1、一種并聯式混合動力汽車傳動系設計摘要近年來，一些交通機構已經測試了配備混合動力系統的公交車。據報道，混 合動力系統在排放和燃油經濟性能方面與傳統的柴油發動機系統相比有著顯著 的優勢。在本文中，我們分析了混合動力汽車的發展現狀以與現有混合動力電動客車 傳動系的結構特點和使用效果，參考相關文獻，綜合考慮各方面因數，對城市用 并聯式電動客車的結構特點進行分析， 并以 6120 混聯式混合動力電動客車為基 礎，對其傳動系統進行一系列的設計。其中包括結構設計、參數選擇、變速器設 計計算以與繪圖過程，并對各零部件進行校核。另外還根據并聯式混合動力電動 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

2、總成。關鍵詞：混合動力汽車； 6120 并聯式混合動力電動客車；傳動系統；變速 器設計61206100A 6120目錄參考文獻致謝1 緒論1.1 引言混合動力汽車應是我國電動汽車產業化的突破口據中國汽車報報道， 根據“十五”國家 863 計劃電動汽車重大專項的目標定位和技術路線， 結 合我國汽車工業的發展現狀，一些專家認為，混合動力電動汽車應成為我 國電動汽車發展的重點和方向，并有希望率先取得產業化突破。從我國電 動車技術來看，目前已從實驗室開發試驗階段過渡到商品性試生產階段， 我國電動汽車研制開發基本上與國外同行處于同一起跑線上，技術水平與 產業化的差距比較小，目前已有一定基礎。在上世紀 9

3、0 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問世。現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階段我國電動汽 車產業化的突破口，符合我國汽車工業的發展要求。原因一是混合動力電 動汽車承接了傳統汽車的技術，有利于對傳統汽車工業的改造；二是有利 于降低制造成本和有利于實現產業化。1.2 混合動力汽車的發展現狀汽車工業是大多數國家經濟發展的支柱產業。美國國家工程院評出的20 世紀最偉大的 20 項工程技術成就中汽車排名第二已足以說明這一點。 從“十五”計劃開始 , 我國汽車工業也進入高速發展和快速增長時期。

4、 我國與世界各國一樣，隨著汽車產品與保有量的大量增加，由此而引發的環境和能源問題已經引起了國家和社會的廣泛關注。污染的嚴重和能源的匱 乏，對整個世界和各國經濟的發展而言，無疑是一個巨大的挑戰和殘酷的瓶頸。對此，必須積極尋求應對辦法，認真研究解決對策。治理與改善我國環境狀況的目標汽車尾氣排放有害物質對城市區域大氣具有嚴重的危害，許多國家相應制定了嚴格的法律法規、規范和國家標準，違背法律法規和不符合相關標準的汽車在市場競爭中被淘汰出局。當前我國汽車工業面臨著必須達到的兩個目標是:達到如表1-1所示的法規和標準要求表1-1美國、歐洲與中國對汽車尾氣排放有害氣體的限制法規與標準實施年代19921994

5、199620002002200520082010美國聯邦法規1990 法規1994 法規2004 法規歐洲標準歐I歐U歐川歐W歐V中國14716(1-7093相當于歐I相當于歐n相當于歐川與國際同步限制2的排放 越來越多的證據表明，汽車的2排放是破壞環境最重要的元兇之一。為此，聯合國“政府間氣候變化專業委員會”對 （）其進行了評估，表明:1996年世界共排放2等溫室氣體200億噸，美國占25 % ,其中汽車排放占10 % ,中國排放2占1315 % 。 1997 年12月,全球氣候變化條約國第三次締約國會議（3）在日本京都召幵，會議通過的京都議定書限定了 2、2、甲烷等6種造成溫室的氣體的排放

6、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%議定書還規定以1990年為基準到2012年止,工業發達國家2排放量要降低總量的512 %。這些數字看起來不大，但考慮到汽車數量的增加 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2最多的美國卻拒絕執行， 并提出排放2要實行市場化。京都議定書雖對發展中國家沒有提出具體要求，但考慮到每燃燒1汽油產生約3的2 ,而我國是石油消耗大國， 有不可忽視的2排放量的治理任務。石油短缺的壓力我國石油資源短缺，已發現可幵采的儲量僅占世界總儲量的4 %左右,從199

