混合動力汽車傳動系統(tǒng)能量流分析

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 摘要： 汽車在1898年以前，發(fā)動機動力輸出后直接通過齒輪傳給驅動軸，因而限制了發(fā)動機的安裝位置只能緊靠驅動輪軸，使汽車的造型設計產(chǎn)生了困難。法國雷諾汽車公司的創(chuàng)始人路易斯·雷諾，通過多年的苦心鉆研和實驗，終于試制出了萬向節(jié)和差動軸齒輪，從而解決了發(fā)動機動力必須緊靠驅動輪軸安放的限制。1898年，雷諾將公司的雷諾Dion汽車由三輪改裝成四輪微型汽車，并將萬向節(jié)和差動軸齒輪第一次裝上汽車。正因為萬向節(jié)的發(fā)明，才有了今天的前置后驅動，后置前驅動汽車，混合動力汽車，它標志著汽車傳動技術走向成熟。 關鍵詞：混合動力汽車;節(jié)能減排；能量流 1.前言 汽車傳動

2、系的基本功用是將發(fā)動機發(fā)出的動力傳給汽車的驅動車輪，產(chǎn)生驅動力，使汽車能在一定速度上行駛。 對于前置后驅的汽車來說，發(fā)動機發(fā)出的轉矩依次經(jīng)過離合器、變速箱、萬向節(jié)、傳動軸、主減速器、差速器、半軸傳給后車輪，所以后輪又稱為驅動輪。驅動輪得到轉矩便給地面一個向后的作用力，并因此而使地面對驅動輪產(chǎn)生一個向前的反作用力，這個反作用力就是汽車的驅動力。汽車的前輪與傳動系一般沒有動力上的直接聯(lián)系，因此稱為從動輪。 混合動力汽車的燃油經(jīng)濟性能高，而且行駛性能優(yōu)越，混合動力汽車的發(fā)動機要使用燃油，而且在起步、加速時，由于有電動馬達的輔助，所以可以降低油耗，簡單地說，就是與同樣大小的汽車相比，燃油費用更低。

3、而且，輔助發(fā)動機的電動馬達可以在啟動的瞬間產(chǎn)生強大的動力，因此，車主可以享受更強勁的起步、加速。同時，還能實現(xiàn)較高水平的燃油經(jīng)濟性。 混合動力汽車綜合了內(nèi)燃機汽車和電動汽車兩者的特點，同時又具備了自身的一些新特點，它可以利用傳統(tǒng)汽車的技術成果和工業(yè)基礎，也可以有效減少排放和降低油耗，是傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車向零排放電動汽車過渡的實用方案之一，已成為人們研究的熱點。 目前世界上已經(jīng)有70余種車型的燃料電池汽車問世，在國外最熱門、銷量最大的新能源車就是混合動力汽車。 1997年，第一款量產(chǎn)混合動力車普銳斯推向日本市場，當年售出18000輛。 1999年，本田混合動力雙門小車insight在美國

4、推出，受到好評。2007年年底，美國權威機構Autodata的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2007年１０月份美國混合動力車的銷售量與上一年相比，同期增長了３０個百分點，銷售量為24443輛。混合動力車型甚至成了平淡的美國汽車市場的一大亮點：2007年，美國市場銷售混合動力車型超過30萬輛。2007年５月17日，豐田混合動力車全球累計銷售突破100萬輛。 在歐美把重點放在比較遠的氫動力、或者很現(xiàn)實地提高傳統(tǒng)發(fā)動機技術之時，日本車企在混合動力上的成就讓它們目前成為新能源的領跑者，如今，豐田的混合動力車在全球的銷量已經(jīng)超過了120萬輛。業(yè)內(nèi)，普遍認為采用氫動力是汽車發(fā)展的理想目標，而混合動力被認為是目前最好的過

