畢業(yè)論文-混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)設(shè)計(jì)研究

哈爾濱工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘要混合動(dòng)力汽車(chē)采用內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，其燃油消耗和排放都比傳統(tǒng)汽車(chē)低，并能滿足日益嚴(yán)格的汽車(chē)尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)。從整車(chē)效率、動(dòng)力性能、續(xù)駛里程和城市運(yùn)行工況等多方面綜合考慮，混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)為首選方案?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)動(dòng)力總成參數(shù)匹配技術(shù)是混合動(dòng)力汽車(chē)的核心技術(shù)之一，而一個(gè)良好的控制策略則是保證低油耗、低排放的關(guān)鍵。本文在如下幾方面做了詳細(xì)的研究工作：1、詳細(xì)地論述混合動(dòng)力系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)；對(duì)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，并選擇混合動(dòng)力系統(tǒng)的類(lèi)型；2、在確定功率需求的基礎(chǔ)上確定混和動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力總成的初步匹配方案，滿足排放標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)具有較好動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，并初步驗(yàn)證研究參數(shù)匹配的合理性；3、對(duì)混聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力及傳動(dòng)系統(tǒng)各主要部件的性能進(jìn)行選擇動(dòng)力裝置類(lèi)型和參數(shù)設(shè)計(jì)；參考混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)典型例子——豐田pruis的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，針對(duì)伊蘭特1.6進(jìn)行了混合動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)。4、在完成混合動(dòng)力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)行車(chē)工作模式的分析和參考串聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)與并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制策略，設(shè)計(jì)其控制系統(tǒng)；關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力；汽車(chē)；混聯(lián)；參數(shù)匹配；控制策略

AbstractThehybridelectricvehiclesatisfiedtheincreasinglystrictcriterionofvehicleexhaustemissionwithitsbetterperformanceonhighfueleconomyandlowemissionthantheConventionalVehicle,whichisstronglydependonthecooperationofbustionandelectromotor.Accordingtothecarefficiencypowerperformance,sailmileageandcityroutineetc,parallel-seriesHEVisfinallyadopted.TheHEVparameterdesignisoneofthecoretechnologiesandanicecontrolstrategyisthekeytoguaranteethelowemissionandfuelconsumption.Thisthesisintroducesthedevelopmentsasfollows:1.Discussesindetailthehybridelectricsystemforbasicstructure,anditsadvantagesanddisadvantages;thehybridelectricvehicledesignofthedynamicalsystemforanalysis,andselectthetypeofhybridelectricsystem;2.Indeterminingtheneedtodetermineonthebasisofamixturecontainingelectricvehiclepowertrainofmatch,atthesametimemeettheemissionstandardsfordeterminingglutamateispowerperformanceandfueleconomy,andpreliminaryvalidationofparametersmatchparametersreasonability;3.OnhybridHEVandtransmissionsystemperformanceacrossallthemajorpartsofthechoicespowerunittypeandparameterdesign;refertotheparallelhybridelectricvehicle:atypicalexampleofToyotapruisdrivesystem,carriedoutforelantra1.6hybridelectricsystemdesign;4.Uponcompletionofthehybridsystem,throughtheoperationmodeofanalysis,andreferenceserieshybridsystemandaparallelhybridsystemcontrolstrategy,designitscontrolsystem.KeyWord:hybridcars;PSHEV;parametermatching；controlstrategy目錄摘要.… IAbstract… II第1章緒論 11.1本課題的研究意義 11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.2.1我國(guó)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)研究概況 31.2.2國(guó)外混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)研究概況 41.3本論文的主要研究?jī)?nèi)容 5第2章混合電動(dòng)車(chē)的概述 62.1混合動(dòng)力汽車(chē)概念 62.2混合動(dòng)力系統(tǒng)的節(jié)能潛力 62.3混合動(dòng)力汽車(chē)的排放問(wèn)題 72.4混合電動(dòng)車(chē)的分類(lèi) 72.4.1串聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng) 82.4.2并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng) 92.4.3混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)(PSHEV) 102.5本章小結(jié) 11第3章動(dòng)力系統(tǒng)總成選型和參數(shù)設(shè)計(jì) 123.1引言 123.2混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力匹配總成選型 123.2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)選型 123.2.2混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)用電動(dòng)機(jī)選型 133.2.3混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)用儲(chǔ)能元件選型 173.3并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)匹配與性能指標(biāo) 183.3.1整車(chē)參數(shù)與性能指標(biāo) 183.3.2發(fā)動(dòng)機(jī)功率設(shè)計(jì) 193.3.3電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算 193.3.4電池參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算 213.3.5傳動(dòng)比的選擇 223.4本章小結(jié) 23第4章變速驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 244.1引言 244.2變速驅(qū)動(dòng)橋的總體布置 244.3傳動(dòng)裝置各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的確定 244.4齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核 254.5軸的校核 284.6軸承的選擇與校核 294.6.1幾種軸承的特點(diǎn) 294.6.2類(lèi)型的選擇 294.6.3校核軸承壽命 314.7花鍵的校核 334.8本章小結(jié) 34第5章混聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)控制策略設(shè)計(jì) 355.1引言 355.2混合動(dòng)力汽車(chē)控制策略概述 355.2.1串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)控制方法 365.2.2并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)控制方法 375.2.3混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)控制方法 385.3混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的工作模式及控制系統(tǒng) 395.4本章小結(jié) 40結(jié)論 41致謝 42參考文獻(xiàn).. 43第1章緒論1.1本課題的研究意義隨著全球經(jīng)濟(jì)以及汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，汽車(chē)保有量也在逐年急劇增加，但汽車(chē)數(shù)量的增加卻是城市大氣污染的主要來(lái)源，因此世界各國(guó)紛紛制定一系列十分嚴(yán)格的排放法規(guī)，強(qiáng)制要求生產(chǎn)低油耗小排放的汽車(chē)。但是，盡管目前內(nèi)燃機(jī)電控技術(shù)和三元催化等排氣凈化技術(shù)廣泛應(yīng)用，能夠大幅度的降低汽車(chē)的排放以及耗油量，可是能源緊張和排放帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題還是沒(méi)有從根本上得到解決。為此，全球的汽車(chē)制造商都尋找新的解決辦法，把主要精力放在研究開(kāi)發(fā)新型節(jié)能無(wú)污染的綠色汽車(chē)。目前，世界各國(guó)都在開(kāi)發(fā)新型節(jié)能無(wú)污染汽車(chē)，包括純電動(dòng)汽車(chē)EV(electricvehicle)、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)HEV(hybridelectricvehicle)和燃料電池汽車(chē)FCV(fuelcellvehicle)。純電動(dòng)汽車(chē)(ElectricVehicle簡(jiǎn)稱(chēng)EV)是一種節(jié)約石油能源、無(wú)污染的理想“零排放”汽車(chē)，因?yàn)樗肓穗婒?qū)動(dòng)模式，所以這種汽車(chē)加大非石油資源的利用率，無(wú)疑是解決上述問(wèn)題的有效途徑。純電動(dòng)汽車(chē)從上世紀(jì)70年代開(kāi)始發(fā)展，是發(fā)展時(shí)間最長(zhǎng)的汽車(chē)；但是其缺點(diǎn)也非常明顯，由于一次充電后的行駛里程較短，而且充電時(shí)間長(zhǎng)，能源補(bǔ)充不方便，另外在技術(shù)上很難解決廢舊電池的二次污染以及回收的問(wèn)題和純電動(dòng)汽車(chē)的蓄電池技術(shù)還未能獲得關(guān)鍵性突破，因此，其商業(yè)化進(jìn)展和市場(chǎng)推廣緩慢。氫燃料電池動(dòng)力汽車(chē)(FuelCellElectricVehicle，簡(jiǎn)稱(chēng)FCEV)，燃料電池是一種將氫和氧的化學(xué)能通過(guò)電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換電能的裝置，其最大特點(diǎn)是反應(yīng)過(guò)程不涉及燃燒和熱機(jī)做功。氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)不僅高效、低噪音，而且無(wú)污染、無(wú)二氧化碳排放，是一種新型的環(huán)保動(dòng)力源，另外，由于氫在地球中的蘊(yùn)藏十分豐富，氫氣來(lái)源極其廣泛，可以說(shuō)是取之不盡，用之不竭的能源。提取氫的方法非常方便，一是可通過(guò)石油、天然氣、甲醇、甲烷等進(jìn)行；二是可通過(guò)電解水制氫、生物制氫等方法獲取氫氣。