基于混合動力汽車動力系統(tǒng)的概述_圖文_百度文庫

1、基于混合動力汽車動力系統(tǒng)概述龍成冰摘 要:本文主要介紹了國內(nèi)外混合動力汽車傳動系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀,并對現(xiàn)今主要應用于混合動力汽車的五種自動變速器 的結(jié)構(gòu)和原理進行了簡要介紹 ; 在此基礎上對這五種自動變速器進行比較,并預測未來應用于混合動力汽車動力系統(tǒng)自動變 速器的主要方向。關(guān)鍵詞:混合動力汽車;動力系統(tǒng);自動變速器前 言:現(xiàn)今,在新能源汽車發(fā)展方向上,美國傾向于代用燃料汽車的研發(fā),歐洲和日本都傾向于純電動汽 車和混合動力汽車,而氫燃料電池電動汽車被譽為未來最理想的清潔燃料汽車,但由于其在技術(shù)上短時 間內(nèi)難以有突破,將長期作為一種未來理想方向被人們研究。美國是一個農(nóng)業(yè)大國,同時又擁有最先進 的生物

2、基因技術(shù)、化工技術(shù)和先進的制造技術(shù),故選擇了生物質(zhì)代用燃料汽車方向,這樣在過渡時對現(xiàn) 有傳統(tǒng)車輛結(jié)構(gòu)的改動較小 , 同時,電驅(qū)動技術(shù)也有所發(fā)展。歐洲國家利用其傳統(tǒng)的汽車技術(shù),已經(jīng)基本 對現(xiàn)有車輛實現(xiàn)了柴油機化,車輛中使用柴油機的數(shù)量已經(jīng)超過了 60%,但這只是在一定程度上減少了 環(huán)境污染,并沒有解決能源危機。在電動汽車領域,歐洲在近些年也有了很大的發(fā)展,如英國發(fā)明了無 線充電技術(shù)、荷蘭代爾夫特工業(yè)大學的 Mart J.Hoeij makers教授提出了基于感應電機為原型的雙轉(zhuǎn)子機電 能量轉(zhuǎn)換器 EVT (Electrical Variable Transmission等 1。日本,由于其能源緊

3、缺,同時電力電子技術(shù)先 進,選擇了電動汽車方向,其電機制造技術(shù)處于世界先進水平。中國政府網(wǎng)發(fā)布節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃 (2012 2020年 指出,到 2015年,純電動汽車 和插電式混合動力汽車累計產(chǎn)銷量力爭達到 5O 萬輛;到 2020年,純電動汽車和插電式混合動力汽車生產(chǎn) 能力達 200萬輛、累計產(chǎn)銷量超過 500萬輛,燃料電池汽車、車用氫能源產(chǎn)業(yè)與國際同步發(fā)展。這說明我 國在新能源汽車的主要方向是插電式混合動力汽車和純電動汽車 2。由于我國在傳統(tǒng)汽車上的缺陷,導致 我國在混合動力汽車上與國外的差距較大,主要表現(xiàn)在動力傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)上。對于混合動力汽車 和純電動汽車,其中都涉及

4、到電驅(qū)動系統(tǒng)。對于混合動力汽車的動力系統(tǒng)而言,現(xiàn)在最主要的問題就是 存在兩套系統(tǒng),體積龐大,在加上動力電池,使得車輛在布置時較傳統(tǒng)車而言可乘用空間較少了。混合 動力汽車的動力系統(tǒng)的集成化研究是目前和未來國內(nèi)外研究的重點。混合動力汽車的核心是混合動力系 統(tǒng),它的性能直接關(guān)系到混合動力汽車整車性能。如何有效的解決混合動力汽車動力系統(tǒng)的集成控制, 實現(xiàn)整車高度集成和配置簡單化、通用化是目前研究的關(guān)鍵。其中變速器與電機一體化研究仍是現(xiàn)在和 將來國內(nèi)外混合動力汽車系統(tǒng)集成的重點,混合動力汽車中的動力耦合也將通過此集成裝置實現(xiàn)。對于 純電動汽車,雖然不存在動力耦合問題,但存在變速、調(diào)速問題,對電機和變速器

