18發(fā)動 機該發(fā)動機參數(shù)如下 表2-1 4G18發(fā)動機型號參數(shù) 發(fā)動機型號4G18氣門數(shù)16 排量1584cc壓縮比9.5:1 工作方式自然吸氣氣門結(jié)構(gòu)SOHC 氣缸排列直列最大功率80kw 汽缸數(shù)4最大扭矩134N.m 供油方式多點電噴燃油標(biāo)號93號 環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)歐 該型發(fā)動機在2500rpm-3000rpm達到最佳功耗比，功率為發(fā)動機最大功率的 80%，我選擇這一最佳工況區(qū)段最為此車型發(fā)動機的主要工作區(qū)段。功率為 64kw。對于驅(qū)動電機的設(shè)計，主要考慮已選發(fā)動機的功率、整車需求功率以及 車輛 在純電動模式下的動

18、力性。主驅(qū)動電機需要滿足的條件：驅(qū)動電機和發(fā) 動機功率之和應(yīng)該大于最大驅(qū)動功率；驅(qū)動電機與發(fā)動機動力復(fù)合后，滿足 車輛起步加速性能要求；能夠在純電動工況下提供驅(qū)動功率根據(jù)不同的控 制策略和純電動動力性能的要求，可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整驅(qū)動電機的功率需求。 在計算混合車輛的巡航功率 Pc時，應(yīng)該綜合考慮附件功率 Pacc、爬 坡 功 率 裕量 Pi以及充電功率裕量 Pchr等因素，即： Pc*=Pe +Pacc+Pi +Pchr (2-2) 結(jié)合車輛在我國典型城市工況下的運行特點，并參照同類型車型選擇，估算 Pc* = 118kw 根據(jù)已選發(fā)動機功率 Pemax= 78.78kw，為滿足要求 ，選擇功率為

19、45KW的電動 機。綜合各方面考慮最終選擇萬向電動汽車有限公司生產(chǎn)的型號YCVF280M-6 的 電動機。 表2-2 YCVF280M-6數(shù)據(jù) 電動機型號YCVF280M-6電動機功率45kw 對于蓄電池，應(yīng)該綜合考慮與電機的匹配、電池充電和放電特性、電池質(zhì)量及 體積等各種因素。同時我還考慮到國家對電動汽車相應(yīng)補貼的對電動機和電池 部分的相關(guān)規(guī)定（對混驅(qū)電動車電池及續(xù)航能力的具體標(biāo)準(zhǔn)） 。電池組總能量的 要求主要來自于車輛持續(xù)加速和爬坡的工況，如果車輛在純電動行駛工況，則 電池組總能量直接決定了純電動的續(xù)航里程。 首先比較各類型電池的優(yōu)缺點， 選擇磷酸鐵鋰動力電池。然后綜合各方面因素選擇萬向電

20、動汽車有限公司生產(chǎn) 的型號為WX100-EV的蓄電池。 表2-3 WX100-EV蓄電池數(shù)據(jù) 蓄電池類型磷酸鐵鋰動力電池蓄電池總電壓345v 單個電池額定電壓3.2v蓄電池容量100Ah 2.32.3 動力合成裝置的定型動力合成裝置的定型 由于混合動力電動汽車的組成部件、布置形式以及控制策略不同，所以形 成了多種多樣的結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)發(fā)動機的功率比的大小，分為里程延長型、雙 模式型和動力輔助型；根據(jù)發(fā)動機運行模式的不同，可以分為發(fā)動機開/關(guān)模式 型和發(fā)動機連續(xù)運行模式型；根據(jù)發(fā)動機與電動機是否布置在同一軸線上，分 為單軸型和雙軸型。而按照內(nèi)燃機和電動機聯(lián)接方式的不同，混合動力電動汽 車又分為串聯(lián)

