混合動力汽車傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢

1、LOGOLOGO1電動汽車電動汽車課程報告課程報告混合動力電動汽車混合動力電動汽車1混合動力傳動系統(tǒng)的現(xiàn)狀混合動力傳動系統(tǒng)的現(xiàn)狀2混合動力傳動系統(tǒng)的發(fā)展前景混合動力傳動系統(tǒng)的發(fā)展前景 3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(diǎn)：排放小，節(jié)能，可以再

2、生制動優(yōu)點(diǎn)：排放小，節(jié)能，可以再生制動;到到2020年單是中國汽車的保有量將達(dá)到年單是中國汽車的保有量將達(dá)到2億；億；面對碳排量和環(huán)境保護(hù)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(hù)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(jī)和內(nèi)燃機(jī)兩個動力源的汽車同時擁有電動機(jī)和內(nèi)燃機(jī)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按照傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)按照傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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可以純電動可以純電動模式運(yùn)行。模式運(yùn)行。Prius發(fā)動機(jī)起?？刂瓢l(fā)動機(jī)起?？刂圃谖⒒旌匣A(chǔ)上添加能量在微混合基礎(chǔ)上添加

3、能量回收功能回收功能榮威750、奔馳S400Lhybrid發(fā)動機(jī)和電動機(jī)協(xié)發(fā)動機(jī)和電動機(jī)協(xié)作，一定程度可以作，一定程度可以實(shí)現(xiàn)純電動運(yùn)行實(shí)現(xiàn)純電動運(yùn)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(jī)車中的地位傳動系統(tǒng)在機(jī)車中的地位傳統(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現(xiàn)在：整個動力系的核心，實(shí)現(xiàn)高效驅(qū)動、現(xiàn)在：整個動力系的核心，實(shí)現(xiàn)高效驅(qū)動、最優(yōu)控制最優(yōu)控制和和良好駕駛性能的關(guān)鍵。良好駕駛性能的關(guān)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

4、控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)先進(jìn)的先進(jìn)的機(jī)電技機(jī)電技術(shù)作為術(shù)作為物理機(jī)物理機(jī)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(yùn)用優(yōu)良，運(yùn)用優(yōu)良算法，實(shí)現(xiàn)預(yù)期算法，實(shí)現(xiàn)預(yù)期傳動要求。傳動要求。總控制器指令總控制器指令傳動系統(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?；旌蟿恿鲃酉到y(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；混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢9電機(jī)技術(shù)電機(jī)技術(shù)1 物理結(jié)構(gòu)的發(fā)展物理結(jié)構(gòu)

5、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混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢10 電動機(jī)具有調(diào)速方便，響應(yīng)快，低速大轉(zhuǎn)矩等電動機(jī)具有調(diào)速方便，響應(yīng)快，低速大轉(zhuǎn)矩等特點(diǎn)。用以改善發(fā)動機(jī)的低速和高速轉(zhuǎn)矩特性。特點(diǎn)。用以改善發(fā)動機(jī)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(jī)械和液壓增大電傳動功率來代替種類繁多的機(jī)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。2.1.1 電機(jī)技術(shù)電機(jī)技術(shù)混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢11電機(jī)是混合動力傳動系統(tǒng)的標(biāo)志。電機(jī)是混合動力傳動系統(tǒng)的標(biāo)志。2.1.1 電機(jī)技術(shù)電機(jī)技術(shù)v混合動力電動汽車用的電機(jī)主要有：混合動力電動汽車用的

6、電機(jī)主要有：v感應(yīng)電機(jī)：高可靠性和低成本、低維護(hù)成本成為混感應(yīng)電機(jī)：高可靠性和低成本、低維護(hù)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(diǎn)需要改善。低效率等缺點(diǎn)需要改善。v永磁電機(jī)：永磁刷直流電機(jī)在高能量密度和高功率永磁電機(jī)：永磁刷直流電機(jī)在高能量密度和高功率密度，與感應(yīng)電動機(jī)相比有很大優(yōu)勢。近些年能量密度，與感應(yīng)電動機(jī)相比有很大優(yōu)勢。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(jī)：傳動路線大大縮短，實(shí)現(xiàn)無齒輪傳動，輪轂電機(jī)：傳動路線大大縮短，實(shí)現(xiàn)無齒輪傳動，在效率和扭

7、矩比傳統(tǒng)電機(jī)方面有很大優(yōu)勢。在效率和扭矩比傳統(tǒng)電機(jī)方面有很大優(yōu)勢。Honda Insight用用的永磁同步電機(jī)的永磁同步電機(jī)想要輪轂電機(jī)應(yīng)用于混合動力傳動系想要輪轂電機(jī)應(yīng)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(jī)系統(tǒng)低效率不可回避，所以輪轂電機(jī)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)?；旌蟿恿鲃酉到y(tǒng)發(fā)展趨勢12集成啟動集成啟動/發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)ISG電機(jī)技術(shù)的發(fā)展使電機(jī)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(jī)發(fā)電機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：具有以