5、的集成問題和控制問 題依舊存在。1. 國內(nèi)外混合動力汽車傳動系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀混合動力汽車是指至少能夠從可消耗的燃料和可再充電或能量儲存裝置兩類車載儲存的能量中獲得 動力的汽車,根據(jù)混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不同可將其分為串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式和復合式混合動力汽車 3。 車輛動力傳動系統(tǒng)是指由動力源輸出的功率傳遞到驅(qū)動車輪的各種裝置所構(gòu)成的系統(tǒng),其功能主要包括 起步、變速、主減速、差速、驅(qū)動力分配以及驅(qū)動力方向轉(zhuǎn)換等。在混合動力汽車傳動系統(tǒng)中,除了將 其集成小型化以外,最核心的問題是動力耦合和換擋控制。有混合動力汽車的動力耦合主要有電耦合、機械耦合、機電耦合三種 4。電耦合是指將發(fā)動機輸出的 機械能通過發(fā)

6、電機轉(zhuǎn)化為電能,在通過電耦合裝置將其與動力電池的電能耦合,同時由于驅(qū)動車輛,主 要用于串聯(lián)式混合動力汽車。機械耦合是指通過機械耦合裝置將發(fā)動機輸出機械能和電動機輸出的機械 能進行耦合,再將其用于驅(qū)動車輛。機械耦合分為轉(zhuǎn)矩耦合和轉(zhuǎn)矩耦合兩種,在轉(zhuǎn)矩耦合裝置中,兩個動力系的轉(zhuǎn)矩可以線性疊加,但轉(zhuǎn)矩耦合裝置的輸入轉(zhuǎn)速不可線性疊加,主要實現(xiàn)方式是傳統(tǒng)的機械式 變速器、帶輪或鏈式組合件、傳動軸,根據(jù)軸數(shù)可以分為兩軸式或單軸式;在轉(zhuǎn)述耦合裝置中,兩個動 力系的轉(zhuǎn)速可以線性疊加,但轉(zhuǎn)速耦合裝置的輸出轉(zhuǎn)矩不可以線性疊加,主要實現(xiàn)方式是行星齒輪機構(gòu) 和傳動電機,轉(zhuǎn)速耦合一般用于對效率對轉(zhuǎn)速敏感,而對轉(zhuǎn)矩不太敏感

7、的動力裝置(如斯特林發(fā)動機、 燃氣輪機 ;機械耦合一般用于并聯(lián)式混合動力汽車。機電耦合是指同時包涵機械耦合和電耦合兩種,一 般用于混聯(lián)式和復合式混合動力汽車。先將四種不同結(jié)構(gòu)形式的混合動力汽車的傳動系統(tǒng)和動力耦合方 式分別示于圖 1中 4。 圖 1 混合動力汽車的分類a 串聯(lián)式(電耦合 b 并聯(lián)式(機械耦合c 混聯(lián)式(機械和電氣的耦合 d 復合式(機械和電氣的耦合1.1 國內(nèi)混合動力汽車傳動系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)混合動力汽車的動力系統(tǒng)主要有:東風混合動力城市客車采用了基于電控機械自動變速器 (AMT基礎上的“中間軸輸入動力耦合系統(tǒng)”以及“二軸輸入動力耦合系統(tǒng)”如圖 2所示 5。其中“中間 軸輸