5、渡產(chǎn)品，豐田、本田在這個領域大有所獲，不僅得到了商業(yè)利益，也收獲了環(huán)保節(jié)能的美譽。 2.工作原理 混合動力電動汽車的動力系統(tǒng)主要由控制系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、輔助動力系統(tǒng)和電池組等部分構成。 在車輛行駛之初，蓄電池處于電量飽滿狀態(tài)，其能量輸出可以滿足車輛要求，輔助動力系統(tǒng)不需要工作。電池電量低于60％時，輔助動力系統(tǒng)起動：當車輛能量需求較大時，輔助動力系統(tǒng)與蓄電池組同時為驅動系統(tǒng)提供能量； 當車輛能量需求較小時，輔助動力系統(tǒng)為驅動系統(tǒng)提供能量的同時，還給蓄電池組進行充電。由于蓄電池組的存在，使發(fā)動機工作在一個相對穩(wěn)定的工況，使其排放得到改善。 混合動力汽車采用能夠滿足汽車巡航需要的較小發(fā)動機，

6、依靠電動機或其它輔助裝置提供加速與爬坡所需的附加動力。其結果是提高了總體效率，同時并未犧牲性能。混合動力車設計成可回收制動能量。在傳統(tǒng)汽車中，當司機踩制動時，這種本可用來給汽車加速的能量作為熱量被白白扔掉了。而混合動力車卻能大部分回收這些能量，并將其暫時貯存起來供加速時再用。當司機想要有最大的加速度時，汽油發(fā)動機和電動機并聯(lián)工作，提供可與強大的汽油發(fā)動機相當?shù)钠鸩叫阅?。在對加速性要求不太高的場合，混合動力車可以單靠電機行駛，或者單靠汽油發(fā)動機行駛，或者二者結合以取得最大的效率。比如在公路上巡航時使用汽油發(fā)動機。而在低速行駛時，可以單靠電機拖動，不用汽油發(fā)動機輔助。即使在發(fā)動機關閉時電動轉向助力

7、系統(tǒng)仍可保持操縱功能，提供比傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)更大的效率。 本文對混合動力汽車的3種不同結構的特點及能量流進行了分析 1.串聯(lián)式混合動力汽車傳動系統(tǒng) 1.1串聯(lián)式混合動力汽車的基本特點 串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)一般由內(nèi)燃機直接帶動發(fā)電機發(fā)電，產(chǎn)生的電能通過控制單元傳到電池，再由電池傳輸給電機轉化為動能，最后通過變速機構來驅動汽車。在這種聯(lián)結方式下，電池就象一個水庫，只是調(diào)節(jié)的對象不是水量，而是電能。電池對在發(fā)電機產(chǎn)生的能量和電動機需要的能量之間進行調(diào)節(jié)，從而保證車輛正常工作。這種動力系統(tǒng)在城市公交上的應用比較多，轎車上很少使用。 這種車的電能可以由電池提供，也可以由發(fā)動機驅動發(fā)電機來提供。發(fā)動機

8、輸出的機械能首先通過發(fā)電機轉化為電能，該電能可通過功率轉換器為電池充電，或經(jīng)由電動機和傳動裝置驅動汽車。串聯(lián)式混合動力汽車以電動機作為主驅動裝置，發(fā)動機作為輔助動力裝置，以提高行駛里程。典型的有豐田公司的Coaster、日產(chǎn)的SHEV及法國雷諾的Espace。 1.2串聯(lián)式混合動力汽車傳動系統(tǒng)能量流分析 功率分配裝置控制該車功率之間的平衡，它主要用來決定工作方式、電池功率及汽車所需功率的比值（u）。串聯(lián)式混合動力汽車有4種工作方式： 1）在市區(qū)行駛時，如果電池完全充滿，則選用純電動（零排放）驅動方式（u=1）。傳動系統(tǒng)能量流，如圖1所示。 2）當電池電量較低時，發(fā)動機被啟動，并將其

9、設置在最大效率工作點上，發(fā)動機輸出的功率與汽車所需功率的差值將通過發(fā)電機為電池充電（u<0），傳動系統(tǒng)能量流，如圖2所示。 3）當發(fā)動機的最大功率低于汽車所需的功率時，電池將提供這部分差額功率（0