但是其缺點(diǎn)主要是成本高昂，可靠性和運(yùn)行壽命較低，以及氫燃料基礎(chǔ)設(shè)施缺乏等因素，所以無(wú)法在短期內(nèi)取代傳統(tǒng)動(dòng)力汽車(chē)。在這種情況下，混合動(dòng)力汽車(chē)異軍突起，是目前新型清潔動(dòng)力汽車(chē)中最具有產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)化前景的車(chē)輛?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)將兩種或更多能量轉(zhuǎn)換技術(shù)和一種或更多的能量存儲(chǔ)技術(shù)集合為一體，使得混合動(dòng)力汽車(chē)能夠明顯減少汽車(chē)排放和降低油耗，難能可貴的是可以達(dá)到與傳統(tǒng)汽車(chē)同樣的行駛里程，另外混合動(dòng)力汽車(chē)燃料補(bǔ)充便利，節(jié)能、環(huán)保也是混合動(dòng)力汽車(chē)的主要特點(diǎn)，表1．1是四種車(chē)型的比較。表1.1四種車(chē)型的比較類(lèi)型燃油消耗續(xù)駛里程排放電池壽命加油站改造成本傳統(tǒng)汽車(chē)100100100100EV030—500100300—400FCV<5>5HEV40—6010040—60300—10000130—160注：表中數(shù)據(jù)表示比例關(guān)系從表1.1可以看出，EV和FCV都具有零排放的優(yōu)點(diǎn)，但是燃料電池的比能以及技術(shù)發(fā)展仍然是制約其市場(chǎng)化的一大瓶頸，所以不能滿足市場(chǎng)要求；HEV的燃油消耗和排放都比傳統(tǒng)汽車(chē)低，而且HEV對(duì)電池的要求不高，并能滿足日益嚴(yán)格的汽車(chē)尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)前，HEV已經(jīng)是汽車(chē)技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)重要的發(fā)展方向。但是，世界范圍內(nèi)更加嚴(yán)格的尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)使得現(xiàn)有的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)不能適應(yīng)新形勢(shì)的需要，其中大部分都存在著退市的危險(xiǎn)，目前我國(guó)大部分汽車(chē)廠商對(duì)這種情況的處理方法基本上都停留在改進(jìn)現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上，很少把發(fā)動(dòng)機(jī)、排氣系統(tǒng)和控制策略等因素進(jìn)行綜合考慮，已達(dá)到符合國(guó)III標(biāo)準(zhǔn)的目的，所以系統(tǒng)的研究新型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)就顯得尤為重要。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀混合動(dòng)力汽車(chē)的研究始于上世界90年代。其中，較早地提出采用大速比變化范圍的混合動(dòng)力汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究論文始見(jiàn)于1994年在英國(guó)召開(kāi)的InternationalGearingConference。近幾年，隨著混合動(dòng)力汽車(chē)(HEV)技術(shù)發(fā)展，使得混合動(dòng)力汽車(chē)有效地克服了傳統(tǒng)汽車(chē)與純電動(dòng)汽車(chē)(EV)的缺點(diǎn)并兼顧了兩者的優(yōu)點(diǎn)，在世界范圍內(nèi)已成為新型車(chē)輛開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，并且在降低汽車(chē)有害排放和燃油消耗方面的潛力已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可。自從1973年爆發(fā)了全球性石油危機(jī)之后，各國(guó)都開(kāi)始重視節(jié)約能源的重要意義，制定汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性法規(guī)和加強(qiáng)替代燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的研究。其中，混合動(dòng)力汽車(chē)就是最杰出的代表成果之一?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)采用了發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電機(jī)系統(tǒng)通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)裝置耦合在一起來(lái)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛，使得車(chē)輛降低燃料消耗量，同時(shí)通過(guò)整車(chē)控制策略控制發(fā)動(dòng)機(jī)、電池和電機(jī)在不同工況條件下，處于不同的工作模式，從而盡可能多的工作在各自的高效率區(qū)域，甚至還可以控制發(fā)動(dòng)機(jī)的起停來(lái)取消發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到明顯節(jié)能的目的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在占80％以上的道路條件下，一輛普通汽車(chē)僅利用了動(dòng)力潛能的40％，在走走停停的繁華市區(qū)甚至還會(huì)降到25％。而混合動(dòng)力汽車(chē)既可以發(fā)揮內(nèi)燃機(jī)持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，動(dòng)力性能好的優(yōu)點(diǎn)，又可以發(fā)揮電動(dòng)機(jī)無(wú)污染、低噪聲、能夠回收動(dòng)力的優(yōu)點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，使汽車(chē)的熱效率可提高40％以上，尾氣排放可減少30％以上。另一方面，混合動(dòng)力汽車(chē)在降低汽車(chē)有害排放方面的貢獻(xiàn)是顯而易見(jiàn)的，然而隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)力度的加大，更嚴(yán)格的汽車(chē)尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)運(yùn)而生。發(fā)達(dá)國(guó)家混合動(dòng)力汽車(chē)技術(shù)比較成熟，同時(shí)它們還是加快尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)的制定與頒布。比如在歐洲，根據(jù)歐洲議會(huì)2006年底表決通過(guò)的歐盟委員會(huì)的一項(xiàng)規(guī)定，從2009年9月1日起，歐盟銷(xiāo)售和行駛的民用車(chē)輛包括以柴油為燃料的汽車(chē)，都要執(zhí)行歐洲5號(hào)尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)。此前出廠的載重、工程和農(nóng)用柴油車(chē)，如在歐盟成員國(guó)境內(nèi)使用，也需加裝特殊的尾氣過(guò)濾裝置，以符合歐洲5號(hào)排放標(biāo)準(zhǔn)，不過(guò)實(shí)施日期可延緩一年。此外，從2009至2014年，歐洲汽車(chē)尾氣排放控制將逐漸過(guò)渡到更加嚴(yán)格的歐洲6號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)也在近期出臺(tái)國(guó)III標(biāo)準(zhǔn)，未達(dá)到國(guó)III標(biāo)準(zhǔn)的新車(chē)均不能在市場(chǎng)上銷(xiāo)售，也就是說(shuō)有部分車(chē)型正面臨著退出汽車(chē)市場(chǎng)。從目前的情況看，國(guó)外各大汽車(chē)生產(chǎn)廠商可能會(huì)從混合動(dòng)力汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、排氣系統(tǒng)和控制策略等綜合因素進(jìn)行考慮，從而達(dá)到更加嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，最終實(shí)現(xiàn)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)；國(guó)內(nèi)汽車(chē)廠商由于技術(shù)和設(shè)備等原因，最可能會(huì)對(duì)原有車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改造，已讓整車(chē)滿足國(guó)III標(biāo)準(zhǔn)，或者是更新?lián)Q代，推出下一代汽車(chē)。1.2.1我我國(guó)是石油資源十分緊缺的國(guó)家，我國(guó)的石油僅占世界石油資源的2％，從1993年開(kāi)始就己成為石油進(jìn)口國(guó)。為應(yīng)對(duì)能源緊缺問(wèn)題問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)社會(huì)可持續(xù)性發(fā)展，我國(guó)政府很早就開(kāi)始重視清潔高效汽車(chē)技術(shù)的開(kāi)發(fā)。我國(guó)在“八五”和“九五”期間都有計(jì)劃地開(kāi)展了電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和整車(chē)研制。我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的HEV要求節(jié)油率達(dá)到30％以上，已在幾個(gè)城市投入示范線路。長(zhǎng)安汽車(chē)(集團(tuán))有限責(zé)任公司在科技部、重慶市科委、中國(guó)兵器裝備集團(tuán)公司的大力支持下，聯(lián)合重慶大學(xué)承擔(dān)了ISG(IntegratedStarter／Generator)型混合動(dòng)力長(zhǎng)安轎車(chē)整車(chē)匹配項(xiàng)目，并己通過(guò)國(guó)家級(jí)驗(yàn)收。研制的混ISG型混合動(dòng)力轎車(chē)SC7130(羚羊)轎車(chē)的平臺(tái)上開(kāi)發(fā)，最高時(shí)速可達(dá)160Km／h，加速性能與同檔次的傳統(tǒng)汽車(chē)相當(dāng)，續(xù)駛里程大于500Km，最大爬坡度25％，節(jié)油30％。但是由于我國(guó)混合動(dòng)力汽車(chē)的研究工作起步比較晚，所以和國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)水平相比還有很大差距。我國(guó)的混合動(dòng)力汽車(chē)只是在原油汽車(chē)上簡(jiǎn)單地加載發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)組，由于缺乏高度自動(dòng)化的控制系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)，其結(jié)果造成兩種動(dòng)力源只是簡(jiǎn)單結(jié)合，缺乏統(tǒng)一協(xié)調(diào)。加上國(guó)III標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，目前可以知道的是10萬(wàn)元以內(nèi)的車(chē)型里有11個(gè)車(chē)型未達(dá)到國(guó)III標(biāo)準(zhǔn)，并且退市車(chē)型以6萬(wàn)元以下的車(chē)型為主；10萬(wàn)元以上車(chē)型里共有5個(gè)車(chē)型未達(dá)到國(guó)III標(biāo)準(zhǔn)；MPV多功能旅行車(chē)、SUV車(chē)型里共有48個(gè)車(chē)型未達(dá)到國(guó)III標(biāo)準(zhǔn)，并且退市車(chē)型以10萬(wàn)元以下的經(jīng)濟(jì)型SUV為主。國(guó)III標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后，上述車(chē)型將暫時(shí)推出市場(chǎng)，但是其中只有小部分車(chē)型會(huì)停產(chǎn)，大部分車(chē)型還是會(huì)經(jīng)過(guò)廠家對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的升級(jí)后重新回到市場(chǎng)。綜上，生產(chǎn)廠商對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改進(jìn)勢(shì)必要增加生產(chǎn)的成本，而廠家會(huì)把這些成本加到車(chē)價(jià)上去，車(chē)價(jià)的提升必定會(huì)帶來(lái)價(jià)格的提升，所以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的升級(jí)不是滿足國(guó)III標(biāo)準(zhǔn)的最終出路。這種情況造成國(guó)內(nèi)大部分汽車(chē)廠商的尷尬局面，所以研究在排放標(biāo)準(zhǔn)的前提下，對(duì)混合動(dòng)力汽車(chē)進(jìn)行系統(tǒng)的研究使其具有良好的動(dòng)力以及燃油經(jīng)濟(jì)性能已經(jīng)到了迫在眉睫的時(shí)候了。