8、入動力耦合系統(tǒng)”具體形式是:動力耦合裝置 (即混合動力車用變速器 的一軸與發(fā)動機曲軸相連, 二軸與輸出傳動軸相連,中間軸上齒輪與一軸、二軸上齒輪構(gòu)成常嚙合傳動齒輪副,中間軸增加一個電 機動力輸入裝置,采用錐齒輪輸入動力。一汽混合動力轎車采用了雙軸輸入單軸輸出到 AMT 的齒輪嚙合傳動方式實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩合成的動力耦合系 統(tǒng),即“雙軸雙離合器并聯(lián)型固定軸齒輪式”動力耦合系統(tǒng)如圖 3所示 6,它由一對固定速比的常嚙合齒 輪組成,在發(fā)動機離合器接合的條件下,動力耦合裝置輸出端的轉(zhuǎn)速與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速相同。北京理工大學與波蘭華沙工業(yè)大學合作,聯(lián)合研制了一種單行星排傳動方式的機電動力耦合系統(tǒng),如 圖 4所示 1,并

9、已申報了國家發(fā)明專利。該系統(tǒng)把串聯(lián)和并聯(lián)混合驅(qū)動的原理接合在一起,使用的零件數(shù) 較少 (一個電機 ,適當調(diào)整控制系統(tǒng)可以順利實現(xiàn)并聯(lián)到串聯(lián)驅(qū)動的轉(zhuǎn)換,直到由內(nèi)燃機驅(qū)動。比傳統(tǒng)的 混合驅(qū)動系統(tǒng)更輕,效率和整體性能更高。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)無級變速,但是不能實現(xiàn)發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩和 電機輸出轉(zhuǎn)矩的直接疊加。由吉林大學等單位聯(lián)合開發(fā)的雙行星機構(gòu)動力耦合無級變速系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)如圖 5所示 1,系統(tǒng)由發(fā)動 機、電機、動力耦合、 CVT 組成,其中動力耦合器由一組雙行星機構(gòu)、兩組離合器和一組制動器構(gòu)成。a C d 電 連 接 液 流 連 接 機 械 連 接整個系統(tǒng)構(gòu)成比較復雜,不僅需要協(xié)調(diào)發(fā)動機與電機,離合器及制動器

10、的狀態(tài),還需要合理地控制CVT 的速比。 圖 2東風垂直雙軸耦合并聯(lián)混合動力總成圖 圖 3一汽平行雙軸并聯(lián)混合動力總成 圖 4 單排行星排動力耦合系統(tǒng) 圖 5 雙行星機構(gòu)動力耦合無級變速系統(tǒng)的機構(gòu)1.2 國外混合動力汽車傳動系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀表一和表二分別列出了近些年已經(jīng)上市了的重度混合動力汽車和輕度混合動氣汽車的相關(guān)資料 7。 從表一和表二中可以看出,國外混合動力汽車現(xiàn)今市場化做的最好是日本,其次是美國,其次歐洲一些 國家在混合動力系統(tǒng)方向上也有很大的發(fā)展。表一 國外上市的重度混合動力汽車列表 表二 國外已經(jīng)上市的輕度混合動力汽車列表 日本豐田 THS 系統(tǒng)由發(fā)動機、發(fā)電機、電動機通過行星輪機構(gòu)

11、實現(xiàn)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的耦合,發(fā)動機轉(zhuǎn)速 與車速沒有直接聯(lián)系,在行駛過程中能使發(fā)動機始終處于最佳工況,其結(jié)構(gòu)如圖 6所示 8。豐田 THS 系 統(tǒng)經(jīng)過十幾年的發(fā)展,已從注重經(jīng)濟油耗為主的第一代發(fā)展為注重高功率和高經(jīng)濟效益的第三代 THS 系 統(tǒng),豐田普銳斯轎車的成功推向市場表明了混合動力技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟。福特公司開發(fā)的 FHS 機電耦合 傳動總成結(jié)構(gòu)相當于豐田 THS 系統(tǒng)并聯(lián)了一個齒輪嚙合機構(gòu),實現(xiàn)了電動機轉(zhuǎn)速和齒圈轉(zhuǎn)速的匹配,充 分利用了電機轉(zhuǎn)速,其結(jié)構(gòu)如圖 7所示 9。 圖 6 豐田 THS 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 圖 7 福特 FHS 機電耦合傳動總成的結(jié)構(gòu)通用公司提出的 AHS-2雙排雙模式電耦合傳動總