7、3年幵始進口石油，并以每年兩位數字的百分比增長，2000年進口 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量，未來我國石油缺口更大。我國石油需求與產量如表1-3所示表1-3我國石油需求與億噸年份需求產里缺口2000 年2.41.60.7+0.32005 年2.81.781.022010 年3.61.891.71面對如此嚴重的環境問題和嚴峻的能源現狀，世界各國都在尋找解決的途徑，經過多年的探索，在科技界比較一致的對策是：提高和完善內燃 機的性能，進一步提高內燃機的熱效率，降低能耗，廣泛采用電噴、智能正 時可變氣閥（2i）,稀薄燃

8、燒、壓縮直噴點火、改進燃油品質等先進技術：采用替代燃料，如水煤氣、氫、乙醇、甲醇、合成燃油G和L等;鼓勵和推廣采用電動汽車（）、混合動力電動汽車（）、燃料電池電動汽車（）。目 前動力電池技術未取得突破性進展，只能在城近郊區、旅游名勝區、步行街等有限地區使用。是利用氫、氧在常溫下產生電化學反應發電作為車輛運動的動能，排出的是水，為零排放，這是第一優勢；第二優勢是氫在 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。雖然現在 的一些技術難題使近期批量使用還有困難，但這兩大優勢注定了是發展的趨勢。早在1909年，就有人提出了利用內燃機與電動機結合來克服純 電動汽車續駛里程短和充電時間長的缺點

9、，并出現了早期的混合動力電動汽車，成為了從內燃機汽車到電動汽車的一種過渡車型。隨著技術的進步，電動汽車的發展呼喚新的車型。這種車型是將技術上最先進（即油耗最低，排放污染最優，體積重量最小）的內燃機與一種一定容量的高性能儲能裝置 （ 動力電池 ） 相結合 ,通過最先進的電子控制系統組成電機驅動系 統 , 這三者的最佳匹配必將大幅度地降低油耗, 實現更低的排污量 , 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 將會受 到汽車工業界歡迎 , 并成為為市場接受的主流車型。據最新的資料顯示 , 日本已在美國出售 1318 萬臺混合動力電動轎車 。 總之 , 、的發展是當 今汽車技

10、術發展的一個新方向 , 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 的研發十分重視。日本從 1965 年開始電動車的 研制、通產省正式把電動車列入國家項目， 1967 年成立了日本電動車協 會，促進了電動車事業的發展， 1971 年日本通產省就制定了電動汽車的 開發計劃， 1991 年日本通產省又制定了“第三屆電動汽車普與計劃”， 提出到 2000 年日本電動汽車的年產量達到 10 萬輛，保有量達到 20 萬輛。 2001 年 7 月，日本開展了“低公害車開發普與行

11、動”，將 列為重點開發 的低公害汽車之列，并制定了專門的政策，以促進 的普與應用； 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； 2002 年 2 月 26 日，日本中央環境審議會大氣環境領域的一個專門委員會（環境大臣的咨 詢機構）提出了一份將要納入這項法規的尾氣排放標準的咨詢提案。這項 提案的內容包括將顆粒狀物質（）含量比現行標準的要求最大削減 85% ， 將氮氧化物（NO?）削減50%等一些內容，該法規的實施將進一步推動的發展。按照目前的發展速度，預計在 2010 年將達到 210 萬輛。 豐田是

12、全世界第一臺正式批量生產的混合動力車的制造者，自從1997 年開始，就開始在日本銷售， 2000 年起便在北美、歐洲與世界各地 公開發售。目前，已經在中國上市。到了 2001 年，豐田又在日本推出了 混合動力小貨車、使用弱混合動力的皇冠豪華小轎車和混合動力輕型貨車。 豐田商業化的車型已經達到 5 款。為了在實現低排放的前提下，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 引入到了第 二代的上面。在 2005 年，他把這套系統的使用范圍擴展到了對動力性能 要求更高的車型上雷克薩斯的 400h （日本名為 ）和 （日本名為 ）。本田公司在混合動力車方面也頗有建樹， 1999

13、 年推出“”， 2001 年推出“”。本田還在混合動力車的開發上，通過研究新型發動機、鎳氫 蓄電池等追求動力高效化；通過開發新型輕質鋁車身、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 / 電動汽車發展概況汽車工業是美國的支柱產業，給美國帶來了繁榮昌盛，但同時也帶來 了能源危機、環節污染以與資源的浪費。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。 1976 年卡特總統簽署研究開發和示范法 案，授權美國能源部