1.2.2上世紀(jì)九十年代以來(lái)，日本、美國(guó)、歐洲各大汽車(chē)公司紛紛開(kāi)始研制混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)。美國(guó)政府于1997年與克萊斯勒公司、福特公司和通用汽車(chē)公司合作，實(shí)施新型汽車(chē)合作計(jì)劃(PNGV)，該計(jì)劃制定的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)發(fā)的目標(biāo)是：2002年進(jìn)行試驗(yàn)性推廣，2004年達(dá)到全面商業(yè)化生產(chǎn)。福特公司開(kāi)發(fā)的“優(yōu)異2000”概念車(chē)試驗(yàn)平臺(tái)的性能已達(dá)到PNCV計(jì)劃的部分目標(biāo)：每加侖汽油行駛80英里。在1999年末，本田公司在日本、美國(guó)等國(guó)陸續(xù)開(kāi)始銷(xiāo)售的小型混合動(dòng)力轎車(chē)Insight就被美國(guó)環(huán)?？偸鹪u(píng)為2001年美國(guó)十大節(jié)能汽車(chē)的第一名，實(shí)現(xiàn)了35km／L的低油耗和80g／km的低CO2排放量。第二名是豐田公司的Prius混合動(dòng)力汽車(chē)。歐洲，最具代表的HEV是法國(guó)的Berlinge，在性價(jià)比上能與一般汽車(chē)相抗衡，代表了國(guó)際實(shí)用先進(jìn)水平。另外，瑞典沃爾沃公司也開(kāi)發(fā)出了混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)，時(shí)速可達(dá)90km。德國(guó)公司生產(chǎn)的并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)Duo已小批量生產(chǎn)，因?yàn)榈聡?guó)實(shí)施了新的汽車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)，所以人們把目光更多的寄托在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)身上。德國(guó)汽車(chē)工業(yè)也已實(shí)施新的排放標(biāo)準(zhǔn)和節(jié)能要求，將不允許百公里的油耗超過(guò)5升的轎車(chē)上路，這也將促使人們更多地把希望寄托在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)上。雖然，國(guó)外混合動(dòng)力汽車(chē)技術(shù)成熟、設(shè)備先進(jìn)。但是，歐洲5號(hào)排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)汽車(chē)尾氣排放的限制更加嚴(yán)格表現(xiàn)在多方面。以柴油車(chē)為例，歐洲4號(hào)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，柴油小客車(chē)的氮氧化物排放量為每公里250毫克以下，載重卡車(chē)為390毫克以下，而歐洲5號(hào)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此的限制分別為180毫克和280毫克。歐洲6號(hào)標(biāo)準(zhǔn)則更進(jìn)一步，規(guī)定柴油小客車(chē)氮氧化物的排放量每公里不得超過(guò)80毫克，載重卡車(chē)不超過(guò)125毫克。也就是說(shuō)，8年之后，歐盟行駛的各類(lèi)汽車(chē)，氮氧化物排放量將比現(xiàn)在減少三分之二以上。例如，目前風(fēng)靡歐洲的SUV幾乎100％使用柴油燃料，為加強(qiáng)環(huán)保，歐盟特地限定這一車(chē)型將于2012年提前兩年實(shí)行歐洲6號(hào)排放標(biāo)準(zhǔn)。所以說(shuō)，為了達(dá)到新的標(biāo)準(zhǔn)，各大汽車(chē)生產(chǎn)商必需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、排氣系統(tǒng)和控制策略等進(jìn)行改造，以及對(duì)燃料進(jìn)行深入的環(huán)保研究，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。綜上所述，從國(guó)內(nèi)外的研究情況可以看出新型汽車(chē)尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)的推出，可以推動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的再次升級(jí)。當(dāng)前世界汽車(chē)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入成熟發(fā)展期，隨著世界汽車(chē)保有量的越來(lái)越大，而減少汽車(chē)尾氣排放，不僅關(guān)系到氣候變化，同時(shí)也是未來(lái)汽車(chē)企業(yè)增加競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段，誰(shuí)能占據(jù)主動(dòng)，誰(shuí)就可能成為行業(yè)的領(lǐng)跑者。一旦汽車(chē)尾氣排放的研究取得突破，必將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。1.3本論文的主要研究?jī)?nèi)容本研究從系統(tǒng)入手，對(duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)各部件參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并制訂系統(tǒng)的控制策略。歸納起來(lái)，主要有以下幾方面內(nèi)容：（1）詳細(xì)地論述了混合動(dòng)力系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，并分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)；對(duì)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的研究和分析，最終確定混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)模型以及工作模式；（2）確定出混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的布置方案，并對(duì)該動(dòng)力系統(tǒng)的特點(diǎn)及功能進(jìn)行分析；（3）設(shè)計(jì)混聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)，合理選擇發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的功率、最高轉(zhuǎn)速、電池的功率及需要的儲(chǔ)存能量、傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式和傳動(dòng)比；（4）制定混合動(dòng)力系統(tǒng)能量分配的控制策略，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在經(jīng)濟(jì)區(qū)域，同時(shí)保證電池在一個(gè)完整的汽車(chē)行使循環(huán)工況內(nèi)保持能量平衡，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效果。第2章混合電動(dòng)車(chē)的概述2.1混合動(dòng)力汽車(chē)概念汽車(chē)已與人們的日常生活和生產(chǎn)密不可分。然而，眾多的燃油汽車(chē)排放所造成空氣質(zhì)量的日益惡化和石油資源的漸趨匱乏，使開(kāi)發(fā)低排放，低油耗的新型汽車(chē)成為當(dāng)今汽車(chē)工業(yè)界的緊迫任務(wù)。人們?cè)絹?lái)越關(guān)注其他燃料的汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)發(fā)，電動(dòng)汽車(chē)成為最主要的選擇之一。所謂混合電動(dòng)汽車(chē)，是在一輛汽車(chē)上同時(shí)配備電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和輔助動(dòng)力單元(APU),其中APU是燃燒某種燃料的原動(dòng)機(jī)或由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)組，目前所采用的原動(dòng)機(jī)一般為柴油機(jī)、汽油機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)。將產(chǎn)生動(dòng)力的部件與電能儲(chǔ)存元件與不同的方式結(jié)合起來(lái)，可以形成不同類(lèi)型的混合動(dòng)力汽車(chē)。簡(jiǎn)而言之，混合動(dòng)力汽車(chē)就是將傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)、電力驅(qū)動(dòng)裝置和儲(chǔ)能裝置結(jié)合在一起，它們之間的良好匹配和優(yōu)化控制，可充分發(fā)揮內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)的優(yōu)點(diǎn)，避免各自的不足，是當(dāng)今最具實(shí)際開(kāi)發(fā)意義的低排放和低油耗汽車(chē)。2.2混合動(dòng)力系統(tǒng)的節(jié)能潛力傳統(tǒng)汽車(chē)相比混合動(dòng)力汽車(chē)耗油的原因主要有以下幾種：(1)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率特性和汽車(chē)實(shí)際行駛工況的需求不匹配；(2)制動(dòng)能量的消耗（特別是在城市市區(qū)行駛）；(3)帶有液力變矩器的汽車(chē)在頻繁起停的時(shí)候傳動(dòng)效率很低?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)相比傳統(tǒng)ICE汽車(chē)之所以節(jié)油，主要結(jié)合上述在以下方面有所改進(jìn)：(1)作為動(dòng)力裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸有所減小。(2)通過(guò)控制能使發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)盡量靠近或在發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)區(qū)域，提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率，不足動(dòng)力由電機(jī)補(bǔ)充。(3)在汽車(chē)制動(dòng)時(shí)，控制電機(jī)以發(fā)電機(jī)模式工作進(jìn)行回饋制動(dòng)，將汽車(chē)的動(dòng)能或勢(shì)能部分回收。(4)在頻繁起停工況下：汽車(chē)停車(chē)時(shí)，若電池荷電狀態(tài)處于合理范圍，將發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，節(jié)省發(fā)動(dòng)機(jī)怠速油耗；在汽車(chē)起動(dòng)時(shí)，由電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，能避免帶有液力變矩器的汽車(chē)在起動(dòng)時(shí)的傳動(dòng)效率低的問(wèn)題。2.3混合動(dòng)力汽車(chē)的排放問(wèn)題在控制排放方面，混合動(dòng)力車(chē)有若干優(yōu)點(diǎn)，降低排排放的主要途徑如下。(1)純電動(dòng)模式運(yùn)行混合動(dòng)力汽車(chē)一般設(shè)計(jì)成具有純電動(dòng)運(yùn)行模式。這種混合電動(dòng)車(chē)在進(jìn)入車(chē)輛和人口密集的城市中心時(shí)，可以關(guān)閉其發(fā)動(dòng)機(jī)以純電動(dòng)方式工作，達(dá)到零排放，到了郊區(qū)時(shí)可重新啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。這種車(chē)輛還可以在晚上或停車(chē)時(shí)利用電網(wǎng)的電充電，類(lèi)似與純電動(dòng)汽車(chē)的情況。(2)降低發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)排放混合動(dòng)力車(chē)可采用電動(dòng)起步，當(dāng)車(chē)速達(dá)到預(yù)定值或車(chē)輛負(fù)荷達(dá)到預(yù)定水平時(shí)才啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，盡量使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在遠(yuǎn)離排放差的區(qū)域；采用功率小的發(fā)動(dòng)機(jī)意味著混合動(dòng)力車(chē)輛比起傳統(tǒng)車(chē)輛來(lái)，在常見(jiàn)負(fù)荷下，可在較高的額定功率下工作，效率更高、污染最??；動(dòng)力電池的功率緩沖能力可使發(fā)動(dòng)機(jī)縮短冷啟動(dòng)時(shí)間，從而減少整車(chē)?yán)鋯?dòng)是的排放?；旌蟿?dòng)力車(chē)還可以在停車(chē)、滑行、低負(fù)荷、制動(dòng)或蓄電池SOC到最大值時(shí)關(guān)掉發(fā)動(dòng)機(jī)，取消發(fā)動(dòng)機(jī)怠速，而當(dāng)需要發(fā)動(dòng)機(jī)輸出力矩時(shí)重新啟動(dòng)，這樣可以取消怠速時(shí)的排放，降低整車(chē)排放污染。