12、成主要由發(fā)動機、兩臺電機、兩個行星排機構(gòu)。兩 組離合器和一個制動器組成,其結(jié)構(gòu)如圖 8所示 10。通過兩個離合器和一個制動器協(xié)調(diào)控制可以有效地 擴大輸出轉(zhuǎn)速范圍,同時對輸出轉(zhuǎn)矩和輸出功率起到一定的調(diào)節(jié)作用,該結(jié)構(gòu)主要應用于通用公司的中 型和重型車輛上。 圖 8 通用 ASH-2雙排雙模式機電耦合動力總成結(jié)構(gòu)鐵姆肯公司開發(fā)的雙排行星傳動機電耦合傳動總成結(jié)構(gòu)與通用 AHS-2雙模式結(jié)構(gòu)相近,其結(jié)構(gòu)如圖 9所示 11,主要通過兩個離合器和兩個制動器實現(xiàn)工作模式轉(zhuǎn)換,從而滿足車輛實際工作需要。 圖 9 鐵姆肯公司的雙排行星傳動機電耦合傳動總成的結(jié)構(gòu)通用公司提出的新型四模 -雙電機增程式傳動系統(tǒng)備受關(guān)注

13、,其結(jié)構(gòu)如圖 10所示 12。該系統(tǒng)由發(fā)動 機、兩個電機、三個離合器以及一個行星輪組組成,可以分別工作在純電動低速單電機模式、純電動高 速雙電機模式、增程低速單電機模式和增程高速雙電機模式四種模式下。本田汽車公司研發(fā)的 Insight 混合動力汽車采用了獨特的混合動力系統(tǒng) (IMA,采用發(fā)動機和電動機扭 矩疊加方式進行動力混合,結(jié)構(gòu)如圖 11所示 13。發(fā)動機輸出軸通過離合器與電動機的轉(zhuǎn)子軸直接相連, 電池組通過控制器作用于電動機定子,兩者的動力疊加是在輸出軸處實現(xiàn),變速器仍為單軸輸入。該動 力系統(tǒng)以發(fā)動機作為主要動力,電動機作為輔助動力,是一種等速的功率疊加系統(tǒng),屬于并聯(lián)式 HEV 中 的單

14、軸并聯(lián)式結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊,提高了系統(tǒng)的綜合效率,但一些元件和電機的控制系統(tǒng)需 特殊設計。 圖 10 四模 -雙電機增程式傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 圖 11 IMA 集成電機輔助系統(tǒng)戴姆勒 -克萊斯勒公司 2005年底特律車展上展出一款結(jié)合 V8柴油發(fā)動機和最新一代混合動力驅(qū)動系 統(tǒng)的油電混合動力 S 級奔馳車,該車的機電耦合系統(tǒng)由 2臺電動機與 7檔自動變速器組成 14。該油電混 合動力耦合系統(tǒng)為“ P1/2”,在發(fā)動機與變速器之間配備了 2臺馬達及離合器,結(jié)構(gòu)圖見圖 12。車輛起 動時由發(fā)動機一側(cè)的馬達進行發(fā)電,由變速器一側(cè)的馬達進行驅(qū)動。在提速階段與離合器聯(lián)動,能夠?qū)?現(xiàn)高級車特有的平穩(wěn)

15、行駛性能。該車的傳動系統(tǒng)基于 7G-Tronic 自動變速器,另外結(jié)合了 Pl/2混合動力變 速器,設計緊湊。 圖 12 奔馳公司雙模式混合動力系統(tǒng)2002年,瑞典皇家工學院的 Chandur Sadarangani 教授提出了“四象限能量轉(zhuǎn)換器(Four-QuadrantEnergyTransducer,4QT ”的新型電磁機構(gòu)的概念 1。這種電磁機構(gòu)是一種以永磁同心式雙轉(zhuǎn)子電 機為核心的應用于混合動力汽車的機電能量轉(zhuǎn)換器件,整個系統(tǒng)達到混聯(lián)式混合動力汽車的運行指標模 式,并以其獨特的設計和結(jié)構(gòu),開創(chuàng)了混合動力汽車驅(qū)動控制領域的一個新的篇章。 2004年,荷蘭代爾 夫特工業(yè)大學的 Mart