10、于多種不同的行駛工況，尤其適用于復雜的路況。該聯(lián)結方式結構簡單，成本低。本田的Accord和Civic采用的是并聯(lián)式聯(lián)結方式。 并聯(lián)式混合動力汽車采用發(fā)動機和電動機2套驅動系統(tǒng)。可采用發(fā)動機單獨驅動、電動機單獨驅動或發(fā)動機和電動機聯(lián)合驅動3種工作模式。與串聯(lián)相比，并聯(lián)式混合動力汽車的優(yōu)點是并聯(lián)僅用到電動機和發(fā)動機，并且發(fā)動機和電動機的最大功率較小，而缺點是由于發(fā)動機與推進系統(tǒng)是共軸連接的，所以并聯(lián)需要離合器，這使得并聯(lián)結構復雜，控制難度大。 2.2并聯(lián)式混合動力汽車的傳動系統(tǒng)能量流分析 一般而言，電能和燃料能量會通過“扭矩耦合器”結合起來驅動汽車。在扭矩耦合器里的扭矩平衡是通過扭矩分配裝

11、置控制的，它決定汽車的工作方式以及電機能量與汽車所需能量的比值（u）。 根據(jù)u值和行駛工況的不同，采取不同的工作方式。 1）在起步和加速階段，發(fā)動機只為耦合器提供總功率的一部分，剩下的功率要由電機來提供（0

12、如果電池完全充滿，則選用純電動（零排放）驅動方式（u=1）。傳動系統(tǒng)能量流，如圖8所示。 5）在高速巡航時，由發(fā)動機驅動，此時相當于傳統(tǒng)燃油汽車運行（u=0）。傳動系統(tǒng)能量流，如圖9所示。 3.混聯(lián)式混合動力汽車傳動系統(tǒng) 3.1混聯(lián)式混合動力汽車的特點 混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的特點在于內(nèi)燃機系統(tǒng)和電機驅動系統(tǒng)各有一套機械變速機構，兩套機構或通過齒輪系，或采用行星輪式結構結合在一起，從而綜合調(diào)節(jié)內(nèi)燃機與電動機之間的轉速關系。與并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)相比，混聯(lián)式動力系統(tǒng)可以更加靈活地根據(jù)工況來調(diào)節(jié)內(nèi)燃機的功率輸出和電機的運轉。此聯(lián)結方式系統(tǒng)復雜，成本高。 混聯(lián)HEV在結構上綜合了串聯(lián)式混

13、合動力汽車和并聯(lián)式混合動力汽車的特點。它主要偏向于并聯(lián)結構，但又包含一些串聯(lián)結構的特點。與串聯(lián)式混合動力汽車相比，它增加了機械動力傳輸路線；與并聯(lián)式混合動力汽車相比，它增加了電能的傳輸路線。近年來，出現(xiàn)了2種不同的結構：不包含行星齒輪組和包含了1組行星齒輪組的混聯(lián)式結構。世界上銷量最大的混合動力汽車—豐田公司的普銳斯Prius屬于后一種。 文章僅對帶有行星齒輪組混聯(lián)式傳動系統(tǒng)進行能量流分析。 3.混聯(lián)式混合動力汽車傳動系統(tǒng) 3.2帶有行星齒輪組的混聯(lián)式混合動力汽車的傳動系統(tǒng)能量流分析 1）在高速巡航時，由發(fā)動機單獨驅動。此時相當于傳統(tǒng)燃油汽車運行。傳動系統(tǒng)能量流，如圖10所示。

14、2）在市區(qū)行駛或低速巡航時，如果電池完全充滿，則選用純電動驅動方式。傳動系統(tǒng)能量流，如圖11所示。 3）在剎車或減速時，電動機起到發(fā)電機的作用，將部分動能轉化為電能存儲到電池里。傳動系統(tǒng)能量流，如圖12所示。 4）當電池電量較低時，發(fā)動機被啟動，并將其設置在最大效率工作點上，發(fā)動機輸出的功率與汽車所需功率的差值將通過發(fā)電機為電池充電。傳動系統(tǒng)能量流，如圖13所示。 5）在起步和加速階段，發(fā)動機只為耦合器提供總功率的一部分，剩下的功率要由電機來提供（0