14、執行和管理研究計劃，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 月布什總統簽署清潔空氣法嚴格規定 了汽車排放的標準，同月加州政府也有了新的規定，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斯勒汽車公司共同 協議，成立了先進電池聯合體 ()，共同研究開發新一代電動汽車所需要的 高能電池。 1991 年 10 月與美國能源部簽訂協議，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

15、出了新一代汽車伙伴計劃即，要求聯邦政府部門從 1993 到 1995 年度大量購買包括的替代燃油車。制訂了 10 年開發計劃，目標是 80( 約 3100) 的低油耗汽車。2002 年 1 月 9 日， 10 年計劃尚未結束，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，根據總統布什的國家能源 計劃，降低美國對進口石油依賴性，決定成立一個新的汽車研究項目，叫 做自由車 ( ) ，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，用氫燃料作動力，不產生任何污染。改項目繼續對電動 汽車進行專項研究，但是重點是發展氫燃料電池電動車。按照的時間表，在1999年以

16、前為濃縮并集中技術目標階段，1999 2001為生產概念車階段，20012005年為生產性樣車階段。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復合 動力概念車。計劃在 2002 年被終止，原因是 80 的目標很高，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，在短時期內不具有市場價值。更重要的是，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，而不囿于現有技術和當前燃料資源。但是起到了全球技術開發領頭人 的作用，從

17、其建立和執行情況來看，新一代汽車已經成為跨國汽車公司和 工業國家戰略發展的重要內容。1.2.5 歐洲混合動力 / 電動汽車發展概況(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。法國電力供應充沛且 多用核能發電和水力發電，發電源干凈且電價便宜，汽車工業發達。法國 政府鼓勵開發電動汽車和充分利用電力資源，在政策上給予支持，為開發 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和推廣電動汽車的協議，共同合資組建了電動 汽車的電池公司， 和薩夫特 ()公司承擔電動汽車的高能電池的研究和

18、開發， 以與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的 5和25 電動貨車投入生 產。 1995 年法國能源部、標致雪鐵龍汽車公司開發了標致106 和型四座電動轎車，用雪鐵龍型轎車改裝的電動轎車，雷諾汽車公司的型四 座電動轎車與其變型車等，并投放在羅切里市進行試驗。 1997 年法國的 電動汽車產量達到 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

19、站等服務設施，政府 機關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 生產廠家每生產一輛電動汽車提供 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與程度和保有量都位居世界前列。(2) 德國德國政府十分重視環節保護，投入了大量的資金用于的研發， 1971 年成立了城市電動車交通公司 ()，積極組織的研究與開發。 1991 年在拜爾 州投入了 300 輛進行運行。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

20、。德國政府指定奔馳汽車公司和大眾合資建立的德國汽 車工業有限公司的科技開發機構， 1992 年德國政府撥款 2200 萬馬克， 在 呂根 ()島建立歐洲試驗基地， 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工程進行長達 4 年的大 規模試驗，并有很多國家和城市都派有參加呂根島的實驗。 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了一批 306 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了電動大客車， 也生產了商

21、用電動汽車，奔馳公司還宣布投資 4.7 億美元研究開發燃料電 池，計劃 2005 年實現產業化。歐寶公司在 1972 年開始研制新型電動汽車。 1981 年與公司 （現在的公司 ）合作研制了電動轎車。1.2.6 我國發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，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”重大8專63項的內容。我國有關電動汽車的研制開始于 20 世紀 90 年代。從 1996 年開始， 廣東省科委統一協調組織研制電動汽車，并取得了可喜的進展。清華大學 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、國防科技 大學和河北勝利客車廠等單位

22、聯合，于 1996 年 3 月研制成功了 51 座 6120 型電動大客車。在此基礎上， 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 理工大學承擔了江蘇省科委下達的重點工業科技攻關項目混合動力 電動公交輕型客車 6700 串聯式混合動力的研制， 目前樣車的研制工作已 經結束。一汽在 2001 年 4 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 7180 。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三方共同合作完成的， 屬串聯式結構的中高檔車型。清華大

23、學與沈陽金杯客車制造有限公司在 2001 年 3 月簽訂了“ 648混0 合動力電動客車的研制與開發”合作項目 的合同。深圳明華環保汽車有限公司于 2001 年4 月推出了混合動力電動 環保汽車 6720 ，引起社會各界關注 ; 該車采用的是并聯式混合動力系統， 發動機為 87 ；電機為 312V 、充電次數大于 500 次；異步交流電機平均 功率為 36; 滿載最高車速 為 90 ; 最大爬坡度為 33 ; 續駛行程可達 1080 ，純電機驅動時為 100 ；百公里等速油耗 7.69L; 乘客數為 22; 其 尾氣排放達歐洲標準，噪聲指標也大大低于國產普通中巴車。東風汽車公 司承接“ 863

