新能源汽車底盤技術(shù)-學(xué)習(xí)任務(wù)2-新能源汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造與原理

新能源汽車底盤技術(shù)宋延?xùn)|學(xué)習(xí)目標(biāo)LEARNINGGOALS能夠正確判斷新能源汽車傳動(dòng)系統(tǒng)基本功用和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、主要總成的結(jié)構(gòu)和原理01能夠正確描述新能源汽車典型傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理和特點(diǎn)02學(xué)習(xí)任務(wù)2新能源汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造與原理學(xué)習(xí)任務(wù)2學(xué)習(xí)任務(wù)2新能源汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造與原理學(xué)習(xí)任務(wù)3汽車行駛系統(tǒng)構(gòu)造與原理2.12.2混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)純電動(dòng)汽車（EV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)2.3燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)2.4驅(qū)動(dòng)橋混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)2.1學(xué)習(xí)任務(wù)2新能源汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造與原理學(xué)習(xí)任務(wù)2新能源汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造與原理2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)概述定義：插電式混合動(dòng)力汽車（Plug-inHybridElectricVehicle，簡(jiǎn)稱PHEV）指的是采用內(nèi)燃機(jī)（ICE）和電動(dòng)機(jī)（MG）兩種動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)的汽車特點(diǎn)：充分發(fā)揮了內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性和電驅(qū)動(dòng)的經(jīng)濟(jì)性，具有很高的自由度，布置靈活，可根據(jù)車輛的不同動(dòng)力性需求設(shè)計(jì)傳動(dòng)形式。