16、J.Hoeij makers教授提出了基于感應電機為原型的雙轉(zhuǎn)子機電能量轉(zhuǎn)換器 EVT (Electrical Variable Transmission 。該裝置的設計思想是由分體式電機組合演變而來,這種結(jié)構(gòu)的提出為 雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)電機的分析帶來了方便,因為在這種模型中,雙轉(zhuǎn)子電機可以看成兩個簡單電機的疊加。 2005年,美國俄亥俄州立大學的 Longya Xu教授提出了雙機械端口電機(Dual Mechanical Port Electric Machines, DMP的概念。此概念也是基于 4QT 、 EVT 技術(shù)而提出來的。新型電力無極變速系統(tǒng)由一套 “背靠背”逆變器、一臺內(nèi)燃機和一臺雙機

17、械端口電機構(gòu)成。在混合動力汽車應用中,雙機械端口電機 的內(nèi)轉(zhuǎn)子與內(nèi)燃機相連,外轉(zhuǎn)子與輸出軸相連。2. 自動變速器的結(jié)構(gòu)與應用目前,汽車上使用的自動變速器主要有液力自動變速器 (automatic transmission,簡稱 AT 、機械無級 變速器 (continuously variable transmission,簡稱 CVT 、雙離合器自動變速器(Double Clutch Transmission, 簡稱 DCT 、電子控制機械式自動變速器 (automatic mechanical transmission,簡稱 AMT 和電驅(qū)動式自動 變速器(electric drive m

18、echanical transmission,簡稱 EMT。從技術(shù)發(fā)展角度看,關(guān)鍵是電子技術(shù)、電液 控制技術(shù)和傳感技術(shù)。AT 是由液力變扭器、行星齒輪和液壓操縱系統(tǒng)組成 , 通過液力傳遞和齒輪組合的方式來達到變速變矩, 圖 13所示為一種液力變矩器的結(jié)構(gòu) 15。其中液力變扭器是 AT 中最具有特點的部件,由帶有葉片的泵輪、 渦輪和導輪組成,能夠直接將發(fā)動動機輸出的扭矩直接傳遞和分離,但由于液流的傳遞效率較低,呈現(xiàn) 出低速時適應性較好,高速時,傳遞效率較低。先在所使用的液力變矩器是改進以后的閉鎖式液力變矩 器,就是在泵輪和渦輪之間安裝一個閉鎖離合器,高速時就可以利用閉鎖離合器將液力變矩器的液流連

19、 接變成機械連接,這樣就解決了普通液力變距器高速時效率低的問題。1-制動器 2-離合器 3-離合器 4-前行星排 5-后行星排 6-制動器 7-單向離合器 F圖 13 CA774液力變速器 液力自動變速器的工作原理:泵輪和渦輪是一對工作組合,他們就好似相對放置的兩臺風扇,一臺 風扇吹出的風力會帶動另一臺風扇的葉片旋轉(zhuǎn),再在泵輪和渦輪之間加上導輪,通過反作用使泵輪和渦 輪之間實現(xiàn)轉(zhuǎn)速差就可以實現(xiàn)變速變矩了。由于液力變矩器自動變速變矩范圍不夠大,因此在渦輪后面 串聯(lián)幾排行星齒輪提高效率,液力操縱系統(tǒng)會隨發(fā)動機工作變化自行操縱行星齒輪,從而實現(xiàn)自動變速 變矩。輔助機構(gòu)自動換擋不能滿足行駛上的多種需要