21、式、并聯(lián)式和混聯(lián)式。以上最后這一分類，是本課題研究的重點， 據(jù)分析其中的三種連接方式各有優(yōu)缺點，因此，要做到更大幅度地提高汽車燃 油效率、功率和降低廢棄排放量，需要對傳動系作更深入地研究。 （1）機串聯(lián)式混合動力電動汽車結(jié)構(gòu)原理最為簡單，內(nèi)燃機帶動發(fā)電機發(fā) 電，發(fā)出 電供給電動機用來驅(qū)動車輛行駛。若有剩余，則對蓄電池充電。在需 要大功率輸 出時，發(fā)電機與蓄電池同時向電動機供電。顯然串聯(lián)式混合動力電 動汽車有著與 燃油機一樣的續(xù)駛里程。另外，由于內(nèi)燃機與驅(qū)動車輪之間沒有 直接的機械連接 ，單獨控制內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)是他的優(yōu)點，因此，內(nèi)燃機可以在最 優(yōu)效率和低排放區(qū)域 工作。 （2）并聯(lián)式混合動力電動汽

22、車采用內(nèi)燃機和電動機兩套各自獨立的驅(qū)動系 統(tǒng)。內(nèi)燃機和電動機都可以單獨驅(qū)動車輛，內(nèi)燃機和電動機還可以聯(lián)合驅(qū)動車 輛，當(dāng)內(nèi)燃機輸出的功率大于驅(qū)動車輛所需的功率或者再生制動時，電動機工 作在發(fā)電機狀態(tài)，將多余的能量轉(zhuǎn)化為電能充入蓄電池。顯然，并聯(lián)式混合動 力電動汽車可 以減少汽車尾氣的排放和燃油消耗。 （3）混聯(lián)式混合動力電動汽車同時具有串聯(lián)式和并聯(lián)式的特點，整車的工 作模式由一個復(fù)雜的能量管理系統(tǒng)來控制，總體結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。 目前大多數(shù)混 合動力電動汽車采用小排量發(fā)動機配大功率電機、電池組或中排量發(fā)動機配中 功率電機、電池組的結(jié)構(gòu)方式，由于電池組容量大，導(dǎo)致整車自重較大，整車 制造成本及使用費用昂

23、貴。為了減少電池組容量，同時又保留混合動力電動汽 車低油耗低排放的優(yōu)勢，一般采用無級變速器與小電機、小電池組和較小排量 發(fā)動機相結(jié)合的結(jié)構(gòu)方式。 圖 2-1 混驅(qū)電動車驅(qū)動類型 （a）串聯(lián)式；（b）并聯(lián)式；（c）混聯(lián)式 B 蓄電池；E 內(nèi)燃機；F 燃油箱；G 發(fā)電機；M 電動機；P 功率轉(zhuǎn)換器；T 傳動裝置 2.42.4 混驅(qū)動力合成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工況的簡單分析混驅(qū)動力合成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工況的簡單分析 混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)包含內(nèi)燃機和電動機兩套驅(qū)動系統(tǒng)，其中內(nèi)燃機可以帶動 發(fā) 電機發(fā)電，發(fā)出的電供電動機驅(qū)動行駛另外內(nèi)燃機和電動機各自還可獨立地 驅(qū)動 系統(tǒng)，即混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)同時具備了串聯(lián)式和并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)的性

24、能特點。 混聯(lián)式 驅(qū)動系統(tǒng)有一個動力分配裝置（圖 2-2 所示）用來進行能量分配。動力 分配裝置實際上是一行星齒輪機構(gòu)，其中行星架與發(fā)動機的輸出軸相連，齒圈 與電動機的轉(zhuǎn)軸相連，同時也與輸出齒輪相連，而太陽齒輪軸與一離合器相連， 必要時鎖死太陽輪，使行星齒輪機構(gòu)以一定的傳動比工作。發(fā)電機的轉(zhuǎn)子剛性 連接在發(fā)動機的輸出軸上。 圖 2-2 動力分配裝置結(jié)構(gòu)（主體為行星齒輪） 混合動力電動汽車因為具有兩個或兩個以上動力源，因此為了解決其多動 力 源所引起的模式切換和功率分配，需要引進一個能量管理系統(tǒng)對系統(tǒng)進行的 能量 流動進行合理的分配。管理系統(tǒng)應(yīng)遵循選定的能量管理策略并對其進行優(yōu) 化，以實現(xiàn)混合動