24、 ”混合動力研制項目現已完成 , 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，在方面已經積累了一定的技術基礎和經驗1.3 關鍵性技術的研究1.3.1 整車能量管理系統和控制策略要實現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 統進行控制，使各個部件能夠協調工作。這一任務由整車能量管理系統來 完成。(1) 整車能量管理系統 混合動力電動汽車的能量管理系統和工業上用到的復雜系統一樣，普 遍采用分級分布式結構，如圖 1.1 所示。最上層為能量管理系統的決策單 元 ( )，統一協調和控制各個低端控制器； 中間一層包括多

25、個低端控制器； 最下層為各個執行器。能量管理系統的決策單元接受駕駛員輸入的指令、 各個執行器的信息和環境信息 ,協調各子系統的工作。能量管鋰系塩的決策單元n CANSS圖1.1混合動力電動汽車整車能量管理系統（2）整車能量管理策略混合動力系統的整車控制策略（能量管理策略）可以從不同的角度出發進行分析。無論是串聯、并聯還是混聯系統，控制策略要解決的問題主要 有兩個：系統運行模式的切換和混合模式下功率的分配。混合動力系統有 多種運行（能量流動）模式。根據不同的工況要求，以優化各部件工作點為 目的，可以在這些運行模式中進行切換。串聯混合動力系統有11種可能的工作模式與多種模式切換策略，如發動機策略和

26、“轉換輸出功率”策略。 并聯系統的運行模式較少，混聯系統則可以設計得較多，以適應不同的工 況。功率分配是系統能量管理策略研究的關鍵。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化闊題，功率分配決定了混合動力 系統中發動機的工作區域。根據優化程度（或者說發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、優化工作區策略、優化曲線策略、瞬時優化策略和全局優化策隨著對混合動力系統控制策略研究的深人，諸如自適應控制、模糊邏 輯控制、神經元網絡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，提高對各種工況的適應能力。1.3.2

27、子系統的關鍵技術為了充分發揮混合動力系統的潛力，應當對部件進行優化，使其適應 混合動力系統的工作特點。(1) 電池和電池管理系統 一般情況下，混合動力系統的動力電池進行的是頻繁、淺度的充放電 循環：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， 混臺動力系統對電池有如下幾方面的特別要求： 大功率充放電的能力。質量比功率和體積比功率是衡量電池快速 放電能力的指標，相對于能量要求，混合動力系統的電池對比功率的要求 更高。同時，混合動力系統在制動能量回收或低功率調峰時要求電池能夠 在短時間內接受大量的能量，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

28、比提高電池的比功率更加緊迫和 關鍵。 充放電效率。混合動力電動汽車中內燃機發出的相當一部分能量 須經歷充電放電的能量循環， 高的充放電效率對保證整車效率具有至 關重要的作用。 混合動力系統的電池應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定。混合動力系統使用條件下能達到足夠的充放電循環次數也是對電池的基本要求。此外，作為車用動力電池，還有一些基本要求：電壓、質量比能量和 體積比能量、免維護性以與成本。發展的其它儲能技術 飛輪電池 飛輪電池有比能量高、比功率大、充電快、壽命長、無污染等優點， 但目前技術難度和成本都較高。 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，

29、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，是混臺動力系統中很 有前途的一種瞬時供能裝置。電池管理系統電池管理系統是整車能量管理系統的一部分整車能量管理策略的實 施要依賴電池管理系統對電池狀態的判別和對電池性能的維護 電池管理 系統的主要功能有：防止電池過充電或過放電；判定荷電狀態：選擇適當 的充電或放電模式； 對電池進行均衡充電； 控制并平衡電池組的工作溫度。(1) 電驅動系統對電驅動系統的要求： 串聯系統對驅動電機的要求與純電動車相似，發電機則要求小體 積、高效率、控制性能良好。 并聯和混聯系統要求電機能適應頻繁的起停和電動 / 發電狀態之間 的切換。在并聯系統“輕度復合”