分類油電混合汽車的特點(diǎn)在于其動(dòng)力輸出系統(tǒng)由內(nèi)燃機(jī)與電動(dòng)機(jī)共同組成，內(nèi)燃機(jī)與電動(dòng)機(jī)在組合動(dòng)力輸出方面有著非常靈活的選擇性。混合動(dòng)力車輛傳動(dòng)形式可分為：串聯(lián)型并聯(lián)型混聯(lián)型2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)混合動(dòng)力的傳動(dòng)系統(tǒng)基于車輛行駛需求，可實(shí)現(xiàn)化石能、電能的功率分流和匹配。其發(fā)展趨勢(shì)主要有：動(dòng)力鏈接方式多元化傳動(dòng)系統(tǒng)更加緊湊基于電機(jī)的輔助作用，可實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的無(wú)級(jí)傳動(dòng)2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)串聯(lián)型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車串聯(lián)型的特點(diǎn)在于發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)橋是串聯(lián)的，驅(qū)動(dòng)方式采用發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，將化石燃料的化石能轉(zhuǎn)化成為電能，進(jìn)而儲(chǔ)存或直接供給電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛。發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)橋采用的不是機(jī)械的固態(tài)鏈接，而以電能為介質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)能量在化石能和機(jī)械能、電能與機(jī)械能間的傳遞。變速方面可以施加有擋位的自動(dòng)變速器或是無(wú)擋位的固定齒比減速器等。典型的車型是理想系列的車型：理想ONE，L7、L8、L9等。2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)并聯(lián)型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車并聯(lián)型混合動(dòng)力汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)均通過(guò)某種類型的變速器與車輪有直接的連接。這種結(jié)構(gòu)會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速受到車速的影響，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)隨著電機(jī)輔助而增加?？衫秒姍C(jī)平衡發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩負(fù)荷，使發(fā)動(dòng)機(jī)在更高的效率區(qū)域工作。并聯(lián)型混合動(dòng)力車有兩種基本類型：以發(fā)動(dòng)機(jī)作為主要?jiǎng)恿υ?，電機(jī)助力；以電機(jī)作為主要?jiǎng)恿υ?，發(fā)動(dòng)機(jī)助力。并聯(lián)型混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)之間采用物理連接，導(dǎo)致并聯(lián)型控制比串聯(lián)型復(fù)雜得多。2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)混聯(lián)型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車混聯(lián)型混合動(dòng)力汽車綜合了串聯(lián)式和并聯(lián)式兩種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，既可以串聯(lián)式獨(dú)立運(yùn)行也可以并聯(lián)式獨(dú)立運(yùn)行，還可以混聯(lián)式運(yùn)行。這種結(jié)構(gòu)可使發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)按一定比例進(jìn)行工作。混聯(lián)式一般最少需要2個(gè)電機(jī)。2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)比亞迪第一代DM混動(dòng)系統(tǒng)比亞迪第一代DM混動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念主要以節(jié)能為技術(shù)導(dǎo)向，通過(guò)雙電機(jī)與單速普通外嚙合齒輪減速器的結(jié)構(gòu)搭配1.0升自吸三缸發(fā)動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)了純電、增程、混動(dòng)（包括直驅(qū)）、動(dòng)能回收四種驅(qū)動(dòng)方式。第一代DM混動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率為50kW，發(fā)電機(jī)峰值功率為25kW，驅(qū)動(dòng)電機(jī)峰值功率為50kW?？蓪?shí)現(xiàn)了純電百公里電耗16kWh/100km，綜合工況油耗2.7L/100km的成績(jī)。第一代DM混動(dòng)系統(tǒng)為插電式混動(dòng)系統(tǒng)，和純電汽車一樣，配有快充接口，可以在10分鐘內(nèi)充電50%。比亞迪第一代DM混動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)屬于經(jīng)典的P1、P3電機(jī)架構(gòu)。2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)比亞迪第一代DM混動(dòng)系統(tǒng)比亞迪第一代DM混動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)是：1）發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)（P1電機(jī)）直接連接；2）驅(qū)動(dòng)電機(jī)（P3電機(jī)）位于離合器后；3）通過(guò)離合器可控制發(fā)電機(jī)（P1電機(jī)）與驅(qū)動(dòng)電機(jī)（P3電機(jī)）耦合；4）所有的功率流最終通過(guò)減速器傳遞到輸出軸驅(qū)動(dòng)車輪。特點(diǎn)2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)比亞迪第一代DM混動(dòng)系統(tǒng)四種基本的驅(qū)動(dòng)模式特點(diǎn)13并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式：發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)且離合器耦合，此時(shí)發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)同時(shí)做功，共同驅(qū)動(dòng)車輛24串聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式（增程模式）：發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電供給電池，驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛。動(dòng)能回收模式：離合器斷開，驅(qū)動(dòng)電機(jī)回收動(dòng)能純電驅(qū)動(dòng)模式發(fā)動(dòng)機(jī)不啟動(dòng)，離合器分離，驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輛。2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)比亞迪第一代DM混動(dòng)系統(tǒng)四種基本的驅(qū)動(dòng)模式2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)比亞迪第一代DM混動(dòng)系統(tǒng)二種巡航模式巡航直驅(qū)模式：離合器耦合，發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)車輛，發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)不做功。巡航發(fā)電模式：發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，發(fā)電機(jī)發(fā)電給電池充電，離合器結(jié)合驅(qū)動(dòng)車輛，而此時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)不做功。2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)比亞迪DM-i混動(dòng)系統(tǒng)（EHS系統(tǒng)或E-CVT）第一代DM混動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念是節(jié)能省油，而比亞迪DM-i混動(dòng)系統(tǒng)則通過(guò)增加大功率電機(jī)和大容量電池，讓發(fā)動(dòng)機(jī)成為動(dòng)力的輔助部件，達(dá)到多用電，少用油的節(jié)油效果。比亞迪DM-i混動(dòng)系統(tǒng)包括自主研發(fā)了插混專用發(fā)動(dòng)機(jī)驍云1.5L和1.5Ti及其控制系統(tǒng)、電機(jī)控制系統(tǒng)和電池管理系統(tǒng)等核心控制系統(tǒng)，專門為比亞迪DM-i混動(dòng)系統(tǒng)研制的混動(dòng)專用變速器，比亞迪稱之為EHS系統(tǒng)或E-CVT，刀片電池：高放電倍率、可靈活搭配的混動(dòng)專用功率型刀片電池。2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)比亞迪DM-i混動(dòng)系統(tǒng)（EHS系統(tǒng)或E-CVT）驍云1.5L發(fā)動(dòng)機(jī)：驍云1.5L發(fā)動(dòng)機(jī)的峰值功率81kW、峰值扭矩135Nm，通過(guò)15.5超高壓縮比、阿特金森循環(huán)、高效的EGR（25%）、低摩擦和取消傳統(tǒng)輪系等多項(xiàng)技術(shù)優(yōu)化，理論上實(shí)現(xiàn)了43.04%熱效率的目標(biāo)。1.5Ti發(fā)動(dòng)機(jī)12.4的壓縮比，其渦輪增壓器采用了可變截面的設(shè)計(jì)，使得增壓器能在更寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)行增壓，即可保證在低轉(zhuǎn)速工況下的增壓效果，也不影響高轉(zhuǎn)速工況下的排氣壓力。2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)比亞迪DM-i混動(dòng)系統(tǒng)（EHS系統(tǒng)或E-CVT）混動(dòng)專用變速器混動(dòng)專用變速器比亞迪稱之為EHS（ElectricHybridSystem）系統(tǒng)，也可以理解為E-CVT。EHS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為串并聯(lián)雙電機(jī)結(jié)構(gòu)，對(duì)第一代DM混動(dòng)系統(tǒng)以電驅(qū)動(dòng)進(jìn)行了全面的優(yōu)化：比亞迪DM-i混動(dòng)系統(tǒng)將兩個(gè)轉(zhuǎn)速為16000轉(zhuǎn)的高速電機(jī)為并列放置，從而將整個(gè)混動(dòng)專用變速器的體積減小了約30%，同時(shí)減輕了約30%左右的重量。2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)比亞迪DM-i混動(dòng)系統(tǒng)（EHS系統(tǒng)或E-CVT）混動(dòng)專用變速器將發(fā)動(dòng)機(jī)直連發(fā)電機(jī)（P1電機(jī)或ISG電機(jī)），通過(guò)離合器與減速齒輪相連，最后走向輸出軸。而驅(qū)動(dòng)電機(jī)（P3電機(jī)）直接通過(guò)減速齒輪，最終功率同樣流向輸出軸，效率更高，更省油。型號(hào)發(fā)電機(jī)峰值功率（kW）驅(qū)動(dòng)電機(jī)峰值功率（kW）匹配的發(fā)動(dòng)機(jī)EHS132751321.5LEHS145751451.5LEHS160901601.5Ti2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)比亞迪DM-i混動(dòng)系統(tǒng)的工作模式：特點(diǎn)13并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式：在高速超車或者超高速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)脫離經(jīng)濟(jì)功率，控制系統(tǒng)讓電池在合適的時(shí)間介入，提供電能給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，與發(fā)動(dòng)機(jī)形成并聯(lián)模式24串聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式（增程模式）：發(fā)電機(jī)發(fā)電，驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輪。在中低速或加速時(shí)，切換為純電模式，經(jīng)濟(jì)模式下控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作在油耗最佳效率區(qū)，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)給電池充電。動(dòng)能回收模式：當(dāng)制動(dòng)時(shí)，動(dòng)能通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行回收能量純電驅(qū)動(dòng)模式在起步與低速行駛時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)由電池供能驅(qū)動(dòng)車輛2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)比亞迪DM-i混動(dòng)系統(tǒng)的工作模式：2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)比亞迪DM-i混動(dòng)系統(tǒng)（EHS系統(tǒng)或E-CVT）發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)模式：在高速巡航的時(shí)，通過(guò)EHS系統(tǒng)的離合器模塊結(jié)合將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力直接作用于車輪，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)鎖定在高效率區(qū)，同時(shí)為了避免發(fā)動(dòng)機(jī)能量的浪費(fèi)，發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)隨時(shí)待命，在發(fā)動(dòng)機(jī)功率有富余時(shí)，及時(shí)介入將能量轉(zhuǎn)化為電能，存儲(chǔ)在電池中，提高整個(gè)模式內(nèi)能量利用率。2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)比亞迪DM-i混動(dòng)系統(tǒng)主要特點(diǎn)從結(jié)構(gòu)和工作原理的復(fù)雜程度上，EHS系統(tǒng)或許并不驚艷，但在這套系統(tǒng)的背后有著幾項(xiàng)比較關(guān)鍵的技術(shù)。1）扁線電機(jī)：EHS系統(tǒng)中的電機(jī)采用了扁線成型繞組技術(shù)，電機(jī)的最高效率達(dá)到了97.5%，額定功率提高32%，高效區(qū)間（效率大于90%的區(qū)間）占比高達(dá)90.3%，質(zhì)量功率密度達(dá)到5.8kW/kg。2）自研的第四代IGBT系統(tǒng)：比亞迪電控的綜合效率高達(dá)98.5%，電控高效區(qū)（即電控效率超過(guò)90%的區(qū)域）占比高達(dá)93%，極大的降低了電控?fù)p耗，提高效率?？偟膩?lái)說(shuō)，EHS系統(tǒng)核心是讓發(fā)動(dòng)機(jī)專注在最佳效率區(qū)間運(yùn)行，而更多地發(fā)揮電機(jī)的作用。2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)比亞迪DM-i混動(dòng)系統(tǒng)主要特點(diǎn)3）刀片電池刀片電池對(duì)于整套比亞迪DM-i混動(dòng)系統(tǒng)而言，其重要性與驍云發(fā)動(dòng)機(jī)和EHS系統(tǒng)一樣。比亞迪DM-i混動(dòng)系統(tǒng)使用的刀片電池應(yīng)該與純電車型使用的刀片電池略有不同，官方稱之為混動(dòng)專用功率型刀片電池。刀片電池的特點(diǎn)：?jiǎn)喂?jié)電池電壓達(dá)到20V。電池組可靈活搭配：?jiǎn)蝹€(gè)電池組由10片至20片刀片電池組成，電量將在8.3~21.5kWh之間。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，空間利用率高2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)比亞迪DM-i混動(dòng)系統(tǒng)主要特點(diǎn)比亞迪DM-i混動(dòng)系統(tǒng)：一套以電為主的自研混動(dòng)系統(tǒng)，擁有三大核心混動(dòng)技術(shù)，四種主要的混動(dòng)模式。比亞迪DM-i混動(dòng)系統(tǒng)最可貴的點(diǎn)在于：比亞迪擁有電池、電控到電控芯片等關(guān)鍵部件研發(fā)和制造的能力。應(yīng)用車型有：比亞迪DM-i混動(dòng)系統(tǒng)的比亞迪秦PLUSDM-i、宋ProDM-i車型等。2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)行星齒輪變速機(jī)構(gòu)行星齒輪變速機(jī)構(gòu)行星齒輪機(jī)構(gòu)的組成包括太陽(yáng)輪、齒圈和行星架，行星輪雖然參與傳動(dòng)，但是其作用相當(dāng)于中間過(guò)渡的惰輪，在進(jìn)行傳動(dòng)比計(jì)算時(shí)，不考慮其對(duì)傳動(dòng)比的影響。行星齒輪機(jī)構(gòu)的作用是可以提供幾個(gè)不同的傳動(dòng)比供選擇，而改變傳動(dòng)比則需要換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行。換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用是實(shí)現(xiàn)擋位的變換。單排行星齒輪機(jī)構(gòu)是由一個(gè)太陽(yáng)輪1、一個(gè)帶有三個(gè)和多個(gè)行星齒輪的行星架3和一個(gè)齒圈2組成。若設(shè)太陽(yáng)輪、齒圈和行星架的轉(zhuǎn)速分別為n1、n2和n3，太陽(yáng)輪和齒圈齒數(shù)分別為zl和z2，齒圈與太陽(yáng)輪的齒數(shù)比為α。根據(jù)能量守恒定律，可得單排行星齒輪機(jī)構(gòu)一般運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特性方程式：