25、力電動汽車要達到的目標(biāo)。一般來說，應(yīng)達到的幾個主要設(shè) 定目標(biāo)是： （1）使燃油經(jīng)濟性最優(yōu)； （2）為了保證整車價格能夠被 市場接受，使驅(qū)動系統(tǒng)的成本最 小化 （3） ；使排放最低 右面為典型的混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng) 亦是本項目所運用驅(qū)動系統(tǒng)的示 意 圖。它采用了行星齒輪差速 機構(gòu)實現(xiàn) 多個部件的速度復(fù)合， 各個部件之間 的轉(zhuǎn)矩保持一定 的比列關(guān)系。行星齒 輪有兩個 自由度，通過不同的制動器和離合器 圖 2-3 混聯(lián)式混合動力示意 圖 的作用，可以實現(xiàn)單自由度、固定傳動比的傳動。據(jù)分析，此機構(gòu)具有非常靈 活的控制策略，可以實現(xiàn)對混合動力能量流動的最優(yōu)控制。所以接下來我將對 不同工況下能量分配的情況作簡單

26、分析。 （1）汽車在起步、輕載工況下，若以發(fā)動機作為動力源，則發(fā)動機熱效率 較低， 此時，汽車排放較差。混聯(lián)式系統(tǒng)此工況下由電動機驅(qū)動汽車，所需能 量由蓄電 池提供，以純電動汽車形式運行，這樣既可以提高系統(tǒng)的效率，又可 以降低汽車 的排放。此時系統(tǒng)能量分配如圖 2-4-1 所示 圖 2-4-1 起步工況下系統(tǒng)的能量分配 （2）正常行駛的汽車，當(dāng)速度達到某一預(yù)定值時，或所需功率大于電動機 所能能提供的值時，由傳感器感知此信息，并反饋到控制系統(tǒng)，再由控制系統(tǒng) 作出指令，啟動發(fā)動機，來協(xié)同電動機共同驅(qū)動車輛行駛。此種狀況下啟動發(fā) 動機，不是利用啟動機的帶動，而是由動力分配裝置分配部分能量給發(fā)動機，

27、直接拖動其曲軸轉(zhuǎn)動，達到一定轉(zhuǎn)速后再點火，使發(fā)動機直接進入到一個最佳 工作點。 圖 2-4-2 正常行駛工況下系統(tǒng)的能量分配 這樣雖然犧牲了一部分動力，但可以避免發(fā)動機由啟動到達到最佳工作點過程 中排放差的問題，從而降低汽車有害氣體的放。此工況的能量分配如圖 3.4 所 示。動力由發(fā)動機輸出后分為兩部分：一部分直接分配到驅(qū)動軸，用以驅(qū)動汽 車；另一部分，供給發(fā)電機。發(fā)電機發(fā)出的電能也分為兩部分：一部分用給電 動機驅(qū)動汽車行駛，另一部分通過轉(zhuǎn)換器給蓄電池充電。 （3）當(dāng)汽車以全負(fù)荷運行時，發(fā)動機和電動機均以滿功率運行，共同驅(qū) 動汽車。此時，能量分配如圖 2-4-3 所示。 圖 2-4-3 全負(fù)荷

28、工況下系統(tǒng)的能量分配 動力由發(fā)動機輸出后仍然分為兩部分：一部分直接輸出到驅(qū)動軸用以驅(qū)動汽車， 另一部分供給發(fā)電機發(fā)電，而發(fā)電機發(fā)出的電能全部用以驅(qū)動電動機輸出動力 來驅(qū)動汽車，不再給蓄電池充電。此時蓄電池 中的電能也被用來供給電動機驅(qū) 動行駛。 （4）混聯(lián)式系統(tǒng)中，有一個能量回收系統(tǒng)可以回收一部分減速和制動所 消耗的能量。 此時的電動機以發(fā)電機的形式工作，將這一部分能量轉(zhuǎn)化為電能 圖 2-4-4 減速、制動工況下系統(tǒng)的能量分配 儲存在蓄電池中。系統(tǒng)的能量分配如圖 2-4-4 所示。 3 3 變速器、變頻器、離合器和電控單元變速器、變頻器、離合器和電控單元 ECUECU 的基本工作原則的基本工作