2.4混合電動(dòng)車(chē)的分類(lèi)混合動(dòng)力系統(tǒng)可以按以下幾個(gè)方面分類(lèi)：從使用電池-電機(jī)與內(nèi)燃機(jī)的搭配比例來(lái)看，混合動(dòng)力車(chē)輛有微混合、輕混合、全混合、可外接電源充電混合動(dòng)力四種類(lèi)型。(1)微混合系統(tǒng)有時(shí)也叫“啟-?；旌稀?，依靠電池-電機(jī)的功率比例很小，車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)功率主要由內(nèi)燃機(jī)提供。電機(jī)僅作為內(nèi)燃機(jī)的啟動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)使用，微混合可實(shí)現(xiàn)5%~10%的皆有效果。(2)輕混合系統(tǒng)與微混合系統(tǒng)相比，驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的兩種動(dòng)力源中依靠電池-電機(jī)功率的比例增大，內(nèi)燃機(jī)的功率的比例相對(duì)減小。在車(chē)輛加速、爬坡等工況下，電機(jī)可向內(nèi)燃機(jī)提供輔助的啟動(dòng)力矩，但不能單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛。一般電機(jī)功率不超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率的10%，其節(jié)油可達(dá)10%~15%。(3)全混合系統(tǒng)與輕混合系統(tǒng)相比，驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的兩種動(dòng)力源中依靠電池-電機(jī)功率的比例更大，內(nèi)燃機(jī)功率的比例更小，電機(jī)和內(nèi)燃機(jī)都可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛，因此在低速、緩加速行駛、車(chē)輛起步行駛和倒車(chē)等情況下，車(chē)輛可以純電動(dòng)行駛；急加速時(shí)電機(jī)和內(nèi)燃機(jī)一起驅(qū)動(dòng)車(chē)輛，并有制動(dòng)能量回收的能力。電機(jī)功率為內(nèi)燃機(jī)最大功率的40%左右，其節(jié)油效果達(dá)30%~50%，但實(shí)際節(jié)油效果隨車(chē)輛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、行駛工況、開(kāi)車(chē)操作細(xì)節(jié)而變化。(4)可外接電源充電混合動(dòng)力系統(tǒng)該系統(tǒng)電機(jī)功率比例與純電動(dòng)情況相同，但內(nèi)燃機(jī)的功率比例與全混合系統(tǒng)的基本相同。從系統(tǒng)能量流和功率流的配置結(jié)構(gòu)關(guān)系看，可分為串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)。下面著重介紹這三種形式的混合動(dòng)力系統(tǒng)。2.4.1串聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2-1。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是圖2.1串聯(lián)式HEV驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電池組、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和控制器主要部件組成。發(fā)動(dòng)機(jī)僅僅用于發(fā)電，發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電能供給電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛。發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)集成組成一個(gè)系統(tǒng)，即輔助動(dòng)力單元，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率超過(guò)汽車(chē)行駛所需要的功率時(shí)，發(fā)電機(jī)發(fā)出的部分電能向電池充電，來(lái)延長(zhǎng)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的行駛里程。另外電池還可以單獨(dú)向電動(dòng)機(jī)提供電能來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)，使混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)在零污染狀態(tài)下行駛。串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的優(yōu)點(diǎn)：(1)發(fā)動(dòng)機(jī)能夠經(jīng)常保持在穩(wěn)定、高效、低污染的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，使有害排放氣體控制在最低范圍內(nèi)，并可采用燃?xì)廨啓C(jī)、轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)等其他形式的發(fā)動(dòng)機(jī)；(2)串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)從整體結(jié)構(gòu)上看，只有發(fā)電機(jī)－電動(dòng)機(jī)的電力系統(tǒng)，其特點(diǎn)更加趨近于電動(dòng)汽車(chē)。幾個(gè)大部件總成在電動(dòng)汽車(chē)上布置起來(lái)，將有較大的自由度。串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的缺點(diǎn)：(1)各部件總成各自的功率較大，外形較大，質(zhì)量也較大，在中小型電動(dòng)汽車(chē)上布置有一定的困難；(2)在發(fā)動(dòng)機(jī)－發(fā)電機(jī)－電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的熱能－電能－機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中，能量損失較大。因此發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的能量利用率要比內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)低。所以，串聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)較適合在大型客車(chē)上使用，該布置形式更適合于道路復(fù)雜的城市工況和山區(qū)公路運(yùn)行。在環(huán)保要求高的市區(qū)，汽車(chē)在起步和低速行駛時(shí)，可以關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入純電動(dòng)狀態(tài)，使汽車(chē)達(dá)到零排放的要求。2.4.2并聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)通過(guò)某種變速裝置同時(shí)與驅(qū)動(dòng)橋直接相連接。電動(dòng)機(jī)可以用來(lái)平衡發(fā)動(dòng)機(jī)所受的載荷，使其能在高效率區(qū)域工作，因?yàn)橥ǔ０l(fā)動(dòng)機(jī)工作在滿負(fù)荷(中等轉(zhuǎn)速)下，燃油經(jīng)濟(jì)性最好。當(dāng)車(chē)輛在較小的路面載荷下工作時(shí)，傳統(tǒng)車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性比較差，而并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)此時(shí)可以被關(guān)閉掉而只用電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，或者增加發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷使電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)，給蓄電池充電以備后用（即一邊驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，一邊充電）。由于并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)在穩(wěn)定的高速行駛下發(fā)動(dòng)機(jī)具有比較高的效率和相對(duì)較小的質(zhì)量，所以它在高速公路上行駛具有比較好的燃油經(jīng)濟(jì)性。并聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有兩條能量傳輸路線，可以同時(shí)使用電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，如果其中的一條驅(qū)動(dòng)線路出了問(wèn)題，另一個(gè)仍然可以驅(qū)動(dòng)汽車(chē)。這種設(shè)計(jì)方式可以使其以純電動(dòng)汽車(chē)，或低排放汽車(chē)的狀態(tài)運(yùn)行，但是此時(shí)不能提供全部的動(dòng)力能源。并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)通常有以下四種組合驅(qū)動(dòng)方式：(a)驅(qū)動(dòng)力結(jié)合式驅(qū)動(dòng)力結(jié)合式（見(jiàn)圖2.1A）電動(dòng)汽車(chē)采用一個(gè)小功率的發(fā)動(dòng)機(jī)，單獨(dú)地驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的前輪。另外一套電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)單獨(dú)地驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的后輪，可以在汽車(chē)啟動(dòng)、爬坡或加速時(shí)增加混合動(dòng)力汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)力。兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，也可以聯(lián)合驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，使電動(dòng)汽車(chē)變成四輪驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車(chē)。此種混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)具有四輪驅(qū)動(dòng)的特性。(b)轉(zhuǎn)矩結(jié)合式(雙軸式和單軸式)轉(zhuǎn)矩結(jié)合式并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)（見(jiàn)圖2.1，B、C）的發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)直接驅(qū)動(dòng)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)，并直接（單軸式）或間接（雙軸式）帶動(dòng)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)向蓄電池充電。蓄電池也可以向電動(dòng)/發(fā)電機(jī)提供電能，此時(shí)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)，可以用來(lái)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)或驅(qū)動(dòng)汽車(chē)。(c)轉(zhuǎn)速結(jié)合式轉(zhuǎn)速結(jié)合式并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)（見(jiàn)圖2.1，D）的發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)離合器和一個(gè)“動(dòng)力組合器”來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，電動(dòng)機(jī)也是通過(guò)“動(dòng)力組合器”來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)?？梢岳闷胀▋?nèi)燃機(jī)汽車(chē)的大部分傳動(dòng)系統(tǒng)的總成，電動(dòng)機(jī)只需通過(guò)“動(dòng)力組合器”與傳動(dòng)系統(tǒng)連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，改制容易，維修方便。通?！皠?dòng)力組合器”就是一個(gè)行星齒輪機(jī)構(gòu)，這種裝置可以使發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)之間的轉(zhuǎn)速可以靈活的分配，但它們組合在特定的“動(dòng)力組合器”中，因?yàn)椤皠?dòng)力組合器”使它們的轉(zhuǎn)矩固定在電動(dòng)汽車(chē)行駛時(shí)的轉(zhuǎn)矩上，要用調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度來(lái)與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速相互配合，才能獲得最佳傳動(dòng)效果，從而使得控制裝備變得十分復(fù)雜。