2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)行星齒輪變速機(jī)構(gòu)行星齒輪機(jī)構(gòu)與外嚙合齒輪機(jī)構(gòu)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）所有行星齒輪均參與工作，都承受載荷，行星齒輪工作更安靜，強(qiáng)度更大。2）行星齒輪工作時(shí)，齒輪間產(chǎn)生的作用力由齒輪系統(tǒng)內(nèi)部承受，不傳遞到變速器殼體，變速器可以設(shè)計(jì)得更薄、更輕。3）行星齒輪機(jī)構(gòu)采用內(nèi)嚙合與外嚙合相結(jié)合的方式，與單一的外嚙合相比，減小了變速器尺寸。4）行星齒輪系統(tǒng)的齒輪處于常嚙合狀態(tài)，不存在換擋時(shí)的齒輪沖擊，工作平穩(wěn)，壽命長(zhǎng)。狀態(tài)固定部件輸入部件輸出部件傳動(dòng)比旋轉(zhuǎn)方向擋位1齒圈太陽(yáng)輪行星架1+α同向降速擋2齒圈行星架太陽(yáng)輪1/（1+α）同向超速擋3太陽(yáng)輪齒圈行星架1+1/α同向降速擋4太陽(yáng)輪行星架齒圈α/（1+α）同向超速擋5行星架太陽(yáng)輪齒圈-α反向倒擋（降速擋）6行星架齒圈太陽(yáng)輪-1/α反向倒擋（超速擋）7無(wú)任意兩個(gè)第三元件1同向同速直接擋8無(wú)不定不定0不動(dòng)空擋單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的工作8種狀態(tài)2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)行星齒輪變速機(jī)構(gòu)辛普森式行星齒輪機(jī)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：辛普森式行星齒輪機(jī)構(gòu)將兩個(gè)單行星的行星齒輪機(jī)構(gòu)有機(jī)的組合在一起，通過(guò)不同的組合方式，可以得到多種傳動(dòng)比。優(yōu)點(diǎn)：辛普森式行星齒輪機(jī)構(gòu)具有傳動(dòng)效率高、構(gòu)件的轉(zhuǎn)速較低、內(nèi)部無(wú)功率循環(huán)、由齒圈輸入動(dòng)力對(duì)強(qiáng)度有利等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1）兩排單行星的行星齒輪機(jī)構(gòu)共用一個(gè)太陽(yáng)輪；2）前排行星齒輪機(jī)構(gòu)的行星架和后排行星齒輪機(jī)構(gòu)的齒圈連接并作為輸出。辛普森式行星齒輪機(jī)構(gòu)的一般運(yùn)動(dòng)方程式：B0-超速擋制動(dòng)器

F0-超速擋單向離合器

C0-超速擋離合器B1-2擋滑行制動(dòng)器

F1-2擋單向離合器

C1-前進(jìn)擋離合器

B2-2擋制動(dòng)器

F2-低擋單向離合器

C2-高擋及倒擋離合器

B3-低擋及倒擋制動(dòng)器

2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)行星齒輪變速機(jī)構(gòu)拉維娜式式行星齒輪機(jī)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：由一個(gè)單行星齒輪式行星排和一個(gè)雙行星齒輪式行星排組合而成：大太陽(yáng)輪和長(zhǎng)行星輪、行星架、齒圈共同組成一個(gè)單行星齒輪式行星排；小太陽(yáng)輪、短行星輪、長(zhǎng)行星輪、行星架和齒圈共同組成一個(gè)雙行星齒輪式行星排。拉威娜式行星齒輪機(jī)構(gòu)中設(shè)置5個(gè)換擋執(zhí)行元件（2個(gè)離合器、2個(gè)制動(dòng)器和1個(gè)單向離合器）。主要特點(diǎn)：2個(gè)行星排共用一個(gè)齒圈和一個(gè)行星架。因此它只有4個(gè)獨(dú)立元件：即大太陽(yáng)輪、小太陽(yáng)輪、行星架、齒圈。這種行星齒輪機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、傳動(dòng)比變化范圍大、靈活多變等特點(diǎn)。1-輸入軸2-大太陽(yáng)輪3-小太陽(yáng)輪4-長(zhǎng)行星輪5-短行星輪6-齒圈7-輸出齒輪8-主減速器齒圈B1-1號(hào)制動(dòng)器：制動(dòng)大太陽(yáng)輪B2-2號(hào)制動(dòng)器：制動(dòng)行星架F-單向離合器：限制行星架逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)C1-1號(hào)離合器：連接輸入軸與大太陽(yáng)輪C2-2號(hào)離合器：連接輸入軸與小太陽(yáng)輪C3-3號(hào)離合器：連接輸入軸與行星架

2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)換擋執(zhí)行元件行星齒輪變速器中的所有齒輪都處于常嚙合狀態(tài)，擋位變換必須通過(guò)以不同方式對(duì)行星齒輪機(jī)構(gòu)的基本元件進(jìn)行約束（即固定或連接某些基本元件）來(lái)實(shí)現(xiàn)。能對(duì)這些基本元件實(shí)施約束的機(jī)構(gòu)，就是行星齒輪變速器的換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由離合器、制動(dòng)器和單向離合器三種執(zhí)行元件組成，離合器和制動(dòng)器是以液壓方式控制行星齒輪機(jī)構(gòu)元件的旋轉(zhuǎn)，而單向離合器則是以機(jī)械方式對(duì)行星齒輪機(jī)構(gòu)的元件進(jìn)行鎖止。1）多片離合器：離合器所傳遞的轉(zhuǎn)矩對(duì)離合器的輪廓尺寸有決定性的影響，根據(jù)離合器能全部傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩來(lái)選擇。離合器所能傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩M可以下式表示：式中M—離合器所能傳遞的轉(zhuǎn)矩；Z—摩擦面數(shù)；f—摩擦系數(shù)；P—作用在摩擦面上的總壓緊力；Rm—摩擦片平均摩擦半徑。2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)換擋執(zhí)行元件自動(dòng)變速器中的離合器多采用濕式多片離合器，雖然其摩擦系數(shù)f和摩擦片平均摩擦半徑Rm較小，但是其通過(guò)增加摩擦面數(shù)Z和作用在摩擦面上的總壓緊力P，同樣能夠滿足傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的需要。作用：濕式多片離合器是用來(lái)連接輸入軸或輸出軸和某個(gè)基本元件，或?qū)⑿行驱X輪機(jī)構(gòu)中某兩個(gè)基本元件連接在一起實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的傳遞。構(gòu)造：一般為多片摩擦式，是液壓控制的執(zhí)行元件。基本組成：離合器鼓、離合器活塞、回位彈簧、離合器片（鋼片、摩擦片）、花鍵轂、摩擦片與旋轉(zhuǎn)的花鍵轂的齒鍵連接，可軸向移動(dòng)，為輸入端，片上有鋼基粉末冶金層或合成纖維層。從動(dòng)鋼片與轉(zhuǎn)動(dòng)鼓的內(nèi)花鍵連接也可軸向移動(dòng)，可輸出扭矩?；钊麨榄h(huán)狀，另外活塞上有密封圈、回位彈簧。2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)換擋執(zhí)行元件工作情況：離合器接合：當(dāng)壓力油經(jīng)油道進(jìn)入活塞左面的液壓缸時(shí)，液壓力克服彈簧力使活塞右移，將所有離合器片壓緊。離合器分離：當(dāng)控制閥將作用在離合器液壓缸的油壓力撤除后，離合器活塞在回位彈簧的作用下回復(fù)原位，并將缸內(nèi)的變速器油從進(jìn)油孔排出。離合器自由間隙：離合器處于分離狀態(tài)時(shí)，離合器片之間有一定的軸向間隙，以保證鋼片和摩擦片之間無(wú)軸向壓力。1-輸入軸2-活塞3-密封圈4-鋼片