30、的結構中，電機功率要求較小，可采用與發動機曲軸同軸的結構，進一步減小了電機尺寸和質量。目前發展中的“ 42 V 系統”實際上就是一種“輕度復合”方案： 目前適合使用的電驅動 系統主要是異步電機 (感應電機 )驅動系統和永磁同步電機驅動系統(3) 動力復合裝置 在并聯和混聯系統中，機械的動力復臺裝置是耦合發動機和電機功率 的關鍵部件。 它不僅具有很大的機械復雜性， 而且直接影響整車控制策略， 因而成為混合動力系統開發的重點和難點。目前采用的動力復合方式有轉 矩復合、速度復合和雙橋動力復合。(4) 混臺動力系統專用發動機 系統中，由于發動機的工況可以控制在一定范圍內，因而可以進行優 化設計進一步提

31、高其燃油經濟性，降低排放。 對內燃機的改進 目前采用內燃機的混合動力系統基本上都對其發動機進行了重新設 計或重大改進。例如豐田的 1.5 L 汽油機采用的高效率、高膨脹比、工作 循環、緊湊型傾斜式擠氣燃燒室以與鋁合金缸體。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峰的作用，發動機町以舍棄非經 濟工作區的性能而追求經濟工作區的更高效率。 混合動力系統中使用的其它熱機 混合動力電動汽車還可以選用燃氣輪機、斯特林發動機或燃氣發動機 等其它熱機，利用它們各自的優勢，可以構成不同特點的混合動力系統。1.4 本課題的研究內容(1) 并聯式混合動力電動汽車傳動系的特點分析(2) 6100 并

32、聯式混合動力電動汽車傳動系的設計2 并聯式混合動力電動汽車傳動系的結構特點分析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、 布置方式與控制策略的不同 , 因而形成了各式各樣的結構型式。混合動力 汽車的分類方法也有多種。根據動力源的數量與動力傳遞方式的不同 , 分 為串聯型、并聯型和混聯型 ; 根據發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 ; 根據發動機運行模式的不同 , 分為發 動機開 / 關模式和發動機連續運行模式 ; 根據發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 ; 根據蓄電池

33、組的荷電狀態 ( ) 的變 化情況 , 又可分為荷電消耗型和荷電維持型。2.2 并聯式 動力傳動系并聯式 動力傳動系 ( , 又稱 ) 的結構組成如圖 2.1所示。在并聯式 動 力傳動系中 , 發動機與電動機可以分別獨立地為汽車驅動輪提供動力 , 沒 有串聯式 動力傳動系中的發電機 , 因此更像傳統的汽車動力傳動系 , 并 具有了許多顯著的優點 : 由于發動機的機械能可直接輸出到汽車驅動 橋 , 中間沒有能量的轉換 , 與串聯式布置相比 , 系統效率較高 , 燃油消耗 也較少。 電動機同時又可作為發電機使用 , 系統僅有發動機和電動機兩 個動力總成 , 整車質量和成本大大減小。 假定汽車所要求

34、的最大功率為 P ,則每臺動力總成的功率總和往往是在 P2P之間，由于設備功率較小，所需的設備費用也較小。但由于發動機與車輛驅動輪間有直接的機械 連接，發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 ，要維持發動機在最佳工作區工作，則控制系統和控制策略較復雜圖2.1并聯式動力傳動系統結構圖2.3 并聯式動力傳動系結構分析231轉速合成式動力傳動系轉速合成式動力傳動系的動力合成裝置為轉速合成裝置，其工作原理如圖2.2所示轉跆戎髓如血圖2.2轉速合成裝置工作原理簡圖如果用i1、i2分別表示轉速合成裝置對應于1輸入、2輸入的機械傳動比，則存在下述關系式：(2-1)Vin1 Vin2Vout(2

35、-2)式中 T、V 扭矩和轉速、 輸入和輸出此結構有2套結構機械變速器，內燃機和電動機各自與一套變速結構 相聯，然后通過齒輪進行復合。在此種結構中 ，可以通過變速機構調節內 燃機、電動機之間的轉速關系，使發動機的工況調節變得更靈活。此種結 構目前是最有生命力的結構，主要采用行星差動系統的結構。行星齒輪動力復合機構，可以實現多個部件轉速的復合，即各個部件 間的轉矩保持一定的比例關系。這種功率復合形式被稱為速度復合。行星 機構有2個自由度，通過不同離合器和制動器的作用，可以實現單自由度、 固定傳動比的傳動。在此機構中發動機與行星架相聯，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