8、下優(yōu)點(diǎn)：1 結(jié)構(gòu)緊湊，傳統(tǒng)汽車用到發(fā)電機(jī)和啟動電機(jī)，兩個電機(jī)，結(jié)構(gòu)緊湊，傳統(tǒng)汽車用到發(fā)電機(jī)和啟動電機(jī)，兩個電機(jī)，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(jī)車動力性能。值功率，改善機(jī)車動力性能。3 針對一個電機(jī)的控制，簡單可靠。針對一個電機(jī)的控制，簡單可靠?；旌蟿恿鲃酉到y(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 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)

9、簡單，控制更加方便?；旌蟿恿鲃酉到y(tǒng)發(fā)展趨勢14 電機(jī)的加入使無級變速電機(jī)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(diǎn)是成本略高。缺點(diǎn)是成本略高。 CVT可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)光滑的速度變化，實(shí)現(xiàn)動力與工可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)光滑的速度變化，實(shí)現(xiàn)動力與工況的最佳匹配；可以使發(fā)動機(jī)一直工作與高效區(qū)，提高況的最佳匹配；可以使發(fā)動機(jī)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(diǎn)，電子無級變速成為混合動力的主

10、要變速方案。優(yōu)點(diǎn)：1、無離合器，傳動效率高。2、無級變速，發(fā)動機(jī)可以一直工作于高效區(qū)。3、怠速停止發(fā)動機(jī)，電機(jī)驅(qū)動機(jī)車，提高效率，減少排放。4、下坡或減速時完全再生制動?；旌蟿恿鲃酉到y(tǒng)發(fā)展趨勢15Toyota Prius, Camry Hybrid, Highlander Hybrid- Ford Escape Hybrid, Fusion Hybrid- Nissan Altima Hybrid- Lexus Hybrids.通過行星輪系實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)和電機(jī)之間機(jī)械耦合和無級變速缺點(diǎn)：需要潤滑、傳動能量損失、噪聲。無級變速完全靠一個電動機(jī)實(shí)現(xiàn)，對電動機(jī)性能要求很高。近年來，研究轉(zhuǎn)向無齒輪無級變

11、速。 混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢16雙轉(zhuǎn)子電機(jī)實(shí)現(xiàn)無級變速和耦合功率的兩個路徑：由發(fā)動機(jī)直接傳遞至輸出軸；電能通過滑環(huán)流入電機(jī)繞組，驅(qū)動輸出軸。完全實(shí)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?；旌蟿恿鲃酉到y(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(hù)。易于維護(hù)。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

12、槽，形槽，與金屬傳送帶嚙合。當(dāng)主、與金屬傳送帶嚙合。當(dāng)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，轉(zhuǎn)半徑，從而改變傳動比，實(shí)現(xiàn)無級變速傳動實(shí)現(xiàn)無級變速傳動。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：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(qiáng)度限制，的強(qiáng)度限制，應(yīng)用有限。應(yīng)用有限?；旌蟿恿鲃酉到y(tǒng)發(fā)展趨勢192.1.3 電力電子應(yīng)用電力電子應(yīng)用混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢202.1.3電力電子的應(yīng)用電力電子的應(yīng)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(yīng)中電力電子技術(shù)的應(yīng)用

13、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變換器組成變換器組成功率控制器。集成了功率控制器。集成了DSP控制器、控制器、驅(qū)動和電路保護(hù)、直流穩(wěn)壓電容、驅(qū)動和電路保護(hù)、直流穩(wěn)壓電容、冷卻回路和汽車通信的冷卻回路和汽車通信的CAN總線總線接口等。接口等?；旌蟿恿鲃酉到y(tǒng)發(fā)展趨勢212.1.3 電力電子的應(yīng)用電力電子的應(yīng)用 電動機(jī)電動機(jī)/發(fā)電機(jī)用逆變單元：發(fā)電機(jī)用逆變單元：目前電動汽車多用目前電動汽車多用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I

14、GBT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(jī)額定功率提高，擴(kuò)大調(diào)速范圍，提高功率比。電機(jī)額定功率提高，擴(kuò)大調(diào)速范圍，提高功率比。 三三 采用采用DSP為核心的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，可使電機(jī)快速恒轉(zhuǎn)為核心的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，可使電機(jī)快速恒轉(zhuǎn)矩啟動及弱磁高速運(yùn)行；該系統(tǒng)穩(wěn)定，電流沖擊小，控制矩啟動及弱磁高速運(yùn)行；該系統(tǒng)穩(wěn)定，電流沖擊小，控制效率高。效率高。 混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢222.1.3 電力電子學(xué)的應(yīng)用電力電子學(xué)的應(yīng)用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