5-摩擦片6-卡環(huán)7-輸出軸8-回位彈簧9-單向閥2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)換擋執(zhí)行元件安全閥的功用：為保證離合器分離徹底，在離合器的活塞上常常設(shè)置安全閥，壓力油進(jìn)入液壓缸時(shí)，鋼球在油壓作用下壓緊在閥座上，安全閥處于關(guān)閉狀態(tài)，保證液壓缸的密封。壓力油排出時(shí)，缸體內(nèi)的壓力下降，安全閥在離心力作用下離開閥座處于開啟狀態(tài)，殘留在缸內(nèi)的液壓油因離心力作用排出，使離合器分離徹底。2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)換擋執(zhí)行元件2）制動(dòng)器制動(dòng)器的功用是固定行星齒輪機(jī)構(gòu)中的基本元件，阻止其旋轉(zhuǎn)。在自動(dòng)變速器中常用的制動(dòng)器有濕式多片制動(dòng)器和帶式制動(dòng)器兩種。多片式制動(dòng)器：多片式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)與片式離合器相同。不同之處是制動(dòng)器從動(dòng)片的外花鍵齒與固定的變速器外殼連接，可軸向移動(dòng)，以便接合時(shí)將主動(dòng)件制動(dòng)，使行星齒輪機(jī)構(gòu)改組換擋。該種制動(dòng)器接合的平順性好，間隙無(wú)須調(diào)整，其缺點(diǎn)是軸向尺寸大。1-摩擦片2-鋼片3-齒圈4-行星架5-行星齒輪6-太陽(yáng)輪7-回位彈簧8-活塞9-密封圈2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)換擋執(zhí)行元件2）制動(dòng)器帶式制動(dòng)器：帶式制動(dòng)器由制動(dòng)帶、油缸、活塞和調(diào)整件組成，外彈簧為活塞的回位彈簧。內(nèi)彈簧為旋轉(zhuǎn)鼓反作用力的緩沖彈簧，防止活塞振動(dòng)。調(diào)整點(diǎn)多在帶的支撐端，可在體外調(diào)整或拆下油底調(diào)整。擰動(dòng)調(diào)整螺栓來(lái)調(diào)整（旋緊再松2~3圈），調(diào)好后再用鎖緊螺母鎖緊。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于安裝，帶式制動(dòng)器軸向尺寸小可縮短變速器的長(zhǎng)度。缺點(diǎn)：使變速器殼體上產(chǎn)生局部的高應(yīng)力區(qū)；制動(dòng)帶磨損后需要調(diào)整間隙；工作的平順性差，控制油路中多配有緩沖閥。1-活塞桿2-活塞3-制動(dòng)鼓4-調(diào)整螺釘5-制動(dòng)帶6-工作油路2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)換擋執(zhí)行元件3）單向離合器作用：?jiǎn)畏较蚬潭ㄐ行驱X輪機(jī)構(gòu)中某個(gè)基本元件的轉(zhuǎn)動(dòng)。常見形式：滾柱斜槽式（液力變矩器常用）和楔塊式（行星齒輪變速機(jī)構(gòu)常用）。作用：是允許內(nèi)外座圈可以沿著一個(gè)方向（如順時(shí)針）可以相對(duì)靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，相反方向時(shí)（如逆時(shí)針）則將內(nèi)外座圈鎖住成為一體。1-外座圈2-內(nèi)座圈3-滾子4-彈簧2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)換擋執(zhí)行元件3）單向離合器楔塊式單向離合器的基本工作原理：內(nèi)外環(huán)的間距為B，而楔塊有兩個(gè)長(zhǎng)度A和C，當(dāng)內(nèi)環(huán)相對(duì)于外環(huán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于摩擦力的作用，帶動(dòng)楔塊作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，由于C<B，因此兩者可以順利轉(zhuǎn)動(dòng)。而當(dāng)內(nèi)環(huán)有相對(duì)于外環(huán)逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，由于摩擦力的作用，帶動(dòng)楔塊作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，由于A>B，楔塊將兩者緊緊地鎖止在一起。不能夠有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。利用單向離合器的這種鎖止功能，可實(shí)現(xiàn)鎖止行星齒輪機(jī)構(gòu)的基本元件，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)換擋功能。2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS在深入的理解行星齒輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和工作原理之后，我們就很好的能夠理解豐田THS系統(tǒng)的特點(diǎn)和工作原理。豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展了四代，即THS-Ⅰ、THS-Ⅱ、THS-Ⅲ、THS-Ⅳ，分別用在不同時(shí)期的車型當(dāng)中。作為最早投入使用的普銳斯車系，一共四代都分別使用了四代混合動(dòng)力系統(tǒng)。2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS第一代豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS-Ⅰ第一代豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS-Ⅰ，圖左側(cè)為1NZ-FXE型1.5L的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，圖右側(cè)為整套E-CVT的結(jié)構(gòu)，MG1電機(jī)和MG2電機(jī)之間有一套行星齒輪組；最終輸出是通過(guò)鏈條傳動(dòng)到最終輸出端。以后的三代混合動(dòng)力系統(tǒng)也是運(yùn)用這個(gè)基本設(shè)計(jì)原理。2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS第二代豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS-ⅡTHS-Ⅱ仍然采用1NZFXE型1.5L的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)；E-CVT部分除了提高效率以外都是小調(diào)節(jié)為主，并沒(méi)有太大的改動(dòng)，依然是使用鏈條傳動(dòng)。但整個(gè)運(yùn)算系統(tǒng)和邏輯進(jìn)行了重新計(jì)算，發(fā)動(dòng)機(jī)效率獲得提高。1）THS-II混合動(dòng)力系統(tǒng)的組成豐田第二代混合動(dòng)力系統(tǒng)THS-II主要部件有汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、MG1電機(jī)、MG2電機(jī)、行星齒輪、減速機(jī)構(gòu)等，THS-II中帶有兩臺(tái)電機(jī)：MG1電機(jī)和MG2電機(jī)。MG1電機(jī)主要作為發(fā)電機(jī)使用，用于發(fā)電，必要時(shí)可驅(qū)動(dòng)汽車；MG2電機(jī)主要用于驅(qū)動(dòng)汽車。而MG1電機(jī)、MG2電機(jī)以及發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸被連接到一套行星齒輪機(jī)構(gòu)的太陽(yáng)輪、齒圈和行星架上。動(dòng)力分配就是通過(guò)功率控制單元控制MG1電機(jī)和MG2電機(jī)，通過(guò)行星齒輪機(jī)械機(jī)構(gòu)進(jìn)行分配的。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出經(jīng)過(guò)固定減速機(jī)構(gòu)減速后直接驅(qū)動(dòng)車輪。2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS第二代豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS-Ⅱ工作原理：1）發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)工況電流流進(jìn)MG2通過(guò)電磁力固定行星齒輪的齒圈，MG1作為起動(dòng)機(jī)使用驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)輪，太陽(yáng)輪帶動(dòng)行星架轉(zhuǎn)動(dòng)（減速傳動(dòng)，傳動(dòng)比為1+α），與行星架連接的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。2）發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況電流流進(jìn)MG2固定行星齒輪的齒圈，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)行星架轉(zhuǎn)動(dòng)，行星架帶動(dòng)太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，與太陽(yáng)輪連接的MG1發(fā)電給電池充電。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)工況發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS第二代豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS-Ⅱ工作原理：3）車輛起步工況發(fā)動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，行星架被固定；MG2通電驅(qū)動(dòng)行星齒輪齒圈，直接驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)；此時(shí)，MG1發(fā)電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。車輛起步需要更大動(dòng)力時(shí)，如駕駛員深踩油門或檢測(cè)到負(fù)載過(guò)大，MG1通電轉(zhuǎn)動(dòng)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)與MG2共同驅(qū)動(dòng)車輛。車輛起步工況車輛起步需要更大動(dòng)力工況2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS第二代豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS-Ⅱ工作原理：4）車輛起步MG1發(fā)電給MG2工況發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)MG1發(fā)電并供給推動(dòng)MG2運(yùn)轉(zhuǎn)的電能。5）在部分負(fù)荷下加速工況發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)MG1發(fā)電并供給驅(qū)動(dòng)MG2運(yùn)轉(zhuǎn)的電能，MG2提供附加的驅(qū)動(dòng)力用以補(bǔ)充發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力；在重負(fù)載下加速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)MG1發(fā)電并供給推動(dòng)MG2運(yùn)轉(zhuǎn)的電能；MG2提供附加的驅(qū)動(dòng)力用以補(bǔ)充發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力；電池會(huì)根據(jù)加速程度給MG2提供電流。車輛加速工況。車輛起步MG1發(fā)電給MG2工況車輛加速工況2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS第二代豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS-Ⅱ工作原理：6）車輛降擋（D擋）工況發(fā)動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，MG1空轉(zhuǎn)，MG2被車輪驅(qū)動(dòng)發(fā)電給電池充電。7）車輛減速（B擋）工況