圖2.1并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)方式并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的優(yōu)點(diǎn)：(1)發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)機(jī)械裝置直接與驅(qū)動(dòng)軸相聯(lián)，輸出能量的利用率高；(2)當(dāng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行輔助驅(qū)動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率可以適當(dāng)?shù)臏p??；(3)如果電動(dòng)機(jī)只是作為輔助能量時(shí)，功率可以取??；(4)由于有發(fā)電機(jī)補(bǔ)充能量，因此比較小的電池容量既可滿足使用要求；(5)各個(gè)部件的質(zhì)量、尺寸相對(duì)較小，因此適合布置在小型汽車(chē)上。并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的缺點(diǎn)：(1)由于并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況要受汽車(chē)行駛工況的影響，因此，在汽車(chē)行駛工況變化較多，較復(fù)雜時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)較多的在不良工況下運(yùn)行，因此排放污染較嚴(yán)重；(2)發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械連接使得機(jī)械裝置較為復(fù)雜，增加了整車(chē)布置的難度。因此，并聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最適合在城市間道路和高速公路上行駛，工況穩(wěn)定，發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性和排放性都會(huì)有所改善,和混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)相比較而言結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格也容易被廣大消費(fèi)者接受，在電池技術(shù)問(wèn)題沒(méi)有得到很好的解決的情況下，它將可能被廣泛應(yīng)用，但當(dāng)電池技術(shù)攻克，其優(yōu)越性較混聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)落后。2.4.3混聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是串聯(lián)式與并聯(lián)式的綜合，它的結(jié)構(gòu)形式和控制方式充分發(fā)揮了兩種驅(qū)動(dòng)形式各自的優(yōu)點(diǎn)。能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)等部件進(jìn)行更多的優(yōu)化匹配，從而在結(jié)構(gòu)上保證了在更復(fù)雜的工況下使系統(tǒng)工作在最優(yōu)狀態(tài)，因此更容易實(shí)現(xiàn)排放和燃油消耗的控制目標(biāo)。一種可能的設(shè)計(jì)方式是將串聯(lián)式和并聯(lián)式的所有部件用一個(gè)離合器連接起來(lái)，使車(chē)輛在某種情況下以串聯(lián)式工作，在另一種情況下則以并聯(lián)式工作。根據(jù)不同的驅(qū)動(dòng)條件來(lái)選擇具有優(yōu)勢(shì)的那一種驅(qū)動(dòng)方式。但是這種布置方式將會(huì)比單純的串聯(lián)式或并聯(lián)式增加更多的零部件，導(dǎo)致整車(chē)的尺寸增大和復(fù)雜程度增加。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是將發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)通過(guò)一個(gè)行星齒輪裝置連接起來(lái)。動(dòng)力從發(fā)動(dòng)機(jī)輸出到與其相連的行星架，行星架將一部分轉(zhuǎn)矩傳送到發(fā)電機(jī)，另一部分傳送到電動(dòng)機(jī)并輸出到驅(qū)動(dòng)軸。這種機(jī)構(gòu)有兩個(gè)自由度，可以自由的控制兩個(gè)不同的速度(例如：發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與差速器輸入的轉(zhuǎn)速)。此時(shí)車(chē)輛并不是串聯(lián)式或者并聯(lián)式，而是介于串聯(lián)和并聯(lián)之間，充分利用兩種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)。但其對(duì)控制系統(tǒng)的要求很高。本設(shè)計(jì)本著節(jié)能環(huán)保的理念選擇混聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)。2.5本章小結(jié)本章介紹了混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)不同的分類(lèi)方法和動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)形式，并重點(diǎn)介紹了串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式三種混合動(dòng)力汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，然后詳細(xì)分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，最后通過(guò)綜合考慮，本文確定混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)模型采用行星齒輪組混聯(lián)結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗诜€(wěn)定的高速行駛下發(fā)動(dòng)機(jī)具有比較高的效率和相對(duì)較小的質(zhì)量，而且具有比較好的燃油經(jīng)濟(jì)性，技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛。具體工作包括：(1)重點(diǎn)介紹串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及工作原理，并對(duì)上述三種混合動(dòng)力汽車(chē)各自的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析與說(shuō)明；(2)因?yàn)槊糠N混合動(dòng)力汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都有各自的特點(diǎn)，而且行駛工況是隨時(shí)變化的。所以，選擇哪種驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)要和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的設(shè)計(jì)目標(biāo)以及設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行匹配，判斷汽車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)以及行駛工況，再根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)和蓄電池的特性確定車(chē)輛的工作模式，最終合理的選擇本設(shè)計(jì)方案為混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力匹配總成選型和參數(shù)設(shè)計(jì)提供合理依據(jù)。第3章動(dòng)力系統(tǒng)總成選型和參數(shù)設(shè)計(jì)3.1引言本章首先論述了混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力總成的選型方案，具體的方案是：發(fā)動(dòng)機(jī)選擇Atkinson(艾金森)循環(huán)的Zetec-四缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)；電動(dòng)機(jī)選擇永磁交流電機(jī)；蓄電池元件選擇電化學(xué)鎳氫電池；變速器選擇行星齒輪組無(wú)級(jí)變速器。接下來(lái)，主要根據(jù)第二章所確定的混合類(lèi)型，以整車(chē)動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性為主要目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終得到混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)參數(shù)設(shè)計(jì)結(jié)果。3.2混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力匹配總成選型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力總成選型主要包括以下部分：發(fā)動(dòng)機(jī)、車(chē)用電動(dòng)機(jī)、儲(chǔ)能元件以及傳動(dòng)系等，本節(jié)主要根據(jù)混合動(dòng)力汽車(chē)的工作特性要求對(duì)動(dòng)力元件的選型方案進(jìn)行分析，最終選取符合整車(chē)設(shè)計(jì)性能的混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力總成元件。3.2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)選型在混合動(dòng)力系統(tǒng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)作為能量轉(zhuǎn)換裝置具有舉足輕重的作用，因此對(duì)其格外重視。混合動(dòng)力汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇必須考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)的使用和運(yùn)行模式。在混合動(dòng)力汽車(chē)中，為了達(dá)到某些特定目標(biāo)(最小排放、最小油耗、最小成本或以上目標(biāo)的綜合)，必須設(shè)計(jì)一個(gè)合理的控制策略，根據(jù)車(chē)輛的行駛工況和動(dòng)力部件的狀態(tài)，確定動(dòng)力系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式?；旌蟿?dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)并不是單獨(dú)提供加速或爬坡的峰值功率，而是和電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率通常由最常用或最經(jīng)濟(jì)車(chē)速對(duì)應(yīng)的需求驅(qū)動(dòng)功率確定，因而混合動(dòng)力汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)功率比燃油車(chē)小。為了提高燃油經(jīng)濟(jì)性，混合動(dòng)力汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)是被設(shè)置成在絕大多數(shù)時(shí)間在經(jīng)濟(jì)區(qū)域穩(wěn)定的運(yùn)行，即發(fā)動(dòng)機(jī)可運(yùn)行在較窄的范圍之內(nèi)。另外，某些混合動(dòng)力汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)是以開(kāi)關(guān)模式運(yùn)行，比燃油車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)更加頻繁地開(kāi)關(guān)。此外，在選用混合動(dòng)力汽車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)還要考慮到整車(chē)總布置問(wèn)題，這是因?yàn)樵诨旌蟿?dòng)力汽車(chē)上采用了多種動(dòng)力部件，而汽車(chē)的可用空間又非常有限，所選用的發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)有利于動(dòng)力傳動(dòng)系的合理布置。另外還要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲和振動(dòng)、可靠性、使用壽命、維護(hù)成本、運(yùn)行成本以及安全性能等因素?？紤]到上述因素并總結(jié)了目前各國(guó)在混合動(dòng)力汽車(chē)研究中所選用的發(fā)動(dòng)機(jī)方案，目前可以應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)主要有：轉(zhuǎn)子式發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)以及四沖程汽、柴油機(jī)等。