29、原則 本設(shè)計主要通過行星齒輪對兩個動力源進行合成，相應(yīng)的變速器、離合器 以及 ECU 選型應(yīng)以配套兩個動力源為主要標(biāo)準(zhǔn)。 3.13.1 發(fā)動機轉(zhuǎn)速區(qū)域分析發(fā)動機轉(zhuǎn)速區(qū)域分析 根據(jù)廠家公布的 4G18 發(fā)動機油耗曲線圖如圖 3-1 圖 3-1 4G18 發(fā)動機油耗比值 由曲線圖可知該型發(fā)動機在 2000r/min-3000r/min 下是最佳油耗區(qū)間。所以我選 擇該區(qū)間為發(fā)動機主要工作區(qū)間。 同時通過廠家公布的 4G18 發(fā)動機轉(zhuǎn)矩比值如圖 3-2 圖 3-2 4G18 發(fā)動機轉(zhuǎn)矩比值 所以可以得知發(fā)動機在 4000r/min-4500r/min 達到最大轉(zhuǎn)矩，同時在 2500r- 3500r

30、時轉(zhuǎn)矩超過發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩值 80。所以綜合圖 3-1 確定發(fā)動機最佳工作 區(qū)間為 2500r/min-3000r/min。 3.23.2 高速模式下電動機補償發(fā)動機動力原則高速模式下電動機補償發(fā)動機動力原則 由圖 3-1 和 3-2 所得出的結(jié)論，確定在混合驅(qū)動模式下確定兩種動力工作 的原則以發(fā)動機轉(zhuǎn)速為基準(zhǔn)。即電動機對發(fā)動機的動力補償原則。此原則僅用 于混合驅(qū)動模式下，并不在純電動模式下執(zhí)行，適用于汽車高速行駛（高速公 路）工況。該原則由汽車 ECU 控制并由變頻器控制電動機執(zhí)行，當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速 低于 2500r/min 時電動機以其低轉(zhuǎn)高扭力的特點推動發(fā)動機靠近最佳工況轉(zhuǎn)速 2500r/mi

31、n。當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速達到 2500r/min 后電動機停止工作，當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速高 于最佳工況轉(zhuǎn)速上限 3000r/min 后電動機再次介入做功在短時間內(nèi)推高車速至 下一檔位，ECU 控制自動變速器升檔發(fā)動機變速器斷開，同時變頻器控制電動 機降低轉(zhuǎn)速再次利用其低轉(zhuǎn)高扭的特點提升車速適應(yīng)發(fā)動機當(dāng)前轉(zhuǎn)速 （2500r/min-3000r/min）直至發(fā)動機再次接入變速箱之前，發(fā)動機僅接入低負(fù) 荷發(fā)電機做功發(fā)電。待車速適應(yīng)發(fā)動機車速后再軟閉合離合器同時電動機停止 運轉(zhuǎn)，靠發(fā)動機單一動力維持在 2500r/-3000r/min 做功。由于該運行原則有趨 于發(fā)動機效率和能耗最大化、發(fā)動機不停止運轉(zhuǎn)、發(fā)動機在最佳

32、工況轉(zhuǎn)速發(fā)電 的特點，與串聯(lián)式混驅(qū)電動車有共同之處，同時又擁有在巡航條件下僅靠發(fā)動 機做功的特點，其本身又是混聯(lián)式結(jié)構(gòu)。所以我將該運行方案稱為“趨于串聯(lián) 式的混聯(lián)式驅(qū)動方案” 。 3.33.3 基于高速模式下電動機補償發(fā)動機動力原則的相關(guān)傳動部件選型基于高速模式下電動機補償發(fā)動機動力原則的相關(guān)傳動部件選型 由于本車型驅(qū)動模式的多樣性以及混合驅(qū)動模式的即時變換及瞬時切換性。 針對本設(shè)計，其相關(guān)傳動部件的選型如下。 3.3.1 離合器的選型 離合器是汽車傳動系中直接與發(fā)動機相連的總成，其主要功能是切斷和傳 遞 傳動系的動力，以保證汽車起步時將發(fā)動機與傳動系平順的接合，確保汽車 平穩(wěn) 起步；在換檔是