36、軸相聯，太陽輪軸與發電機相聯。動力 分配裝置將發動機大部分轉矩直接傳遞到驅動軸上，將另一小部分轉矩傳給發電機，發電機發出的電能根據指令給電池充電或用于電動機以增加驅 動力。通過對行星機構的變速比和受力分析可以得到(1 + ? ?= ?+ ?= (1 + 1? ?= (1 + ? ? = ?= ? + ?= ? + ?？(1 + ?= ?= (1 + ? ?- ? ?(2-3)式中 p太陽輪齒數與齒圈齒數之比(0< p < 1)? ?辦？?、?、?分別為發動機、發電機、齒圈、電機和驅 動軸的轉速? ? ? ?、?分別為發動機、發電機、齒圈、電機和驅動軸的轉矩K齒圈與驅動軸間的傳動比這

37、種結構可以通過調節發電機轉速使發動機轉速產生變化，此外，發動機的轉矩與作用在齒圈上的轉矩是成一定比例的，傳到驅動軸上的轉矩是從齒圈上得到的轉矩和電動機發出的轉矩(為負時代表制動能量回收)的和，這種結構可以有非常靈活的控制策略，可實現對混合動力能量流的最優控制。目前，應用這種結構最成功的是豐田公司的驅動系統。扭矩合成式動力傳動系扭矩合成式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所示益益|血合雌置圖2.3扭矩合成裝置工作原理圖如果用？ ？?分別表示扭矩合成裝置對應于1輸入、2輸入的機械傳動比，則存在下述關系式Tout = il °Tin1 + i2 Tin2(2-4)

38、M)utVin1 + Vin2il12(2-5)由于兩動力總成通過扭矩合成裝置(嚙合齒輪傳動、鏈傳動、傳動帶與T傳動等)直接驅動車輛，因此它們的輸出特性總和應能滿足車輛的牽引需求，否則，應在傳動系中適當的位置布置變速箱。另外，由于所采用 的扭矩合成裝置結構以與傳動軸數目的不同，扭矩合成式動力傳動系又 具有以下幾種典型的結構型式。(1)單軸扭矩合成式動力傳動系如圖2.4所示，圖2.4單扭矩合成式動力傳動系統結構圖發動機通過主傳動軸與變速器相聯，電動機的轉矩通過齒輪與內燃 機的轉矩在變速器前進行復合，傳到驅動軸上的功率是兩者之和。關系式 如下：?= (?+ ? ?) ? ?= ?= ?(2-6)式

39、中? ?、?分別為發動機、電動機和變速器輸入轉矩? ? ?分別為變速器輸入軸轉速、發動機轉速和電動機轉速n、K 傳動效率和傳動比在此結構中，發動機、電動機和變速器輸入軸之間的轉速成一定的比 例關系，隨著路況和車速的變化，這些轉速會隨著變化。輸出轉矩的變化，可以通過式中的轉矩關系，在發動機轉矩保持恒定的條件下，通過調節電 動機的轉矩而獲得。(2)雙軸扭矩合成式動力傳動系依據變速箱的具體位置不同，雙軸扭矩合成式 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T傳動,變速箱幾種可行的組合方案確

40、定的傳動系特點，如表2-1所列。矩合成裝置圖2.5雙軸扭矩合成式動力傳動系統之一圖2.6雙軸扭矩合成式動力傳動系統之二在圖2.6中，變速箱布置于扭矩合成裝置與主減速器之間，變速箱的設置同等比例地提高了內燃機和電動機的輸出扭矩，改善了汽車的動力性能，使系統采用小型內燃機和電動機成為可能。表2-1雙軸扭矩合成式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咼了整車的加速能力 和爬坡能力；提咼了驅 動系的總效率；傳動系 復雜，難于同時控制內 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 內燃機的扭矩特性；提

41、 咼了內燃機的效率，減小了電動機單獨驅動汽 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動系的結構和控制都 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 數的選擇應充分考慮汽 車的動力性需求。233 牽引力合成式動力傳動系牽引力合成式 動力傳動系的具體結構如圖2.7所示。發動機和電動機控制器一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動車輛的前輪和后輪。內祗機變速馳1圖2.7牽引力合成式動力傳動系該動力傳動系的顯著優點是:汽車的驅動力由2個驅動軸承擔，因此 作用于每一驅動軸上的驅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