表3.1列出了四種發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)以及動(dòng)力總成方案表3.1四種發(fā)動(dòng)機(jī)特點(diǎn)以及動(dòng)力總成方案發(fā)動(dòng)機(jī)形式特點(diǎn)應(yīng)用范圍轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)：(1)具有尺寸小、重量輕、暖機(jī)迅速和扭矩速度曲線平坦；(2)最小燃油消耗率較高，達(dá)到了300～360g／kw.h。缺點(diǎn)：廢氣排放量較高串聯(lián)燃?xì)廨啓C(jī)優(yōu)點(diǎn)：(1)尺寸小、維護(hù)成本低、噪聲和振動(dòng)小、在低轉(zhuǎn)速時(shí)能產(chǎn)生較大的扭矩，熱效率高，可采用多種燃料并且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單：(2)排放水平低，通過(guò)使用后處理器或者采用催化燃燒室還可達(dá)到準(zhǔn)零排放水平。缺點(diǎn)：響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)串聯(lián)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)：具有高的熱效率、低排放和低噪盧性能。缺點(diǎn)：功率密度低以及需要人的散熱裝置。串聯(lián)四沖程汽油機(jī)和柴油優(yōu)點(diǎn)：(1)技術(shù)成熟；(2)熱效率較高。缺點(diǎn)：排放較差，噪聲和振動(dòng)大，但采取技術(shù)后，上述缺點(diǎn)可以得到改善。串聯(lián)并聯(lián)對(duì)于混聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)，應(yīng)用目前技術(shù)成熟的先進(jìn)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)不失為最佳選擇。本文選擇四沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象。當(dāng)然，為進(jìn)一步降低油耗和排放，發(fā)動(dòng)機(jī)能夠適應(yīng)頻繁的開(kāi)關(guān)模式，開(kāi)發(fā)適合混合動(dòng)力汽車(chē)專(zhuān)用環(huán)保發(fā)動(dòng)機(jī)是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。3.2.2在混合動(dòng)力汽車(chē)應(yīng)用中，電動(dòng)機(jī)的選用應(yīng)滿足下列原則：(a)高性能、低重量和小尺寸；(b)在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)有較高的效率；(c)電磁輻射盡量??；(d)成本低。另外，對(duì)電動(dòng)機(jī)的選型還應(yīng)綜合考慮其控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，要求能實(shí)現(xiàn)雙向控制，對(duì)制動(dòng)再生能量可以回收。同時(shí)，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)對(duì)電機(jī)性能的基本要求為：(a)高電壓。在允許的范圍內(nèi)，盡可能采用高電壓，可以減小電機(jī)尺寸和導(dǎo)線等設(shè)備的尺寸，特別是可以降低逆變器的成本；(b)高轉(zhuǎn)速。高轉(zhuǎn)速電機(jī)體積較小，質(zhì)量較輕，有利于降低整車(chē)的整備質(zhì)量；(c)質(zhì)量輕。電機(jī)采用的輕型材料，以降低電機(jī)質(zhì)量、各種控制裝置的質(zhì)量等；(d)電機(jī)應(yīng)具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和較大范圍的調(diào)速性能，為車(chē)輛提供起動(dòng)、加速、行駛、減速、制動(dòng)等所需要的功率和轉(zhuǎn)矩，使混合動(dòng)力汽車(chē)具有良好的起動(dòng)性能和加速性能；(e)電機(jī)應(yīng)具有高效率、低損耗，并在車(chē)輛減速時(shí)，要求能實(shí)現(xiàn)雙向控制，實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)能量的回收；(f)裝備高壓保護(hù)設(shè)備。電動(dòng)機(jī)上的工作電壓可高達(dá)300V以上，對(duì)電氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的安全性都必須符合國(guó)家(或國(guó)際)有關(guān)車(chē)輛電氣控制安全性能的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。另外，電機(jī)還要求可靠性好、耐溫耐潮性強(qiáng)，電磁輻射盡量小，運(yùn)行時(shí)噪聲低，能夠在較惡劣的環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)期工作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合大批量生產(chǎn)，使用維修方便，價(jià)格便宜等。目前，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上混合動(dòng)力汽車(chē)常用的電動(dòng)機(jī)類(lèi)型為HEV通用型電機(jī)；該電動(dòng)機(jī)主要有直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)，它們有很多種型號(hào)、規(guī)格、結(jié)構(gòu)形式和控制方法，在電動(dòng)汽車(chē)上通常采用的電動(dòng)機(jī)有直流電動(dòng)機(jī)、交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、永磁電動(dòng)機(jī)和開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)等。圖3.1為HEV驅(qū)動(dòng)電機(jī)的分類(lèi)，包括直流電機(jī)、永磁無(wú)刷電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)等應(yīng)用較多的幾種電機(jī)圖3.1HEV驅(qū)動(dòng)電機(jī)的分類(lèi)(1)直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械特性好，調(diào)速方便而且性能好。由于直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有成本低、易于平滑調(diào)速、控制器簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。在早期開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)上多采用傳統(tǒng)的直流電動(dòng)機(jī)，但在低速低轉(zhuǎn)矩區(qū)，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率較低。圖3.2和圖3.3給出了混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率特性圖。由圖知，交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都具有較高的效率。在低速低轉(zhuǎn)矩區(qū)，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率僅有60％，而交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可達(dá)66～74％。交流電機(jī)在整個(gè)低扭矩區(qū)的效率也高于直流電機(jī)，這說(shuō)明交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)非常適合應(yīng)用與混合動(dòng)力汽車(chē)傳動(dòng)系。圖3.2交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率圖圖3.3直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率圖(2)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)交流感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)式90年代發(fā)展起來(lái)的，有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、價(jià)格低和堅(jiān)固耐用等特點(diǎn)，較適用于混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)，其控制可采用磁場(chǎng)定向矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制。但向量控制對(duì)電動(dòng)車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)也存在一定的問(wèn)題，如在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍內(nèi)，電機(jī)的勵(lì)磁電流分量保持恒定這會(huì)導(dǎo)致電機(jī)在輕載時(shí)鐵耗增加，使整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率下降。為克服這個(gè)不足可以通過(guò)采用最大效率控制，在向量控制的基礎(chǔ)上，結(jié)合最大效率控制，會(huì)使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在低速和高速運(yùn)行都會(huì)有較高的效率，相信這種控制方式會(huì)使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中具有強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力的。目前國(guó)外的一些汽車(chē)公司正在對(duì)交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和向量控制方法進(jìn)行研究和改進(jìn)，使交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)更加適合電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求。(3)交流異步電機(jī)交流異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要選用三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、成本低廉、轉(zhuǎn)速極限極高，采用矢量控制技術(shù)，其動(dòng)態(tài)性能可與直流電機(jī)調(diào)速相媲美。但交流異步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用的難題是其控制系統(tǒng)的控制技術(shù)難度大，導(dǎo)致它的控制軟、硬件成本都比較高、控制器的外形尺寸也比較大，但隨著電力電子技術(shù)、控制理論的發(fā)展以及感應(yīng)電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)日趨成熟，解決該問(wèn)題將不再困難。(4)永磁電動(dòng)機(jī)近年來(lái)，永磁材料在電機(jī)的廣泛應(yīng)用，采用稀土永磁的電機(jī)由于取消了電勵(lì)磁，充分利用了徑向空間，使體積大大減小，效率提高，同時(shí)在結(jié)構(gòu)方面的改進(jìn)，提高了可靠性，因此永磁直流電機(jī)仍是目前開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的一個(gè)選擇。永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要選用永磁無(wú)刷同步電機(jī)，該電機(jī)沒(méi)有激磁銅耗、效率較高(最大效率可達(dá)95％)、功率因數(shù)高、體積小、功率密度大(可以遠(yuǎn)大于1KW／kg)，變頻調(diào)速是永磁無(wú)刷同步電機(jī)的基本調(diào)速方式。目前最常用的是1200導(dǎo)通型PWM斬波控制IGBT逆變器，而且為了更好地改善轉(zhuǎn)矩控制，增加電池調(diào)節(jié)控制減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。但其主要不足是永磁材料昂貴，制造工藝復(fù)雜，性能受溫度影響較大(易退磁)，大功率輸出困難。由于其體積小和效率高有十分廣闊的應(yīng)用前景。根據(jù)永久磁鐵在永磁電動(dòng)機(jī)上的布置，可分為表面永磁性(SPM)和內(nèi)置永磁性(IPM)等幾種結(jié)構(gòu)形式。與相同功率的其它類(lèi)型的電動(dòng)機(jī)相比，永磁電動(dòng)機(jī)的體積更小，質(zhì)量更輕，更加適合作為電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)汽車(chē)用永磁電動(dòng)機(jī)主要有兩大類(lèi)：電流反饋控制的永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)和永磁交流同步電動(dòng)機(jī)。