33、將發(fā)動機和傳動系分離，減少變速器中換檔齒輪之間的沖 擊；在工作中受到大的動載荷時，能限制傳動系所能承受的最大轉(zhuǎn)矩，防止傳 動系各零 件的損壞；有效的降低傳動系中的震動和噪聲。 為了保證離合器具有良好的工作性能，對汽車離合器提出如下要求: （1）在任何行駛條件下均能可靠的傳遞發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩，并有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn) 矩儲備。 （2）接合時要平順柔和，保證汽車起步時沒有抖動和沖擊。 （3）分離時要迅速徹底。 （4）離合器從動部分轉(zhuǎn)動慣量要小，以減輕換檔時變速器齒輪間的沖擊， 以便換檔和減少同步器的磨損。 （5）應(yīng)有足夠的吸熱能力和良好的通風(fēng)散熱效果，以保證工作溫度不會過 高，延長其使用壽命。 （6）應(yīng)使傳動

34、系避免扭轉(zhuǎn)共振，并具有吸收振動的能力。 （7）操縱輕便準(zhǔn)確，以減輕駕駛員的疲勞。 （8）應(yīng)具有足夠的強度和良好的動平衡，以保證工作可靠，延長使用壽命。 （9）結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單，緊湊，質(zhì)量小，制造工藝好，拆裝，調(diào)整，維修方便等 。離合器的結(jié)構(gòu)多種多樣，離合器按轉(zhuǎn)矩傳遞方式的不同可以分為摩擦式，液 力式，電磁式和綜合式四類。根據(jù)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)要求選擇膜片彈簧離合器，膜 片彈簧離合器具有如下優(yōu)點 ： （1）膜片彈簧離合器轉(zhuǎn)矩容量大且較穩(wěn)定； （2）操縱輕便； （3）結(jié)構(gòu)簡單且較緊湊； （4）高速時平衡性好； （5）摩擦片的使用壽命長； （6）散熱通風(fēng)性能好。 3.3.2 變速箱和電控單元 ECU 的選型 由

35、于有變頻器的介入，本車型的變速箱密齒比的要求并不高，僅對變速箱 有自動變速功能，同時考慮到傳動系最小傳動比和電動機單一驅(qū)動扭力的關(guān)系 以及相關(guān)已有產(chǎn)品的參數(shù)及市場普及率選擇三菱 F4A4 系列自動變速器，參數(shù)見 表 3-1。 表 3-1 三菱 F4A4 變速器簡介 變速方式自動 檔位數(shù)4 前進檔 扭矩范圍 90-225Nm 最大轉(zhuǎn)速 6000r/min 總成質(zhì)量 74.22kg 全長 400mm 而電控單元 ECU 的選型采用摩托羅拉公司的 MPC555 單片機。具體代碼編寫 由于涉及到底層對應(yīng)硬件驅(qū)動、上層策略算法以及 CAN 通信網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜分布式 控制系統(tǒng)。本設(shè)計無法給出成品，但本設(shè)計已確

36、定上層策略及具體硬件型號。 可在短期內(nèi)直接獲得硬件驅(qū)動不需要另行開發(fā)。所得硬件驅(qū)動分布如圖 3-2。 3-2 本設(shè)計基于 MPC555 所布置硬件驅(qū)動及關(guān)系圖 4 4 結(jié)論結(jié)論 通過本設(shè)計的相關(guān)計算，本混驅(qū)電動車動力合成裝置能較好的適應(yīng)國內(nèi)城 市道路。同時因為采用了已有型號的發(fā)動機、變速器、ECU 總成，所以具有價 格低廉、經(jīng)濟低廉、研發(fā)周期短的特點。大大改善了混去電動車整車成本高昂 的特點。 同時本設(shè)計所選總成部件均已擁有較大市場，市場占有率高，適用車型廣， 可在多品牌多系列車型上以原車型為基礎(chǔ)做升級改進在前期研發(fā)時可多車型共 用產(chǎn)品生產(chǎn)平臺，后期維護時成本低廉，零配件采集便捷。以上特點可從