42、由發動機驅動；在“零排放”模式下只使用電動機驅 動；當汽車需要加速或爬坡，發動機和電動機同時驅動；該種結構的混合 動力汽車的燃料經濟性和動力性均超過了傳統汽車 , 但由于電機驅動系統 與內燃機驅動系統分離 , 結構不緊湊 , 給動力傳動系的具體布置帶來困難。本設計選用的是單軸扭矩合成式 動力傳動系結構。3 6120 并聯式混合動力大客車總體設計3.1 基本原理混合動力系統結構中并聯式結構的實質是在傳統汽車中加裝一套電力驅動裝置，本設計選用的是單軸扭矩合成式動力傳動系結構，其基本結構如圖3.1 0r發動機IH1耦合器電動機圖3.1 并聯系統驅動布置圖該系統利用發動機和電機共同驅動車輪，由于發動機

43、與驅動車輪之間直接相連，所以發動機的運轉受驅動工況的影響 該系統不需要發電機， 因此提高了能量轉化效率。由于電機的數量和種類的不同、 變速裝置類型的多樣、部件的數量（如 離合器的數量）和位置關系（如電機和離合器的位置關系）的差別，并聯 式結構具有明顯的多樣性。并聯式結構中發動機和電動機是相互獨立的：可以只利用發動機進行 驅動，此時發動機富余的功率還可以通過動力復合裝置和電機轉換為電能， 對電池進行充電；在高速運行和加速是，可以利用動力復合裝置對發動機 和電動機的輸出動力進行疊加。在市郊和城間運行時，汽車經常處于高速 平穩運行狀態，而且對排放沒有苛刻要求，并聯式動力系統可以關閉效率 較低、經常對

44、電池進行管理的電驅動部分從而使系統具有更好的經濟性。在并聯式動力傳動系中，發動機與電動機可以分別獨立地向汽車驅動 輪提供動力，沒有串聯式 動力傳動系中的發電機，因此更像傳統的汽車 動力傳動系，并具有了許多顯著的優點:由于發動機的機械能可直接 輸出到汽車驅動橋，中間沒有能量的轉換，與串聯式布置相比，系統效率 較高，燃油消耗也較少。 電動機同時又可作為發電機使用，系統僅有發 動機和電動機2個動力總成，整車質量和成本大大減小。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 P2P之間， 由于設備功率較小，所需的設備費用也較小。但由于發動機與車輛驅動輪 間有直接的機械連接，發動機運

45、行工況不可避免地要受到汽車具體行駛工 況的影響，要維持發動機在最佳工作區工作，則控制系統和控制策略較復 雜。3.2汽車軸數、驅動形式、布置形式的選擇321確定汽車類型由汽車的設計型號 6120，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，該設計車型屬于大、中型客車，預設載客量 5060 人，總質量約 15000。表3-1客車分類車身總長度(m)客車類型> 10大型客車710中型客車3.5 7輕型客車< 3.5微型客車322確定軸數根據國家道路法規規定，單軸最大允許軸載質量為10 t，又因該車總質量

46、小于19 t，故采用兩軸方案。另外，兩軸方案有結構簡單、制造成本 低廉等優點。驅動形式根據汽車用途與最大總質量，確定采用6 X 4驅動形式。布置形式綜合各種客車布置形式的優缺點，確定采用發動機后置后橋驅動布置。3.3汽車主要參數確定整體式客車總長一般不超過12000 ，根據設計要求并參照福田61231混合動力城市客車參數，可選定所設計的客車總體參數:3.3.1 外廓尺寸總長 L? = 12000總寬 B? = 2550總咼 H? = 31503.3.2 一般參數軸距 L： L = 5450輪距B :前輪距為2098，后輪距為1840前懸L?：取2670后懸L?：取34453.3.3 軸荷分配對

47、于6 X 4驅動、后輪雙胎：滿載前軸 1925% ，后軸 7581% ；空載前軸 3137% ，后軸 6369%取滿載時， 前軸： 1795 0 X 25% = 4500后軸： 1795 0 X 75% = 13500空載時， 前軸： 13700 X 37% = 5069后軸： 13700 X 63% = 86313.4 汽車輪胎的選擇根據汽車的用途與軸荷、最高車速并參考同類汽車，查 9744 1997 選取輪胎規格為 7.5015 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：新胎充氣后前胎：斷面寬度 B： 275輪輞直徑D: 22.