MG2產(chǎn)生的電能供給MG1，MG1驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)；此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)斷油空轉(zhuǎn)；MG1輸出的動(dòng)力成為發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)力車輛降擋（D位）工況車輛減速（D位）工況2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS第二代豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS-Ⅱ工作原理：8）車輛倒車工況只使用MG2作為倒車動(dòng)力。車輛倒車工況2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS第三代豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS-ⅢTHS-Ⅲ與THS-Ⅱ相比，THS-Ⅲ發(fā)生了較大變化。發(fā)動(dòng)機(jī)從1NZ-FXE型1.5L改成了2ZR-FXE型1.8L，發(fā)動(dòng)機(jī)功率和轉(zhuǎn)矩的增加，提高了車輛的動(dòng)力性能。另外，增加了一個(gè)行星齒輪組；MG1電機(jī)和MG2電機(jī)體積也縮小，從而縮小整個(gè)E-CVT的體積；將鏈傳動(dòng)改為齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)損耗更小，因此節(jié)能效果更明顯。THS-Ⅲ的組成THS-Ⅲ的結(jié)構(gòu)示意圖2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS第四代豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS-ⅣTHS-Ⅳ與前三代相比，最大的區(qū)別就是原來(lái)的電機(jī)屬于串聯(lián)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在則變成了平行軸結(jié)構(gòu)。主要目的除了讓整個(gè)E-CVT更短以外，用普通外嚙合減速齒輪的代替THS-Ⅲ中MG2電機(jī)的行星齒輪減速結(jié)構(gòu)。這樣E-CVT整體尺寸更短，部件更少，摩擦更低，整體能效上升，且依然能保證對(duì)MG1的減速效果。第四代普銳斯的純電行駛最高車速由70km/h提升到110km/h。THS-Ⅲ的組成THS-Ⅲ的結(jié)構(gòu)示意圖2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS第四代豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS-ⅣTHS-Ⅳ的組成：THS-Ⅳ主要由MG1電機(jī)、MG2電機(jī)、行星齒輪機(jī)構(gòu)、單向離合器、減振器、差速器等組成。行星齒輪機(jī)構(gòu)作為功率分流裝置，確定發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力是供應(yīng)給MG1電機(jī)還是用作車輛驅(qū)動(dòng)力。MG2電機(jī)及其減速裝置采用平行軸布局。發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸通過(guò)一個(gè)單向離合器和一個(gè)扭轉(zhuǎn)減振器與行星齒輪機(jī)構(gòu)的行星齒輪架相結(jié)合；其余的仍和THS-Ⅰ一樣，MG1電機(jī)與行星齒輪機(jī)構(gòu)的太陽(yáng)齒輪相連；MG2電機(jī)通過(guò)減速齒輪及叢動(dòng)齒輪與外齒圈相連。2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS第四代豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS-ⅣTHS-Ⅳ的特點(diǎn)：1）與前幾代構(gòu)型不同，該構(gòu)型中MG1電機(jī)和MG2電機(jī)不再處于同一軸上，而是采用了平行軸的布置，這種平行軸布置減小了軸向尺寸和重量，與雙行星排的結(jié)構(gòu)相比，MG2電機(jī)的減速裝置為一組直齒輪，減少了齒輪嚙合點(diǎn)，進(jìn)而降低了接合損失，提升了綜合效率。2）平行軸布置中，MG2電機(jī)的減速裝置具有更大的減速比，可以使用轉(zhuǎn)速更高最大扭矩較小的電機(jī)。MG2電機(jī)的體積可以更小，使得平行軸結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)橋相比THS-Ⅲ寬度并沒(méi)有增加。3）發(fā)動(dòng)機(jī)和行星齒輪架之間通過(guò)單向離合器進(jìn)行連接，單向離合器反向旋轉(zhuǎn)時(shí)可以鎖止行星架，實(shí)現(xiàn)整車的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，提高了整車在純電動(dòng)模式的動(dòng)力性。4）采用了電動(dòng)油泵，改進(jìn)了冷卻、潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，提升了冷卻和潤(rùn)滑效果。2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS

2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS第四代豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS-ⅣTHS-Ⅳ混合動(dòng)力系統(tǒng)的工作模式：1）純電驅(qū)動(dòng)模式純電驅(qū)動(dòng)模式分為單電機(jī)驅(qū)動(dòng)和雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)。雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)工況MG2電機(jī)輸出正向轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)，轉(zhuǎn)速為正；MG1電機(jī)轉(zhuǎn)速方向?yàn)樨?fù)，同時(shí)轉(zhuǎn)矩方向也為負(fù)，根據(jù)行星齒輪傳動(dòng)關(guān)系，傳遞至齒圈端的轉(zhuǎn)矩方向?yàn)檎?，與MG2電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)車輛；發(fā)動(dòng)機(jī)不工作，受MG1電機(jī)負(fù)轉(zhuǎn)矩影響有負(fù)向轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，觸發(fā)單向離合器鎖止，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持為0，如圖所示。相比單電機(jī)電動(dòng)，雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)的總轉(zhuǎn)矩更大，動(dòng)力性更強(qiáng)，多出現(xiàn)在急加速和爬坡工況。2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS第四代豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS-ⅣTHS-Ⅳ混合動(dòng)力系統(tǒng)的工作模式：1）混合驅(qū)動(dòng)模式混合驅(qū)動(dòng)模式分為低速混合驅(qū)動(dòng)工況和高速混合驅(qū)動(dòng)工況。低速混合驅(qū)動(dòng)工況在設(shè)定模式為EVAuto或HV時(shí)，車速較低，車輛實(shí)際工作模式為混合驅(qū)動(dòng)模式，發(fā)動(dòng)機(jī)、MG1電機(jī)和MG2均參與驅(qū)動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)并輸出正向轉(zhuǎn)矩，并傳遞至太陽(yáng)輪和齒圈；MG1電機(jī)輸出負(fù)轉(zhuǎn)矩平衡發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞到太陽(yáng)輪處的轉(zhuǎn)矩，同時(shí)由于車速較低，轉(zhuǎn)速為正，為發(fā)電狀態(tài)；MG2電機(jī)輸出正轉(zhuǎn)矩，與發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞至齒圈端的轉(zhuǎn)矩耦合，共同驅(qū)動(dòng)車輛，為混合驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS第四代豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS-ⅣTHS-Ⅳ混合動(dòng)力系統(tǒng)的工作模式：1）混合驅(qū)動(dòng)模式高速混合驅(qū)動(dòng)工況在設(shè)定模式為EV、EVAuto或HV時(shí)，車速較高，車輛實(shí)際工作模式為混合驅(qū)動(dòng)模式，發(fā)動(dòng)機(jī)、MG1電機(jī)和MG2均參與驅(qū)動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)并輸出正向轉(zhuǎn)矩，并傳遞至太陽(yáng)輪和齒圈；MG1電機(jī)輸出負(fù)轉(zhuǎn)矩平衡發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞到太陽(yáng)輪處的轉(zhuǎn)矩，同時(shí)由于車速較高，行星排運(yùn)行超過(guò)機(jī)械點(diǎn)，MG1電機(jī)轉(zhuǎn)速變?yōu)樨?fù)向，功率為正，處于電動(dòng)狀態(tài)；為維持電池電量，MG2電機(jī)輸出負(fù)轉(zhuǎn)矩，為發(fā)電狀態(tài)，與發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞至齒圈端的轉(zhuǎn)矩耦合。2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS第四代豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS-ⅣTHS-Ⅳ混合動(dòng)力系統(tǒng)的工作模式：2）駐車充電模式在設(shè)定工作模式為CHG，保持擋位為P擋，車輛進(jìn)入駐車充電模式，此時(shí)車輛靜止、MG2轉(zhuǎn)速為0，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)MG1高速旋轉(zhuǎn)發(fā)電為電池充電。3）制動(dòng)能量回收模式發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作，轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩均為0；MG2電機(jī)輸出負(fù)轉(zhuǎn)矩，對(duì)車輛產(chǎn)生制動(dòng)作用，同時(shí)轉(zhuǎn)速為正，處于發(fā)電狀態(tài)，對(duì)動(dòng)力電池充電；MG1轉(zhuǎn)速為負(fù)轉(zhuǎn)速，不輸出轉(zhuǎn)矩。2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS第四代豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS-ⅣTHS系統(tǒng)的三個(gè)基本特點(diǎn)： 1）動(dòng)力分配：發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞至行星齒輪架之后被分成兩路，一路流向齒圈，通過(guò)差速器傳遞至車輪，另一路流向太陽(yáng)輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，其中：一部分電能被儲(chǔ)存在電池，另一部分電能直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，再經(jīng)差速器傳遞至車輪。2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS第四代豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS-ⅣTHS系統(tǒng)的三個(gè)基本特點(diǎn)： 2）固定扭矩比：通過(guò)對(duì)行星齒輪系的特殊設(shè)計(jì)，將齒圈和和太陽(yáng)輪的扭矩比設(shè)定為0.78/0.22，即發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩78%傳遞給齒圈（接輸出），22%傳遞給太陽(yáng)輪（接發(fā)電機(jī)），該比值是固定不變的。但需要注意的是，這個(gè)數(shù)值是扭矩比，而不是功率比，功率還與轉(zhuǎn)速有關(guān)，功率=扭矩×轉(zhuǎn)速。這就造成了車輛高速時(shí)也不得不分配22%的動(dòng)力給發(fā)電機(jī)發(fā)電。所以豐田的THS系統(tǒng)在高速行駛時(shí)，即使是發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力充沛，驅(qū)動(dòng)電機(jī)也常常會(huì)參與傳動(dòng)，以消耗電量供充電來(lái)補(bǔ)充，以免浪費(fèi)。所以，豐田車系高速時(shí)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較費(fèi)油。2.1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS第四代豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS-ⅣTHS系統(tǒng)的三個(gè)基本特點(diǎn)： 3）轉(zhuǎn)速關(guān)系：在行星齒輪系中，齒圈與太陽(yáng)輪的轉(zhuǎn)速矢量和與行星輪支架的轉(zhuǎn)速成正比，即發(fā)電機(jī)與齒圈輸出的轉(zhuǎn)速矢量和與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成正比。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速固定時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與齒圈輸出轉(zhuǎn)速呈此消彼長(zhǎng)之勢(shì)。如果齒圈處于靜止?fàn)顟B(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速全部傳遞給發(fā)電機(jī)，即發(fā)動(dòng)機(jī)所有的動(dòng)力都用于發(fā)電機(jī)發(fā)電。由于豐田等日本車系的設(shè)計(jì)思路和特點(diǎn)，他們的雙動(dòng)力車型在純電行駛狀況下，其最高車速、爬坡度、加速時(shí)間、續(xù)航里程和插電充電等主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)不到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT28382-2012《純電動(dòng)乘用車技術(shù)條件》的要求，所以在車輛上牌時(shí)，只能按照傳統(tǒng)燃油車上藍(lán)色牌照，豐田稱之為“碳減排車”，而非新能源汽車。而比亞迪、理想、廣汽埃安等國(guó)產(chǎn)混動(dòng)汽車均符合上述國(guó)標(biāo)要求，可以上新能源汽車的綠色牌照，享受國(guó)家政策補(bǔ)貼。純電動(dòng)汽車（EV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)2.2學(xué)習(xí)任務(wù)2新能源汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造與原理學(xué)習(xí)任務(wù)2新能源汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造與原理2.2純電動(dòng)汽車（EV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)純電動(dòng)汽車（EV）傳動(dòng)系統(tǒng)概述純電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)汽車相比，二者在能量來(lái)源和驅(qū)動(dòng)來(lái)源方面有明顯不同，前者能量源來(lái)自于電池，僅僅依靠電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，后者能量來(lái)源于化石燃料的燃燒，依靠發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。