混合动力电动汽车驱动系统的研究与设计论文

湖北文理学院学士学位论文

年北京国际清洁车展上推出一款混合动力轿车—红旗CA7180AE，最高车速可达135km／h，参加该项目研究的有一汽汽车研究所、美国电动车(亚洲)公司、汕头国家电动汽车试验示范区。深圳明华环保汽车有限公司也于2001年4月推出了并联式混合动力汽车MH6720，该车装备87kW发动机，异步交流电机平均功率为36kW，满载最高车速135km／h。长丰汽车有限公司改装的CFA6470—HEV混合动力汽车采用现有CFA6470车的底盘，原有的四缸发动机和变速箱不变，加装一个电动机驱动系统，取消分动箱，由发动机驱动后轮，电机通过减速箱和传动轴独立驱动前桥。此外，湖北东风电动汽车开发公司也开展了电动汽车和混合动力汽车的研究。

混合动力汽车的缺点是结构复杂，不是零排放汽车，可靠性比纯电动汽车低，

从长远来看是一种过渡车型。但其驱动系统同时使用燃油发动机和电动机作为汽车的动力源，可以大幅度降低油耗，减少污染物排放，同时具有令人满意的行驶里程。因此，近年内混合动力汽车将具有很好的发展前景。

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混合动力电动汽车的结构

第二章 混合动力电动汽车的结构

混合动力车辆的驱动系统从能源输入、原动机到机械能的传递，其组成方式

多种多样，具体的结构设计也各不相同。根据驱动系统各部件在汽车上的位簧及功能，混合动力汽车可分为以下三种类型：串联式混合动力电动汽车（SHEV）、并联式混合动力电动汽车（PHEV）和混联式混合动力电动汽车（PSHVE）。

2．1串联式混合动力电动汽车

车辆控制器 发动机Tice Wice 发电机 功率转换器 发电机Tcm Wcm 传动变速机构 电池 道路负载Tgb Wgb 图2-1 串联式混合动力汽车示意图

串联式混合动力汽车由发动机、发电机、蓄电池和电动机等动力装置以串联

连接方式组合而成。如图2-1所示，该系统利用发动机提供电能，牵引电机是唯一的驱动源。图中带箭头的实线表示功率流的路径，细实线表示控制信号，箭头表示功率流动方向。在后续的公式和图表描述中，Τ表示扭矩，ω表示角速度，η表示效率；下标cm表示电机，ice表示发动机，w表示车轮，gb表示变速箱。串联式混合动力汽车中发动机的功能是带动发电机发电，电动机将电能转变为机械能后通过变速机构驱动车轮。发电机同时也能提供部分电能输送到蓄电池，以便必要时由蓄电池为电动机供电。串联式混合动力汽车具有以下特点：

(1)控制系统比较简单，特别是发电机运行的控制只需根据蓄电池充放电状态(2)发动机总是在最佳工况下驱动发电机，因此效率高，有一定节能效果，能(3)动力传递过程中，由于存在能量转换中的损失，降低了能量利用率，其综决定发电或停止； 减少污染；

合效率低于燃油汽车； (4)要求每一动力装置的各自功率都等于或接近汽车的最大驱动功率，特别是驱动电动机必须满足汽车行驶的需求。因此整个系统的规模庞大，增加了车辆成本及机构布置难度。

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2．2并联式混合动力电动汽车

车辆控制器 发动机Tice Wice 扭矩耦合装置 传动变速机构 道路负载Tgb Wgb 电池 功率变换器 电动机Tcm Wcm 图2-2 并联式混合动力汽车示意图

并联式混合动力汽车可以利用发动机和电机共同驱动车轮。如图3，由于发

动机与驱动车轮之间直接相连，所以发动机的运转受到驱动工况的影响。该系统可不需要发电机，因此提高了能量转化效率。发动机动力系统主要用于中、高速的行驶工况；而电动／发电机动力系统用于中、低速的城市路况行驶，在汽车加速和爬坡时配合发动机动力系统驱动车辆，大大提高了汽车的加速性能和爬坡性能。

并联式混合动力汽车具有以下特点：

(1)结构简单，特别是省去了独立的发电机，两套动力装置可单独或同时驱动，

输出总功率可以为两个动力系统的叠加，因而单个动力系统功率可以减小，有利于机构布置；

(2)两套动力装置可直接驱动车轮，因此效率提高，能量损失降低； (3)两套动力装置要根据车辆状态进行切换，动力控制系统及机械切换系统相(4)采用电动／发电机可以空载发电，及时补充蓄电池部分电能，延长蓄电池在并联式混合动力车辆驱动系中，联接部件用于完成传动系组成部件间的联合。根据具体的联接部件位置，并联混合动力车辆具有单轴联合式、双轴联合式和单个驱动系联合式三种基本的布置方案。单轴联合式是指车辆驱动系中机械动能的联合是在原动机输出轴处实现的，齿轮箱的输入轴为单轴，发动机的输出轴通过离合器后与电动机的转子轴直接相连；双轴联合式是指车辆驱动系中机械动能的联合是在齿轮箱中实现的，齿轮箱（减速／变速器)具有两个或多个输入轴，仅有一个输出轴；单个驱动系联合式是指车辆驱动系中机械动能的联合是在车辆驱动轮处通过路面实现的，它具有两套或多套独立的驱动系。单个驱动系联合式驱动系在充分利用车辆的地面附着力方面具有优势，通过合理地控制，可大大改

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对复杂： 续行里程。

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善车辆的驱动性能，但系统组成比较庞大，控制复杂。

2．3混联式混合动力电动汽车

混联式混合动力电动汽车综合了串联式和并联式的结构特点，由发动机、电

动／发电机和驱动电动机三大动力总成组成，可以根据行驶条件以串联和并联模式工作，所以，混联系统具有串联系统和并联系统的双重特性，具有两种布置形式：切换系统和分路系统。尽管如此，但其结构复杂、成本高，目前应用并不广泛，随着控制技术和制造技术的发展，可能以后的HEV更倾向于此结构。综合分析以上各个结构的优缺点，本次设计采用并联式结构。

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