48、5英寸咼寬比：70%后胎：斷面寬度B: 295輪輞直徑D: 22.5英寸高寬比：80%綜合以上將本設計所選參數列表如下:車輛名稱：6120并聯式混合動力客車車輛類別：客車總質量（）:17950外型尺寸(長X寬X高)():1200 0 X 2550 X 3150整備質量（）：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():2670/3445接近角/離去角（° 7/）7：軸荷：645011500軸距（）：5450最咼車速（）：80軸數：2彈簧片數：4/5, / 輪胎數：6輪胎規格：275/70R22.5;295/80R22.5前輪

49、距：2098后輪距：18404 6120并聯式混合動力電動汽車傳動系參數的設計4.1發動機功率的選擇混合動力汽車動力傳動裝置參數（包括發動機功率、電動機功率、傳動 系速比等），對車輛的動力性、燃油經濟性和排放性能有顯著影響。混合動 力汽車動力傳動系主要有并聯式和串聯式兩種典型結構。本設計主要針對 并聯混合動力汽車傳動系進行參數選擇和匹配分析。發動機功率的選擇對 并聯混合動力傳動系的設計至關重要。發動機功率偏大，車輛燃油經濟性和 排放性能就差；發動機功率偏小，后備功率就小，電動機只有提供更多的驅動 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

50、，電池組數目增多，在車輛上布置困難，車重增加，僅依靠發動機的富裕功率難以維持電池組的額定電量，限制了車輛的續行里程。由于并聯混合動力汽車通常都采用由發動機提供車輛平 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考慮車輛勻速行駛時的功率需求，通常按下式初選發動機最大功率1?初？ ?*?歸（?？?？忌）?（4-1）式中？?為發動機最大功率；?為車輛最大行駛速度80 ; ?為空氣 阻力系數客車取0.60.7; A為迎風面積，Ba XHa8.03 m2; m為整車質 量17950; n為傳動系效率取0.9； f為滾動阻力系數取0.0195 。故 P? =126.7上式所求？?應

51、為發動機裝有全部附件下測得的最大有效功率或凈輸出功率。它比一般發動機外特性低1220%。即：P?=141.9 152.04發動機功率參數的選擇以滿足車輛勻速行駛功率為依據，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4+225B發動機發動機型號：4+225B發動機排量：6700發動機生產商：康明斯公司發動機功率（）:165最大功率時轉速（）：2300發動機最大轉矩（N8師型式立式、直列、水冷、四沖程、直噴進氣方式增壓中冷4.2電動機參數的選擇通常，適用于電動車輛使用的電動機外特性為：在額定轉速N?以下，電動機以恒扭矩模式工作，在N?以上，以恒功率模式工作。相應參數選擇包括: 電動機額

52、定功率Pmr、電動機額定轉速Nmr、電動機最大轉速Nm,max。電動機額定轉速和最高轉速的選擇電動機的最高轉速對傳動系的尺寸、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速間的關系如圖4.1所示。圖中，y坐標表示電動機的最高轉速與額定轉速的比值，也稱電動機擴大恒功率區系數B。由圖4.2知,隨B值增大，轉速越低，對應的電動機額定轉矩 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備，增加了功率變換器矽鋼片的尺寸和損耗，但大B值又是車輛起步加速 和穩定運行所必需的，所以B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

53、協調考慮電機最高轉速和傳動 系尺寸。另一方面，增大B值也會使驅動軸扭矩和齒輪應力增大，選擇時還 要協調考慮B值和齒輪應力。就目前來看，一般都傾向于選擇中高速電機（最 高轉速在9 00015 000之間），擴大恒功率區系數 B般選擇在46之間,相應地，電動機額定轉速(4-2)N?圖4.1電機額定轉矩與最高轉速間的關系曲線422電動機額定功率的選擇對于并聯式混合動力汽車傳動系，其功率由電動機單獨驅動汽車的最 高車速以與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 h連續爬2

54、%坡道時Pe=丄(亞 V+9Av3 +皿 V)e n 3600761403600'(4-3)當以純電動帶動時，最高車速30 h在水平路面上行駛，則(瞠 + _CdA Vmax 3)e n 3600 max 76140 max )(4-4)把 17950 ,0.0076+0.000056 4=0.01285 ,8.03 m2, Cd=0.7 , n =0.9 ,i坡度阻力系數；？ a =0.22分別代入(4-2) (4-3)得 Fmr =38.7573 ，Pmr =30.7130 選擇 Y 系列(44)電動機 Y2552 驅動電機額定功率Pmr =45,峰值功率Pm,max =60。滿載轉速2800，最大轉矩/額定轉矩=2.1Tmr =(9550 X 45 / 2800) X 2.1=328.006Tf Rr 15900 X 0.01285 X 0.47304=96.65Tmr > Tf故混合動力傳動系可以采用電動機單獨驅動。4.3傳動比的選擇主減速器傳動比i