20、,;例如停泊、后退等,所以還沒有干預裝置即手 動撥桿,標志 P (停泊、 R (后檔、 N (空擋、 D (前進,另在前進擋中還沒有 “2” 和 “1” 的附加擋 位,用以起步或上斜坡只用。由于將其變速區(qū)域分成若干個速比區(qū)段,只有在規(guī)定的變速區(qū)段內(nèi)才是無 極的,因此, AT 實際上是一種介于有級和無極之間的自動變速器。CVT 是指采用傳動帶或工作直徑可變的主、從動輪相配合傳遞動力的變速裝置。由于 CVT 可以實現(xiàn) 傳動比的連續(xù)改變,從而使傳動系與發(fā)動機工況之間實現(xiàn)最佳匹配,提高整車的燃油經(jīng)濟性和動力性, 改善駕駛員的操縱方便性和乘員的乘坐舒適性。電控的 CVT 可以實現(xiàn)傳動系統(tǒng)的綜合控制,充分

21、發(fā)揮發(fā) 動機特性。無級變速器的種類很多(見表三,液力變矩器以其優(yōu)良的特性成為了迄今世界上占主導地位的無 級變速器 16。表三 無級變速器的分類無級變速器 機械式液體式電動式帶傳動牽引傳動式膠帶式金屬帶式鏈帶式圓環(huán)、曲面或圓錐環(huán)式 圓板式行星滾筒式滾珠式其他液力式液壓式關(guān)于液力變矩器已經(jīng)在 AT 中敘述了,在此主要介紹關(guān)于帶動式的無級自動變速器。膠帶式的無級變 速器和鏈帶式的無級變速器,由于膠帶和鏈帶壽命有限,現(xiàn)在已經(jīng)被舍棄。隨著制造工業(yè)的提升,金屬 帶式的無級變速器被重新開發(fā)利用。金屬帶式無級變速器最早有德國大眾發(fā)明,但現(xiàn)今做的最好和應用 最多的,都是日本日產(chǎn)。金屬帶式無級變速器由于是依靠壓力

22、來傳遞能量,通過精確改變主、從動輪的 輪徑來達到一定范圍類的無極變速,相比于傳統(tǒng)的機械式變速器,其控制精度將更加難以保證,控制也 更加復雜,同時金屬帶的可靠性和壽命相當于傳統(tǒng)的機械式變速器也較低,致使金屬帶式無級變速器在 實際的應用過程中并未達到預期的節(jié)油效果。下圖 14所示為帶傳動式無級變速器的工作原理圖。DCT 由傳動機構(gòu)、液壓控制系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等組成。大眾公司對該技術(shù)應用較早,也比較廣泛,把 其稱為 DSG (Direct-Shift Gearbox , 如圖 15所示 17。除了這兩種叫法之外還有很多,例如三菱叫 SST ,保 時捷叫 PDK ,寶馬叫 DKG 等等。 圖 14 帶傳動

23、式無級變速器的工作原理圖 圖 15 雙離合器自動變速器工作示意圖DSG 變速器的輸入軸有 2根,一根是實心軸,一根是套在實心軸外面的空心軸。在變速器輸入端的實 心軸和空心軸處裝有 2個離合器,一個離合器與變速器單數(shù)擋的主動齒輪相連(如 1, 3,5擋,另一離合 器與變速器雙數(shù)檔的主動齒輪相連(如 2,4,6擋。換擋和;離合器的操縱均由電動執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn),并由ECU 所控制。變速器工作時,如果 ECU 判斷需要由 1擋升 2擋(此時與 2擋主動軸相連的離合器沒有結(jié)合, 接著分離與 1擋主動軸相連的離合器,結(jié)合與 2擋主動軸相連的離合器,然后再脫開 1擋,完成自動換擋過 程。從以上過程可以看出,掛