37、根本 上解決電動汽車在我國汽車市場“叫好不叫座”的尷尬處境。 本設(shè)計第一次將維持發(fā)動機最佳工況轉(zhuǎn)速區(qū)間作為電動機工作第一原則， 此為本設(shè)計的獨創(chuàng)性。同時本設(shè)計在開展之初即考慮到國家補貼政策，所有數(shù) 據(jù)均在國家相應(yīng)補貼政策范圍之內(nèi)。 在設(shè)計過程中，我深感我國汽車工業(yè)任重道遠(yuǎn)，不管是汽車發(fā)動機離合器 的制造還是軟件部分的開發(fā)，還是相關(guān)設(shè)計的具體實施都與國外汽車工業(yè)存在 不小的差距。 參考文獻參考文獻 1 王慶年，何洪文，李幼德并聯(lián)混合動力汽車傳動系參數(shù)匹配J吉林工業(yè)大學(xué)自然 科學(xué)學(xué)報，2000，30 2 過學(xué)迅.汽車設(shè)計M.北京：人民交通出版社，2005 3 黃妙華.串聯(lián)式混合動力電動汽車先導(dǎo)車的

38、研究開發(fā)J.武漢理工大學(xué)學(xué)報， 2001，25 4 舒紅，秦大同.混合動力汽車動力傳動系參數(shù)設(shè)計J.農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2002，3 5 朱敏曄，趙治國，蕭蘊詩. 基于 MPC555 的 HEV 控制系統(tǒng)開發(fā).華東交通大學(xué)學(xué)報。 2007 致謝致謝 這次畢業(yè)設(shè)計說明書及零件圖、裝配圖完成，首先要感謝我的指導(dǎo)教師譚 仁人教授，在畢業(yè)設(shè)計傳動方式定型方向不明確時及時給予我指正，對我不懂 知識及模糊的地方無微不致的指導(dǎo)和幫助，再次向他表示衷心的感謝。還要感 謝曾經(jīng)的任課教師凌澤明、張強、顏玉玲、賴華等教師，是他們讓我學(xué)到了很 多知識才使我的畢業(yè)設(shè)計能夠按期完成，感謝學(xué)校給予的支持和幫助，感謝同 學(xué)們的無私

39、幫助。同時還要感謝在百忙之中進行論文評審的老師們，對論文的 不足之處敬請批評指正！ 附錄 4G18 發(fā)動機簡介 4g1 系列發(fā)動機是日本三菱汽車公司目前尚正在大批量生產(chǎn)的機型排量有 1.3l、1.5l 和 1.6l。東安引進的 4g13、4g18 是日本三菱自動車工業(yè)株式會社 90 年代末研制的新機型。4g1 系列發(fā)動機在結(jié)構(gòu)、性能、工藝等方面均達到了世 界先進水平。對比國內(nèi)引進的汽油機，對 4g1 系列發(fā)動機的先進性說明如下： 4g1 系列發(fā)動機的缸體長度為 362mm，曲軸中心到缸體頂面的高度為 20lmm， 與其他公司生產(chǎn)的同排量的發(fā)動機相比較尺寸要小得多。其優(yōu)點是使發(fā)動機具 有較小的整

40、機尺寸，在轎車發(fā)動機倉內(nèi)很容易布置；整車的重量降低，使整車 的加速性和通過性得到提高。 4g1 系列發(fā)動機的最大功率是 (75kw6000rpm，46.4kwl)。與國內(nèi)其他廠家相比，具有一定的優(yōu)勢。由于 4g1 系列發(fā)動機的尺寸小、質(zhì)量輕，所以，單位重量發(fā)出的功率大，強化程度 高，燃油消耗低。 4g1 系列發(fā)動機是引進日本三菱的電噴汽油發(fā)動機，其電控燃油系統(tǒng)主要 是由進氣溫度壓力傳感器、冷卻水溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、怠速控制 步進電機、凸輪轉(zhuǎn)角傳感器、曲軸轉(zhuǎn)角傳感器、車速傳感器、氧傳感器、電控 單元、油泵、噴嘴等組成，整個系統(tǒng)均采用閉環(huán)控制。各傳感器將壓力、溫度 等信號轉(zhuǎn)化成電信號傳給電控單元，電控單元經(jīng)過分析計算后與預(yù)先設(shè)定的空 燃比進行比較，修定空燃比修正系數(shù)，從而控制噴嘴噴出相應(yīng)的油量。滿足發(fā) 動機的性能要求。 4g1 系列電噴發(fā)動機裝有 af(空燃比)反饋系統(tǒng)，e g r(廢氣再循環(huán))系統(tǒng)及 多點電子燃油噴射系統(tǒng)，安裝上三元催化器后， co 的排放量為 2.2gkm，hc 的排放量與 nox 的排放量之和為