15、。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，有很多芯片和弱電電路，需要解決狹小，有很多芯片和弱電電路，需要解決EMC/EMI問題。問題。“高開關(guān)頻率高開關(guān)頻率”和和“高采樣率高采樣率”普遍應(yīng)用于混合動力電動汽普遍應(yīng)用于混合動力電動汽車的電力電子裝置中，這需要高精度的編碼器和解算器，當(dāng)車的電力電子裝置中，這需要高精度的編碼器和解算器，當(dāng)電機(jī)中出現(xiàn)寬溫度梯度和飽和狀態(tài)時，實(shí)現(xiàn)魯棒控制。電機(jī)中出現(xiàn)寬溫度梯度和飽和狀態(tài)時，實(shí)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

16、最新發(fā)展混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢24為汽車設(shè)計(jì)人員在提高效率降低排放方面提供為汽車設(shè)計(jì)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?；旌蟿恿鲃酉到y(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(xiàng)各控制系統(tǒng)是整個轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的靈魂，能否高效完項(xiàng)各項(xiàng)指標(biāo)控制系統(tǒng)的好壞至關(guān)重要。項(xiàng)指標(biāo)控制系統(tǒng)的好壞至關(guān)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(biāo)：控制系統(tǒng)控制協(xié)調(diào)各個部件完成以下性能指標(biāo)：燃油經(jīng)濟(jì)性燃油經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)驅(qū)動力最優(yōu)驅(qū)動力最小排放最小排放連續(xù)穩(wěn)定的功率輸出連續(xù)穩(wěn)定的功率輸出1. 再生制動的實(shí)現(xiàn)再生制動的實(shí)現(xiàn)混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢26這些

17、指標(biāo)不能兼得，這些指標(biāo)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反反饋饋所需車速所需車速混合動力傳動系統(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28應(yīng)用于混合動力傳動系統(tǒng)的控制策略（算法）有很多種。應(yīng)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(yīng)用中是將多個策略組合應(yīng)用，取優(yōu)補(bǔ)短，達(dá)到好通常應(yīng)用中是將多個策略組合應(yīng)用，取優(yōu)補(bǔ)短，達(dá)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 hyb

18、rid sh-awd 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(jìn)升自然進(jìn)氣氣V6發(fā)動機(jī)與發(fā)動機(jī)與3臺大功率電機(jī)組成；廠家稱，這套系統(tǒng)在動力臺大功率電機(jī)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(jī)，而在油耗發(fā)動機(jī)，而在油耗方面則幾乎與一臺自然進(jìn)氣四缸發(fā)動機(jī)相同。方面則幾乎與一臺自然進(jìn)氣四缸發(fā)動機(jī)相同?；旌蟿恿鲃酉到y(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

19、節(jié)省下來的能量就會被驅(qū)動外側(cè)后輪的電機(jī)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(jī)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) 滑行混合動力滑行混合動力(Coasting Hybrid)的運(yùn)行模式，控制系的運(yùn)行模式，控制系統(tǒng)集合油門、制動、坡度、速度、導(dǎo)航信息進(jìn)行綜合判斷，統(tǒng)集合油門、制動、坡度、速度、導(dǎo)航信息進(jìn)行綜合判斷，再借助大功率電動機(jī)頻繁關(guān)閉和起動車頭的發(fā)動機(jī)，大幅再借助大功率電動機(jī)頻繁關(guān)閉和起動車頭的發(fā)動機(jī)，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32 各種控制中，如果可以有實(shí)時的路況信息提供，則控各種控制中，如果可以有實(shí)時的路況信息提供，則控制系統(tǒng)可以更高效的實(shí)現(xiàn)機(jī)車的控制；制系統(tǒng)可以更高效的實(shí)現(xiàn)機(jī)車的控制；Google的全球?qū)У娜驅(qū)Ш娇梢蕴峁┻@樣的服務(wù)；并且由航可以提供這樣的服務(wù)；并且由Google最先提出的無人最先提出的無人駕駛技術(shù)，被認(rèn)為在安全，節(jié)能、駕駛體驗(yàn)和節(jié)約時間方駕駛技術(shù)，被認(rèn)為在安全，節(jié)能、駕駛體驗(yàn)和節(jié)約時間方面都有很大吸引力。面都有很大吸引力。 據(jù)報道，據(jù)報道