24、2擋是在 1擋未脫開時,脫開 1擋是在 2擋已經(jīng)掛上的情況下完成的,所以換 擋過程迅速。AMT 是在干式摩擦離合器和手動固定軸齒輪變速器的基礎上改造的。它結(jié)構(gòu)簡單,保留了干式離合 器與手動變速器的絕大部分總成部件,改變其中手動操縱系統(tǒng)的換擋桿部分,去掉離合器踏板,去掉加 速踏板和節(jié)氣門之間的拉索,改為電子控制自動操縱。通過電子控制單元(Electronic Control Unit-ECU 控制液壓、氣動或電動執(zhí)行機構(gòu),完成車輛起步、換擋的自動操縱。 AMT 的控制機構(gòu)有電 -液的、電 -氣的 和全電動的三種控制方式。起步與換擋是控制功能的主要內(nèi)容,基本思想從圖 16可知,駕駛員通過加速 踏板

25、和操縱桿向計算機傳遞控制信號,大量的傳感器時刻掌握著車輛的行駛狀態(tài),計算機按存儲于其中 的最佳程序:動態(tài)三參數(shù)最佳換擋規(guī)律、離合器模糊控制規(guī)律、發(fā)動機供油自適應調(diào)節(jié)規(guī)律等,對發(fā)動 機供油、離合器的分離與結(jié)合以及變速器換擋三者的動作與時序?qū)崿F(xiàn)最佳匹配,從而獲得優(yōu)良的燃油經(jīng) 濟性與動力性能以及平穩(wěn)起步與迅速換擋的能力。 圖 16 AMT 的基本原理EMT 是指由電機主動同步的機械式自動變速器,主要用于并聯(lián)式混合動力汽車和純電動汽車 18。其 原理是通過電機調(diào)速來實現(xiàn)換擋,在混合動力系統(tǒng)中也能完成力矩耦合器實現(xiàn)的功能,即將發(fā)動機的力 矩和動力電池輸給電機的力矩進行耦合,輸給機械變速器的輸入端。變速器

26、在換擋時監(jiān)測機械變速器軸 端輸出轉(zhuǎn)速和電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速,通過程序控制不同檔位換擋點的機械變速器軸端輸出轉(zhuǎn)速,在調(diào)節(jié)電機 轉(zhuǎn)速至同步轉(zhuǎn)速來完成換擋過程。如果該結(jié)構(gòu)在電機的輸入端不連接發(fā)動機就可以作為純電動汽車的變 速機構(gòu)和驅(qū)動機構(gòu),其結(jié)構(gòu)如下圖 17所示。圖 17 EMT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖1第一轉(zhuǎn)速編碼器 , 2電機軸 , 3第一支撐軸承 , 4左端蓋 , 5電機殼體 , 6電機轉(zhuǎn)子 , 7第二支撐軸承 , 8變速器機 體 , 9一軸常嚙合齒輪 , 10一軸齒輪接合齒圈 , 11第一花鍵毅 , 12第一撥叉桿 , 13二軸檔齒輪接合齒圈 ,14二軸 檔齒輪 , 15二軸檔齒輪 , 16二軸檔齒輪接合齒

27、圈 , 17第二撥叉桿 , 18第二花鍵毅 ,19二軸 I 檔齒輪接合齒圈 , 20二軸 I 檔齒輪 , 21三支撐軸承 , 22二軸 , 23第二轉(zhuǎn)速編碼器 , 24支撐軸承 , 25中間軸 , 26中間軸 I 檔齒輪 , 27第 二接合套 , 28中間軸檔齒輪 , 29中間軸檔齒輪 , 30第一接合套 , 31滾珠軸承 , 32中間軸常嚙合齒輪 , 33第五支 撐軸承3. 五種自動變速器優(yōu)缺點的比較對于前文所介紹的五種種自動變速器 AT 、 CVT 、 DSG 、 AMT 、 EMT 各有其優(yōu)缺點。 AT 在現(xiàn)有車上 占主要部分,由于其誕生較早,發(fā)展時間較長,功能也比較齊全,但其結(jié)構(gòu)復雜,