因此，二者在動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及布局方面明顯不同。純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局主要可分為中央電機(jī)驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)兩種形式。目前純電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局主要采用中央電機(jī)驅(qū)動(dòng)型式。輪轂電機(jī)及控制技術(shù)尚未成熟，處于發(fā)展階段。2.2純電動(dòng)汽車（EV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)純電動(dòng)汽車（EV）傳動(dòng)系統(tǒng)概述2.2純電動(dòng)汽車（EV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)純電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成相較于傳統(tǒng)燃油汽車和混合動(dòng)力汽車，純電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般較為簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)過(guò)固定齒比的減速器進(jìn)行降速增扭，然后直接將動(dòng)力通過(guò)差速器傳遞到半軸，半軸帶動(dòng)車輪行駛。目前市場(chǎng)上常見的純電動(dòng)汽車大部分都未配備多擋位變速器。BYDE5純電動(dòng)汽車動(dòng)力總成外形結(jié)構(gòu)包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、差速器。燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)2.3學(xué)習(xí)任務(wù)2新能源汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造與原理學(xué)習(xí)任務(wù)2新能源汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造與原理2.3燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)1.燃料電池電動(dòng)汽車概述燃料電池電動(dòng)汽車概述起源：燃料電池電動(dòng)汽車（FuelCellElectricVehicle，F(xiàn)CEV），興起于20世紀(jì)70年代末，以燃料電池作為動(dòng)力源，通過(guò)氫氧反應(yīng)產(chǎn)生電能驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)而帶動(dòng)車輛行駛。由于該車型的排放物為水，氫氧利用率較高，因此被普遍認(rèn)為是一種新型、高效、清潔的環(huán)保車型。結(jié)構(gòu)組成：氫燃料電池汽車與純電動(dòng)汽車的區(qū)別在于其包含了兩套能量系統(tǒng)，一套為功率型小容量?jī)?chǔ)能系統(tǒng)，另一套則是氫燃料電池系統(tǒng)。氫燃料電池電堆輸出直流電，經(jīng)過(guò)DC-DC升壓后可直接為儲(chǔ)能系統(tǒng)以及電驅(qū)系統(tǒng)供電，驅(qū)動(dòng)車輛行駛。除了氫燃料電池電堆等主要?jiǎng)恿Σ考?，氫燃料電池汽車還需要完整的輔助系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)能量輸出，包括儲(chǔ)氫系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)、DC-DC、氫氣供應(yīng)系統(tǒng)和空氣供應(yīng)系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)及部件的功能，均由燃料電池系統(tǒng)控制器（FCU）控制實(shí)現(xiàn)。2.3燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)2.燃料電池電動(dòng)汽車分類燃料電池電動(dòng)汽車分類純?nèi)剂想姵仳?qū)動(dòng)（PFC）燃料電池與蓄電池聯(lián)合驅(qū)動(dòng)（FC+B）燃料電池與超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)（F+C）燃料電池與蓄電池和超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)（FC+B+C）2.3燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)1）PFC型燃料電池電動(dòng)汽車PFC型燃料電池電動(dòng)汽車只有燃料電池一個(gè)動(dòng)力源，汽車需要的所有功率都由燃料電池提供。PFC型燃料電池電動(dòng)汽車在工作的過(guò)程中，將燃料電池中的氫氣和氧氣反應(yīng)產(chǎn)生的電能，通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化傳給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能后傳遞給減速機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)汽車行駛。2.3燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)1）PFC型燃料電池電動(dòng)汽車優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)控制和整體布置容易系統(tǒng)部件少，有利于整車的輕量化能量傳遞效率高，冷啟動(dòng)性能較好整車的燃油經(jīng)濟(jì)性好燃料電池功率大、成本高動(dòng)態(tài)性能和可靠性要求高不能回收制動(dòng)能量2.3燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)2）FC+B型燃料電池電動(dòng)汽車FC+B型燃料電池電動(dòng)汽車在PFC型燃料電池電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)上增加了輔助動(dòng)力電池，兩者聯(lián)合驅(qū)動(dòng)燃料電池電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)。目前這種結(jié)構(gòu)形式應(yīng)用較為廣泛，它解決了諸如輔助設(shè)備供電、水熱管理系統(tǒng)供電、燃料電池堆加熱、能量回收等問(wèn)題。2.3燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)2）FC+B型燃料電池電動(dòng)汽車優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)系統(tǒng)對(duì)燃料電池的功率要求較低結(jié)構(gòu)形式小，降低了整車成本工作環(huán)境好，效率較高動(dòng)態(tài)響應(yīng)性要求較低，可回收部分動(dòng)能儲(chǔ)能電池使整車質(zhì)量增加動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)型受到影響有能量損耗，系統(tǒng)復(fù)雜，系統(tǒng)控制和整體布置難度增加2.3燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)3）F+C型燃料電池電動(dòng)汽車F+C型燃料電池電動(dòng)汽車在加速形式的過(guò)程中，燃料電池和超級(jí)電容一起為電動(dòng)機(jī)提供能量，驅(qū)動(dòng)電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能再傳遞給減速機(jī)構(gòu)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)汽車行駛；在正常行駛過(guò)程中，由燃料電池為整車提供能量；在制動(dòng)過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)變成發(fā)電機(jī)，超級(jí)電容將儲(chǔ)存制動(dòng)回饋的能量。超級(jí)電容充放電響應(yīng)較快，當(dāng)能量需求變化較大時(shí)由超級(jí)電容迅速釋放或吸收能量，對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行能量補(bǔ)償和調(diào)節(jié)，從而保障汽車的動(dòng)力性能。2.3燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)3）F+C型燃料電池電動(dòng)汽車優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)充放電響應(yīng)快能迅速釋放和吸收能量動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)力性好未來(lái)重要的發(fā)展方向之一電容器比能量低，能量?jī)?chǔ)存有限峰值功率持續(xù)時(shí)間短結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制成本高2.3燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)4）FC+B+C型燃料電池電動(dòng)汽車FC+B+C型燃料電池電動(dòng)汽車中，燃料電池與動(dòng)力電池和超級(jí)電容器聯(lián)合驅(qū)動(dòng)車輛行駛。驅(qū)動(dòng)電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能再傳遞給減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)汽車行駛；在汽車制動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)變成發(fā)電機(jī)，供給動(dòng)力電池和超級(jí)電容存儲(chǔ)回饋的能量。在燃料電池、動(dòng)力電池和超級(jí)電容聯(lián)合供電時(shí)，燃料電池能量輸出平緩，隨時(shí)間波動(dòng)小，而能量需求變化的低頻部分由動(dòng)力電池分擔(dān)，能量需求變化的高頻由超級(jí)電容承擔(dān)。各動(dòng)力源的分工更加明確，各自優(yōu)勢(shì)得到更好的發(fā)揮。THS-Ⅲ的結(jié)構(gòu)示意圖優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)部件效率高動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、動(dòng)力性好制動(dòng)能量回收高重量和成本增加系統(tǒng)控制復(fù)雜整車布置難度加大2.3燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)3.燃料電池電動(dòng)汽車的構(gòu)造與原理