(5)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、可靠性高、起動(dòng)性能好、調(diào)速性能好，控制裝置也比較簡(jiǎn)單；實(shí)際應(yīng)用較少，但隨著技術(shù)的進(jìn)步，其開(kāi)始應(yīng)用在電動(dòng)車(chē)上。綜上所述，考慮到技術(shù)成熟度以及成本問(wèn)題，永磁電機(jī)是目前混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用最廣泛的電動(dòng)機(jī)，所以本課題選擇技術(shù)成熟和成本較低的永磁電機(jī)作為混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵部件。表3．2是幾種電動(dòng)機(jī)性能比較。表3.2幾種電動(dòng)機(jī)性能比較性能直流電機(jī)永磁電機(jī)異步電機(jī)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)最大效率(%)8595～9794～95≤90最高轉(zhuǎn)速(r/min)4000～60004000～100009000～1500015000電機(jī)費(fèi)用1010～158～126～10控制器成本l2．53．54．5堅(jiān)固性良良優(yōu)良可靠性普通良優(yōu)良注：電機(jī)費(fèi)用和控制成奉的數(shù)值代表的是比例關(guān)系在此本設(shè)計(jì)中選擇異步電機(jī)。3.2.3在混合動(dòng)力汽車(chē)中，儲(chǔ)能元件起著向電動(dòng)機(jī)供能及向動(dòng)力傳動(dòng)系輸出峰值功率的作用，其另外一個(gè)作用是吸收制動(dòng)再生能量并將其儲(chǔ)存起來(lái)。因此，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)上使用的儲(chǔ)能裝置應(yīng)盡可能滿足如下要求：(1)可在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)接收制動(dòng)功率；(2)為使儲(chǔ)能裝置不致太龐大和過(guò)重，要求其應(yīng)具有比較高的比功率和比能量；(3)混合動(dòng)力汽車(chē)上的儲(chǔ)能元件需要頻繁地充放電，因此要求其充放電特性較好、自放電率較低以及輸出效率較高，其使用壽命即循環(huán)充放電的次數(shù)應(yīng)較長(zhǎng)；(4)安全可靠，維修方便。(5)為降低整車(chē)的價(jià)格，應(yīng)盡可能降低儲(chǔ)能元件的成本。目前有可能應(yīng)用的幾種能量存儲(chǔ)裝置如表3.3所示。表3.3混合動(dòng)力汽車(chē)用能量存儲(chǔ)裝置表基本原理減速連接存儲(chǔ)裝置加速連接機(jī)械能無(wú)級(jí)變速CVT飛輪無(wú)級(jí)變速CVT電能一機(jī)械能發(fā)電機(jī)電動(dòng)飛輪電池電動(dòng)機(jī)電能發(fā)電機(jī)電化學(xué)電池/超級(jí)電容電動(dòng)機(jī)液壓能液壓泵儲(chǔ)能器液壓傳動(dòng)表3.4常用儲(chǔ)能裝置性能比較儲(chǔ)能裝置實(shí)現(xiàn)方式優(yōu)勢(shì)劣勢(shì)適用飛輪物理方法幾乎免維護(hù)價(jià)格昂貴重型卡車(chē)超級(jí)電容物理方法承受能力強(qiáng)、壽命優(yōu)越；比功率、循環(huán)效率高比能量較低輕度混合動(dòng)力車(chē)輛電化學(xué)電池化學(xué)方法可靠性高、技術(shù)成熟、原料易得、便宜比能量低壽命較短純電動(dòng)汽車(chē)混合動(dòng)力汽車(chē)燃料電池化學(xué)方法能量轉(zhuǎn)換效率高氫制取困難,成本高純電動(dòng)汽車(chē)由表3.4可知，飛輪電池和超級(jí)電容用作混合動(dòng)力汽車(chē)儲(chǔ)能元件仍存在著一些技術(shù)難點(diǎn)和缺陷，使得電化學(xué)電池成了目前混合動(dòng)力汽車(chē)儲(chǔ)能元件的主流。同時(shí)從蓄電池應(yīng)用的情況可以看出：鉛酸電池仍將在混合動(dòng)力汽車(chē)上得到廣泛應(yīng)用；鎳氫電池、鋰離子電池、鎳金屬氫化物電池隨著技術(shù)的不斷成熟、造價(jià)和使用成本的降低而成了中期目標(biāo)；燃料電池由于具有優(yōu)越的性能但技術(shù)開(kāi)發(fā)難度大、價(jià)位高而成了遠(yuǎn)期目標(biāo)。對(duì)于本項(xiàng)目將采用技術(shù)較成熟的鎳氫電池作為儲(chǔ)能元件。3.3并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)匹配與性能指標(biāo)3.3.1本文所研究的混合動(dòng)力汽車(chē)選用目前市場(chǎng)上Pruis轎車(chē)作為基礎(chǔ)車(chē)型，其基本參數(shù)如表3.5所示。整車(chē)性能開(kāi)發(fā)指標(biāo)如表3.6所示。表3.5參考車(chē)型整車(chē)基本參數(shù)整備質(zhì)量總質(zhì)量，Kg1277滿載質(zhì)量總質(zhì)量，Kg1652發(fā)動(dòng)機(jī)總排量，L1.53額定功率，KW/r/min58/4200最大扭矩，N.m/r/min102/4200變速器傳動(dòng)比范圍0.35～1.467主傳動(dòng)比2.885車(chē)輪輪轂15英寸合金輪轂輪胎195/60R15軸距2500mm重心高度60mm風(fēng)阻系數(shù)0.3迎風(fēng)面積2.52表3.6混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)性能開(kāi)發(fā)指標(biāo)動(dòng)力性最高車(chē)速(km／h)160加速性能≤16.5s(0～100km/h)最大爬坡度≥30％經(jīng)濟(jì)性等速行駛油耗(L／100km)≤3.2(90km／h等速油耗)多工況油耗(L／100km)≤4.0綜合油耗，(市區(qū)+市郊工況)排放國(guó)Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)3.3.2HEV的發(fā)動(dòng)機(jī)要求有一定的驅(qū)動(dòng)功率，有足夠的動(dòng)力性能和機(jī)動(dòng)性能，能夠滿足HEV的基本動(dòng)力性能要求，并且能夠與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)一起提供HEV所需的最大功率，使HEV達(dá)到或接近燃油汽車(chē)的動(dòng)力性能水平。混合動(dòng)力汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出功率Pmax的取值一般要依據(jù)車(chē)輛勻速行駛時(shí)的功率要求，即滿足下式：(3.4)式中，η—為傳動(dòng)效率(km／h)；m—為汽車(chē)質(zhì)量(kg)；g—為重力加速度(m/s2)；f—為滾動(dòng)阻力系數(shù)；C—為風(fēng)阻系數(shù)；A—為迎風(fēng)面積(m)；v—為最高車(chē)速(m/s)。上式的V應(yīng)為車(chē)輛額定行駛車(chē)速，即車(chē)輛經(jīng)常行駛時(shí)的平均車(chē)速Vavg，這里的V不能取設(shè)計(jì)目標(biāo)中的最大值Vmax。，因?yàn)樵诔鞘行旭傃h(huán)工況中，車(chē)輛的速度是達(dá)不到它的最大值，另外結(jié)合我國(guó)車(chē)輛和路況的實(shí)際情況，在這里確定V的取值要求為：(3.5)另外，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率還應(yīng)滿足式3．6所示：(3.6)本文采用了第二種計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)功率的方法，根據(jù)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)發(fā)指標(biāo)，該車(chē)在發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的時(shí)候應(yīng)該滿足70km／h的行駛速度，而且爬坡度應(yīng)大于10％，經(jīng)過(guò)最后計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)最小功率應(yīng)為Pmax=30Kw附近(這里還考慮了發(fā)動(dòng)機(jī)需要有10％左右充裕的功率為電池組充電)。3.3.3在低速低負(fù)荷時(shí)，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，利用電機(jī)啟動(dòng)整車(chē)，實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)單獨(dú)啟動(dòng)整車(chē)到規(guī)定車(chē)速的要求。在水平良好路面上，車(chē)輛的行駛加速度為：(3.7)式中：Ft—車(chē)輛行駛驅(qū)動(dòng)力(N)；Fw—車(chē)輛行駛空氣阻力(N)；Ff—車(chē)輛行駛滾動(dòng)阻力(N)；—轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量換算系數(shù)，對(duì)混聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)其計(jì)算式為：(3.8)式中：Iw—車(chē)輪總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Ig—與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸相連的所有發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和；Im—與電動(dòng)機(jī)輸出軸相連的所有電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和；im—?jiǎng)恿铣裳b置速比；ig—變速器速比。車(chē)輛由起步加速到速度V的加速時(shí)間為：(3.9)對(duì)于混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)在CYCEDDS循環(huán)工況下進(jìn)行仿真，可以得到電機(jī)峰值功率、整車(chē)啟動(dòng)時(shí)間和車(chē)速關(guān)系的仿真結(jié)果如表3.7所示。表3.7不同功率電機(jī)對(duì)應(yīng)的整車(chē)啟動(dòng)時(shí)間電機(jī)功率車(chē)輛參數(shù)33kw49kw58kw啟動(dòng)時(shí)間(s)0～5km／h0～10km／h1.83.03.20～15km／h由表3.7可見(jiàn)，若要求混合動(dòng)力汽車(chē)啟動(dòng)能力優(yōu)越，則電機(jī)的峰值功率應(yīng)不低于33kw，而選擇49kw和58kw整車(chē)的啟動(dòng)能力接近，所以應(yīng)該優(yōu)先考慮，本設(shè)計(jì)是基于全混合動(dòng)力的模型下進(jìn)行的，其混合度約為41%，故額定功率為30kw。3.3.4（一）電壓等級(jí)蓄電池的電動(dòng)勢(shì)是蓄電池在理論上輸出能量大小的度量之一，數(shù)值上等于熱力學(xué)的兩極平衡電極電位之差。電動(dòng)勢(shì)的大小由電池中所進(jìn)行的電化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)和反應(yīng)條件決定，與電池的形狀、尺寸無(wú)關(guān)。如果蓄電池其他條件相同，那么電動(dòng)勢(shì)越高的蓄電池，理論上能夠輸出的能量就越大。一般動(dòng)力電池組的電壓變化范圍在其額定電壓的(-35％—+25％)范圍內(nèi)，因而要求電機(jī)逆變器的IGBT承受電壓范圍為(220V～420V)，整個(gè)系統(tǒng)的電壓范圍必須一致，保證系統(tǒng)的運(yùn)行可靠。通過(guò)參考同類(lèi)車(chē)型選擇288V。（二）蓄電池實(shí)際容量蓄電池的容量是指在一定的放電條件下可以從蓄電池中獲得的電量。常用安培小時(shí)數(shù)(Ah)表示。一個(gè)蓄電池的容量又有理論容量、實(shí)際容量和額定容量之分。實(shí)際容量是指在一定的放電條件下蓄電池實(shí)際放出的電量，等于放電電流與放電時(shí)間的乘積。實(shí)際容量的計(jì)算方法為：恒定電流放電時(shí)：C=I·T(3.10)上式中，C為蓄電池的容量，單位Ah；I為恒定電流放電時(shí)的電流，單位為h，T為放電至終止電壓時(shí)的時(shí)間，單位為h。當(dāng)放電電流隨時(shí)間變化時(shí)，這時(shí)電池的容量可以表示為：(3.11)上式中，I為放電電流的大小，單位A；t是放電至終止電壓時(shí)間，單位h因此，為進(jìn)一步確定電池的容量參數(shù)，在參考同類(lèi)車(chē)型的情況下選擇電池容量為45Ah。（三）鎳氫電池荷電狀態(tài)(SOC)通常情況下把一定溫度的蓄電池充電到不能再吸收電量時(shí)的荷電狀態(tài)(SOC)定義為荷電狀態(tài)SOC=100％，而將蓄電池再不能放出電量時(shí)的荷電狀態(tài)定義為荷電狀態(tài)SOC=0％。對(duì)于鎳氫蓄電池，SOC可定義為：(3.12)上式中，Cr為某時(shí)刻蓄電池的剩余電量，單位為Ah；Cn是蓄電池以某放電電流放電時(shí)的初始總能量，單位是Ah。一般對(duì)于并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)應(yīng)在長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定運(yùn)行前后電池的SOC基本保持不變，所以︱SOC︱<0.05。但是，不同廠家的電池其SOC的最佳工作范圍有所不同，一般在0.6≤SOC≤0.8的范圍內(nèi)，這時(shí)電池組內(nèi)阻最小，效率最高。圖3.4為電池的內(nèi)阻與SOC的關(guān)系曲線。