28、難以維修,與相應的 發(fā)動機需要單獨匹配,故將會被淘汰。對我國而言, AT 技術(shù)依舊掌握在國外的整車廠手中,由于我國傳 統(tǒng)的機械制造、液壓技術(shù)等比較落后,所以在 AT 上要去發(fā)展,可發(fā)展的空間和可行性都很小。 CVT 被譽 為最理想的變速器,但其控制復雜、傳動帶的工作壽命有限等問題使其推廣較難,但它會長時間被各大 汽車廠所研究?，F(xiàn)今 CVT 在日本的推廣程度最高。 DSG 由于具有將基數(shù)擋和偶數(shù)擋分別布置在兩根不同 的軸上,采用兩個離合器,減少了換擋時間,增加了乘坐舒適性,但它不能實現(xiàn)越級換擋,同時結(jié)構(gòu)相 比也比較復雜,但相比 AT 效率較高,相比 MT 舒適性較好,也被看作具有廣闊市場的自動變

29、速器。 AMT 是 通過傳統(tǒng)的 MT 變換過來的,具有結(jié)構(gòu)簡單,維修容易,成本較低,同時現(xiàn)在 AMT 最多可以做到 12個檔位 數(shù),所以 AMT 在未來具有廣闊的前景。對于 AT 、 CVT 、 DSG 、 AMT 這四種自動變速器,國內(nèi)技術(shù)都處于落后地位,我國的自動變速器基本 全部依靠進口。以上四種自動變速器均可用于混合動力汽車中的動力系統(tǒng)中,但與傳統(tǒng)車相比,混合動 力汽車存在一個動力耦合問題,加上國內(nèi)在這些自動變速器上的空缺,可以考慮放棄這四種變速器在混 合動力汽車上的應用。混合動力汽車中存在電驅(qū)動動力系統(tǒng),就必將引入電機,將電機和傳統(tǒng)的齒輪軸 式變速器進行集成,利用電機調(diào)速來實現(xiàn)換擋,就

30、產(chǎn)生了電驅(qū)動式自動變速器(EMT , EMT 既能實現(xiàn) 變速功能,又能實現(xiàn)動力耦合,此處的動力耦合屬于機械耦合中的轉(zhuǎn)矩耦合。該自動變速器在帶離合器 時可以應用于并聯(lián)式混合動力汽車,在不帶離合器時可以應用與純電動汽車。對于應用與混合動力汽車上的 EMT ,控制的主要問題是起步和換擋,起步中最重要的問題就是離合 器的分離與結(jié)合,換擋是如何減小換擋沖擊,選擇合適的換擋點時研究的重點。在國內(nèi),關(guān)于自動變速 器的控制問題也發(fā)展較晚,較為落后。鑒于現(xiàn)今我國汽車工業(yè)的主要方向和現(xiàn)有的機械電子技術(shù),對于 電驅(qū)動自動變速器混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制的研究很具有必要性,相信在不就的將來 EMT 將會成為混合動 力系統(tǒng)

31、中的主要變速裝置和動力耦合裝置之一。參考文獻1王志福,張承寧等。電動汽車電驅(qū)動理論與設計 M.北京機械工業(yè)出版社:2012,7.2節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃 (2012-2020年 發(fā)布 J. 中國能源網(wǎng) .3GB/T 19596-2004,電動汽車術(shù)語 S.4倪光正,倪培宏,熊素銘譯 . 現(xiàn)代電動汽車、混合動力電動汽車和燃料電池車 -基本原理、理論和設計(原書第二版 M. 北京:機械工業(yè)出版社, 2008,1:128-205.5畢洪新 . 淺談變速器制造技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 J. 汽車工藝與材料, 2008(5:28-20.6陳清泉 , 孫逢春 , 祝嘉光 . 現(xiàn)代電動汽車技術(shù) M.北京:北京理工大學出版社 , 2002.7電動汽車網(wǎng) -電動汽車論壇( .8Amir Poursamad, Morteza Montazeri. Design of genetic-fuzzy control strategy for parallel hybrid electric vehiclesJ. Control engineering practice, 2008, 16(7:861-873.9Chi-Kuan Kao, Anthony L. Smith, Patrick B. Usoro. A five-spee