15、優(yōu)化方式下協(xié)同工作，可實現(xiàn)低油耗、低排放和高動力性等傳統(tǒng)燃油汽車難以達到的目標。而傳動系統(tǒng)的能量流是傳動系統(tǒng)的結構及其控制策略的基礎和核心，它直接影響著汽車傳動系統(tǒng)的結構類型和上述的3個重要性能。依據(jù)行駛工況和使用條件選擇的能量流動方式，決定著汽車傳動系統(tǒng)的結構類型和控制策略。因此，在研究開發(fā)時必須在深入分析能量流的基礎上，根據(jù)行駛工況和使用條件完成對混合動力汽車的研究開發(fā)。 汽車廢氣排放和能源成本問題一直備受關注，混合動力汽車和電動汽車被看作是一種自然的發(fā)展目標。通過了解整個混合動力和電動汽車傳動系統(tǒng)的能量消耗的詳細分析，以及傳動系統(tǒng)內(nèi)部各個相關部件的運轉狀態(tài)，可以最大程度的優(yōu)化汽車的設計

16、，從而達到改善油耗的目標 談到節(jié)能環(huán)保的汽車新能源的發(fā)展，在中國還往往停留在電動汽車的探索上。的確，全球汽車界在電動車上沒有少下功夫，但是到頭來都是走進死胡同。在新世紀，汽車發(fā)展的技術路線趨于理智而統(tǒng)一：近期從有點混合動力下手大幅度降低油耗和排放；長遠靠資源極為豐富，且完全沒有污染的氫動力燃料電池重新定義汽車。 日本豐田、美國通用、德國奔馳等具備強大技術優(yōu)勢的汽車企業(yè)，對于全球汽車業(yè)最大課題――能源與環(huán)境的對策在近年來殊途同歸：近期，努力完善混合動力車；長遠，邁出氫動力燃料電池車從概念車向商品化的步伐。電動車的研制生產(chǎn)因造價高，充電后行駛距離短的死結而已經(jīng)放棄。有消息說，美國和日本的汽車企

17、業(yè)已經(jīng)開始了在混合動力車市場的競爭，預計三五年后整個市場將達到100萬輛級的規(guī)模。 中國汽車界和科技界曾對電動車的開發(fā)情有獨鐘，主要出于如下考慮：傳統(tǒng)汽車中國比發(fā)達國家晚了幾十年；而電動車全世界還沒有大突破，我們現(xiàn)在開始研究，與發(fā)達國家站在同一起跑線上，完全可能后來者居上。但是這種“抄近道兒”的傻聰明終于隨著美國日本汽車業(yè)宣布放棄電動車的研發(fā)而走進死胡同。 應該說，中國汽車業(yè)的發(fā)展思路應該轉移到務實而量力而行的方向了。氫動力燃料電池車，是一項必須關注的前沿技術，但僅僅是“關注”即可。而混合動力車的研發(fā)倒應該是當務之急。一是混合動力車并非什么遠在天邊的高科技，又有成熟的商品化車型可借鑒。二是混合動力車特別適合中國大城市交通普遍擁堵，汽車頻繁制動的國情，節(jié)能治污的效果可以發(fā)揮到極致。 其實，如果中國的油價繼續(xù)攀升或實行燃油稅，道路擁堵又難以根本改善，市場的混合動力車的需求就會非常迫切。合資生產(chǎn)或者進口混合動力車，估計很快就會被精明的生產(chǎn)商或經(jīng)銷商提到議事日程?；旌蟿恿噷⑹侵袊囀械男律虣C。大力發(fā)展混合動力車是我們現(xiàn)在迫切的需求。 專心---專注---專業(yè)