圖3.4電池充放電內(nèi)阻與SOC關(guān)系曲線3.3.5車(chē)輛傳動(dòng)比的選擇包括最小傳動(dòng)比的選擇、最大傳動(dòng)比的選擇和傳動(dòng)系檔數(shù)與各檔傳動(dòng)比的選擇，傳動(dòng)比選擇的是否合適對(duì)車(chē)輛的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性有很大的影響。(1)最小傳動(dòng)比的選擇汽車(chē)大多數(shù)時(shí)間是以最高檔行駛，即變速器的最小傳動(dòng)比檔位行駛。因此，最小傳動(dòng)比的選定很重要。傳動(dòng)系的總傳動(dòng)比是傳動(dòng)系中個(gè)部件傳動(dòng)比的乘積，即(3.13)上式中，ig為變速器傳動(dòng)比；io為主減速器傳動(dòng)比；ic為分動(dòng)器或副變速器傳動(dòng)比。主減速比對(duì)汽車(chē)的動(dòng)力性及燃油經(jīng)濟(jì)性均有重要影響。近年來(lái)為了提高燃油經(jīng)性，出現(xiàn)了減小最小傳動(dòng)比的趨勢(shì)。但在選擇最小傳動(dòng)比時(shí)，要考慮汽車(chē)在最高檔行駛時(shí)應(yīng)有足夠的動(dòng)力性能，既應(yīng)有足夠的最高檔動(dòng)力因素Domax，即一般汽車(chē)的io與Domax。一有以下關(guān)系：(3.14)另外，一般中、大型客車(chē)Domax取0.04～0.06，中級(jí)轎車(chē)Domax取0.1～0.15。(2)最大傳動(dòng)比的選擇確定最大傳動(dòng)比時(shí)，要考慮最大驅(qū)動(dòng)力或附著力、最大爬坡度和汽車(chē)最低穩(wěn)定車(chē)速三個(gè)方面。汽車(chē)爬坡時(shí)車(chē)速低，可忽略空氣阻力，汽車(chē)的最大驅(qū)動(dòng)力應(yīng)為：(3.15)得出，(3.16)上式中的a為車(chē)輛的爬坡度，一般車(chē)輛的爬坡度為30％。接下來(lái)，求出I檔的傳動(dòng)比后，應(yīng)該按照式3.17驗(yàn)證車(chē)輛的附著條件，具體公式如下：(3.17)上式，為附著力，在這里可以取0.5~0.6。綜上所述，經(jīng)計(jì)算的傳動(dòng)比分配如表3.8表3.8傳動(dòng)比分配表傳動(dòng)傳動(dòng)比太陽(yáng)輪與齒圈2.6鏈傳動(dòng)1中間齒輪傳動(dòng)1.467主減速器2.8853.4本章小結(jié)本章詳細(xì)地論述了混合動(dòng)力汽車(chē)的動(dòng)力總成各部件的選擇方法，以及同一部件不同類(lèi)型的優(yōu)缺。在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力總成元件確定后，確定了混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)總成的構(gòu)型方案。最后，以整車(chē)尾氣排放、動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性為主要目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，得到混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力總成各部件參數(shù)設(shè)計(jì)結(jié)果，為混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與模擬仿真提供可靠依據(jù)。第4章變速驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1引言本章主要進(jìn)行了混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力總成的機(jī)構(gòu)，將電機(jī)、電機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、主減速器、差速器融為一體，設(shè)計(jì)成變速驅(qū)動(dòng)橋。具體的方案是：變速驅(qū)動(dòng)橋的總體布置；傳動(dòng)裝置各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的確定；齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核；軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核；軸承的選擇與強(qiáng)度校核。4.2變速驅(qū)動(dòng)橋的總體布置變速驅(qū)動(dòng)橋的總體設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，布置簡(jiǎn)單，維修方便的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體布置如圖4.1發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)主電機(jī)行星齒輪組電機(jī)/發(fā)電機(jī)鏈輪從動(dòng)軸中間軸半軸圖4.1總體布置圖4.3傳動(dòng)裝置各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的確定經(jīng)以上選型確定動(dòng)力裝置的參數(shù)如表4.1表4.1動(dòng)力裝置的參數(shù)表動(dòng)力裝置最大功率kw額定功率kw額定轉(zhuǎn)速rpm最高轉(zhuǎn)速rpm最大扭矩n.m發(fā)動(dòng)機(jī)574340006000102主電機(jī)583012006000305電機(jī)/發(fā)電機(jī)231080001200057各軸的轉(zhuǎn)速齒圈軸N齒圈=Nm1=5989rpm鏈輪軸N鏈輪=5989/1=5989rpm中間軸N中間=5989/1.467=4082rpm主減半軸N半軸=4082/2.885=1415rpm各軸輸入功率齒圈軸P齒圈=98Kw鏈輪軸P鏈輪=98×0.96=94.08Kw中間軸P中間=94.08×0.96=90.31Kw主減半軸P半軸=90.31×0.96=86.7Kw各軸的輸入扭矩齒圈軸T齒圈=9550×P/N=9550×98÷5989=156Nm鏈輪軸T鏈輪=156×0.96×1=150Nm中間軸T中間=150×0.96×1.46=211Nm主減半軸T半軸=211×0.96×2.885=584Nm將上述計(jì)算結(jié)果匯總于表4.2表4.2動(dòng)力參數(shù)匯總表軸名功率P/kw轉(zhuǎn)矩T/N.m轉(zhuǎn)速n/rpm傳動(dòng)比效率齒圈軸98156598910.96鏈輪軸94.081.559890.961.467中間軸90.312.1140820.962.885主減半軸86.75.8414150.964.4齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核選取鏈輪主動(dòng)齒輪進(jìn)行計(jì)算：初步計(jì)算傳動(dòng)主要尺寸（4.1）式中參數(shù)(a)T—小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，T=150000Nmm(b)K—載荷系數(shù)1.2(c)—齒寬系數(shù)0.5(d)—彈性系數(shù)(e)U—傳動(dòng)比1.34(f)—節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)2.46(g)—重合度系數(shù)0.745初選30，44取=441.6631.014＞1(h)——螺旋角系數(shù)0.92(i)——許用接觸應(yīng)力由算的由機(jī)械設(shè)計(jì)查得壽命系數(shù)=2.5=2.35安全系數(shù)1.25壽命系數(shù)360Mpa360Mpa許用應(yīng)力=288Mpa=288Mpa初算小齒輪1的分度圓直徑d1，將所得的數(shù)據(jù)帶入式（4.1）得=93.175mm（4.2）修正小齒輪直95mm式中載荷系數(shù)1.3k==1.827確定模數(shù)2.78取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)=3計(jì)算中心距a113.5mm圓整為115mm則螺旋角=15分度圓直徑93.175mm136.66mm齒寬46.5mm50mm校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度（4.3）式中個(gè)參數(shù)(1)K、T、值同前；(2)齒寬b==47；(3)齒形系數(shù)和應(yīng)力修正系數(shù)。當(dāng)量齒數(shù)3247由機(jī)械設(shè)計(jì)查得2.52.351.621.68查得重合度系數(shù)0.72查得螺旋角系數(shù)0.92許用彎曲應(yīng)力可由式算得由機(jī)械設(shè)計(jì)查得壽命系數(shù)1.0安全系數(shù)1.25壽命系數(shù)288Mpa288Mpa許用應(yīng)力=360Mpa=360Mpa將所得的數(shù)據(jù)帶入式（4.3）得==118.3Mpa/Mpa=x=136Mpa滿足齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。同理可得各齒輪的參數(shù)如表4.3表4.3變速驅(qū)動(dòng)橋各齒輪參數(shù)表齒輪名模數(shù)分度圓中心距太陽(yáng)輪3600齒圈3156鏈輪主動(dòng)輪3106205鏈輪從動(dòng)輪3106中間軸主動(dòng)輪393115中間軸從動(dòng)輪3137主減主動(dòng)輪390305主減從動(dòng)輪32604.5軸的校核（1）輸入軸端最小直徑的計(jì)算輸入軸的材料采用合金鋼應(yīng)進(jìn)行正火處理由表機(jī)械設(shè)計(jì)10.4查得鏈輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.6軸承的選擇與校核4.6.1（一）、圓錐滾子軸承：可以同時(shí)承受徑向載荷及單向的軸向載荷（30000型以徑向?yàn)橹鳎?0000B型以軸向載荷為主）。內(nèi)外圈可以分離，安裝時(shí)可以調(diào)整軸承的游隙。一般成對(duì)使用，對(duì)稱(chēng)安裝。（二）、深溝球軸承：主要承受徑向載荷，也同時(shí)承受少量雙向軸向載荷。在高速時(shí)，可以用來(lái)承受純軸向載荷。工作中允許內(nèi)外圈軸線偏斜量。摩擦阻力小，極限轉(zhuǎn)速高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，應(yīng)用最廣泛。但承受沖擊載荷能力較差，適用于高速場(chǎng)合。（三）、角接觸球軸承：可以同時(shí)承受徑向載荷及單向的軸向載荷，公稱(chēng)接觸角α有15°、25°、40°三種，α越大，軸向承載能力也越大。由于一個(gè)軸承只能承受單向的軸向力，因而，一般成對(duì)使用，對(duì)稱(chēng)安裝。適用于轉(zhuǎn)速較高，同時(shí)承受徑向和軸向載荷場(chǎng)合。（四）、滾針軸承徑向尺寸緊湊切承載能力很大，價(jià)格低廉。但不能承受軸向載荷，摩擦系數(shù)較大，不允許有偏斜。常用于徑向尺寸受限制而徑向載荷又較大的裝置中。4.6.2選用軸承選擇時(shí)，首先是軸承的類(lèi)型，我國(guó)常用的標(biāo)準(zhǔn)軸承共分九種類(lèi)型，下面是正確選擇軸承類(lèi)型時(shí)應(yīng)考慮的幾大因數(shù)：（一）軸承的載荷軸承所受載荷的大小，方向和性質(zhì)是選擇軸承的主要依據(jù)。根據(jù)載荷的大小選擇軸承類(lèi)型時(shí)，由于滾子軸承中主要元件是線接觸，適宜用于承受較大的載荷，承載后的變形也較小。而球軸承中主要為點(diǎn)接觸，適宜用于承受較輕的或中等的載荷。故在載荷較小時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用球軸承。根據(jù)載荷的方向選擇軸承類(lèi)型時(shí)，對(duì)于純軸向載荷，一般選用推力滾子軸承。對(duì)于純徑向載荷，一般選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承。在軸承在承受徑向載荷的同時(shí)，還有不大的軸向載荷時(shí)，可選用深溝球軸承或接觸角不大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，當(dāng)軸向載荷較大時(shí)，可選用接觸角較大角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，或者選用向心軸承和推力軸承組合在一起的結(jié)構(gòu)，分別承擔(dān)徑向載荷和軸向載荷。（二）軸承的轉(zhuǎn)速在一般轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)速的高低對(duì)類(lèi)型的選擇不發(fā)生什么影響，只有在轉(zhuǎn)速較高時(shí)，才會(huì)有比較顯著的影響。從工作轉(zhuǎn)速對(duì)軸承的要求看，可以確定以下幾點(diǎn)：(1)球軸承與滾子軸承比較，有較高的極限轉(zhuǎn)速，故在高速時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用球軸承。(2)在內(nèi)徑相同的條件下，外徑越小，則滾動(dòng)體就越輕小，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)滾動(dòng)體在外圈滾道上的離心慣性力也就越小，因而也就更加適合于在更高的轉(zhuǎn)速下工作，故在高速時(shí)，宜選用超輕、特輕及輕系列的軸承。重及特重系列的軸承，只用于低速重載的場(chǎng)合。如用一個(gè)輕系列軸承而承載能力達(dá)不到要求時(shí)，可考慮采用寬系列的軸承，或者把兩個(gè)輕系列的軸承并裝在一起使用。(3)保持架的材料與結(jié)構(gòu)對(duì)軸承的轉(zhuǎn)速影響極大。實(shí)體保持架比沖壓保持架允許更高一些的轉(zhuǎn)速。(4)推力軸承的極限轉(zhuǎn)速均很低。當(dāng)工作轉(zhuǎn)速高時(shí)，若軸向載荷不十分大時(shí)，可以采用角接