2.3燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)3.燃料電池電動(dòng)汽車的構(gòu)造與原理2）燃料電池中的催化劑及催化作用燃料電池中的電催化作用是用來(lái)加速燃料電池化學(xué)反應(yīng)中電荷轉(zhuǎn)移的，一般發(fā)生在電極與電解質(zhì)的分界面上。催化劑是一類可產(chǎn)生電催化作用的物質(zhì)。電催化劑可以分別用于催化陽(yáng)極和陰極反應(yīng)。評(píng)價(jià)催化劑的主要技術(shù)指標(biāo)為穩(wěn)定性、電催化活性、電導(dǎo)率和經(jīng)濟(jì)性。3）質(zhì)子交換膜燃料電池最關(guān)鍵的技術(shù)就是利用特殊的“電解質(zhì)薄膜”—質(zhì)子交換膜將氫氣與電子拆分，整個(gè)過(guò)程可以理解成蚊子無(wú)法穿過(guò)紗窗，但是更小的灰塵卻可以……。電解質(zhì)薄膜也是燃料電池領(lǐng)域最難被攻克的技術(shù)壁壘。因?yàn)闅浞肿芋w積小，可以透過(guò)薄膜的微小孔洞游離到對(duì)面去，但是在穿越孔洞的過(guò)程中，電子被從分子上剝離，只留下帶正電的氫質(zhì)子通過(guò)，氫質(zhì)子被吸引到薄膜另一側(cè)的電極與氧分子結(jié)合。電解質(zhì)薄膜兩側(cè)的電極板將氫氣拆分成氫離子（正電）和電子、將氧氣拆分成氧離子（負(fù)電）和電子，電子在電極板之間形成電流。兩個(gè)氫離子和一個(gè)氧離子結(jié)合成為純水，是反應(yīng)的產(chǎn)物。因此燃料電池是用燃料電池堆棧代替的厚重且充電效率低下的鋰離子電池組。2.3燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)3.燃料電池電動(dòng)汽車的構(gòu)造與原理4）燃料電池汽車的組成燃料電池電動(dòng)汽車除了具有純電動(dòng)汽車所具有的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力控制單元和動(dòng)力儲(chǔ)能電池外，還具有其不具備的燃料電池堆棧、高壓儲(chǔ)氫罐（70MPa）、燃料電池升壓器等。豐田Mirai燃料電池電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)組成2.3燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)3.燃料電池電動(dòng)汽車的構(gòu)造與原理（1）氫燃料電池電堆棧氫燃料電池電堆棧是整個(gè)燃料電池系統(tǒng)的核心，是氫氣與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生的場(chǎng)所，也是氫燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)中最重要的組成部分之一。燃料電池可以將氫氧反應(yīng)的化學(xué)能直接以電能的形式直接輸出，相比于內(nèi)燃機(jī)，減少了機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程的能量損耗，不受卡諾循環(huán)的限制，除去輔助系統(tǒng)的能耗外，實(shí)際輸出效率可達(dá)50%以上。且質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）能在低溫下工作，體積能量密度大，轉(zhuǎn)化效率高，功率調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間快，是最適合在新能源汽車上應(yīng)用的燃料電池之一。本田燃料電池堆棧外形2.3燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)3.燃料電池電動(dòng)汽車的構(gòu)造與原理豐田Mirai搭載的燃料電池堆棧是由370片薄片燃料電池組成的，因此被稱為“堆棧”，可輸出114千瓦的發(fā)電功率。采用3D立體微流道技術(shù)，更好地排出副產(chǎn)物：水，以讓更多空氣流入，改善發(fā)電效率。燃料電池堆棧比功率達(dá)到了3.1千瓦/升，由于燃料電池堆棧中每片電池發(fā)電的電壓大約在0.6V~0.8V之間，370片也不會(huì)超過(guò)300V電壓。所以為了減小驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的體積和重量，需要安裝一個(gè)升壓器，將電壓提升到650V。升壓轉(zhuǎn)換器（DC-DC轉(zhuǎn)換器），利用升壓轉(zhuǎn)換器提高燃料電池電壓，以提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而增加輸出功率、縮小驅(qū)動(dòng)用電機(jī)的尺寸，并減少了燃料電池單元數(shù)量，實(shí)現(xiàn)燃料電池組小型化。2.3燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)3.燃料電池電動(dòng)汽車的構(gòu)造與原理（2）氫氣的儲(chǔ)存氫氣跟汽油不同，常溫下氫氣是氣體，密度非常低并且非常難液化，常溫下更是無(wú)法液化，所以氫氣要安全儲(chǔ)藏和運(yùn)輸并不容易。氫氣無(wú)法像汽油那樣直接注入普通油箱里。氫燃料電池汽車的儲(chǔ)氫裝置一般使用車載高壓儲(chǔ)氫瓶，可用于車載儲(chǔ)氫的是Ⅲ型瓶和Ⅳ型瓶。Ⅲ型瓶材料為鋁內(nèi)膽碳纖維纏繞，常見壓力為35MPa，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用廣泛，相關(guān)技術(shù)也比較成熟。Ⅳ型瓶為塑料內(nèi)膽碳纖維纏繞，有質(zhì)量輕、耐壓能力強(qiáng)的特點(diǎn)，可承受70MPa或更高壓力。儲(chǔ)氫瓶的額定壓力等級(jí)和容積決定了相同溫度下儲(chǔ)氫系統(tǒng)的最大儲(chǔ)氫質(zhì)量，氫瓶的體積和壓力等級(jí)越大，系統(tǒng)的儲(chǔ)氫密度越高。車載儲(chǔ)氫瓶的體積受汽車總體布置限制不能無(wú)限增大，氫瓶耐壓等級(jí)的提升依然是世界各國(guó)研發(fā)的目標(biāo)。在進(jìn)行車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)選擇時(shí)，需要根據(jù)整車性能、成本、空間要求選擇最合適的儲(chǔ)氫瓶類規(guī)格。2.3燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)3.燃料電池電動(dòng)汽車的構(gòu)造與原理豐田燃料電池汽車設(shè)計(jì)了一大一小兩個(gè)高壓儲(chǔ)氫罐，通過(guò)高壓的方式充入氫氣。豐田選用了70Mpa也就是700個(gè)大氣壓的高壓儲(chǔ)氣罐，類似我們常見的“煤氣罐”，只不過(guò)罐體更厚重。兩個(gè)儲(chǔ)氫罐一共的容量是122.4升，采用70Mpa儲(chǔ)存，也只能容納約5公斤的氫氣。所以燃料的重量并不大，反而儲(chǔ)氫罐特別笨重。為了在承受70Mpa的前提下仍舊保持行駛安全性，所以儲(chǔ)氫罐被設(shè)計(jì)成四層結(jié)構(gòu)。鋁合金的罐體內(nèi)部襯有塑料內(nèi)膽，外面包裹一層碳纖維強(qiáng)化塑料的保護(hù)層，保護(hù)層外側(cè)再增加一層玻璃纖維材料的減振保護(hù)層，并且每一層的纖維紋路都根據(jù)所處罐身位置不同而做了額外的優(yōu)化，使纖維順著壓力分布的方向，提升保護(hù)層的效果。2.3燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)3.燃料電池電動(dòng)汽車的構(gòu)造與原理（4）升壓DC-DC變換器氫燃料電池電堆在整車行駛過(guò)程中的輸出電壓是不斷變化的，且通常低于整車高壓系統(tǒng)的工作電壓，所以需要在其輸出端配置升壓DC-DC變換器，將輸出電壓提升到整車所需的高壓等級(jí)。由于燃料電池電堆輸出電流大，所以升壓DC-DC變換器需要有較好的耐流能力以及快速的響應(yīng)能力，確保在輸入電壓隨時(shí)變化的情況下，通過(guò)及時(shí)地反饋調(diào)節(jié)穩(wěn)定輸出電壓。此外，DC-DC變換器還應(yīng)具備預(yù)充、過(guò)流保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)等基本安全功能。2.3燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)3.燃料電池電動(dòng)汽車的構(gòu)造與原理（5）散熱系統(tǒng)在燃料電池反應(yīng)堆工作過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的熱能。如果沒(méi)有良好的散熱系統(tǒng)將熱量發(fā)散出去，會(huì)導(dǎo)致燃料電池內(nèi)部溫度持續(xù)上升，輕則影響催化劑活性，導(dǎo)致動(dòng)力系統(tǒng)輸出功率不足，重則導(dǎo)致車輛失去動(dòng)力或發(fā)生火災(zāi)等危險(xiǎn)。動(dòng)力電池、空氣壓縮機(jī)、升壓DC-DC變換器和電驅(qū)系統(tǒng)等均需要設(shè)計(jì)到散熱回路中。通常燃料電池汽車的散熱系統(tǒng)比傳統(tǒng)燃油車和純電動(dòng)汽車都復(fù)雜得多，很多因素都會(huì)對(duì)實(shí)際散熱效果產(chǎn)生影響，如環(huán)境溫度、空氣濕度、風(fēng)速等。散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)還包括散熱回路設(shè)計(jì)和水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備選型，以及散熱系統(tǒng)在不同工況下的控制策略。在有限空間和功耗的限制下，氫燃料電池汽車的散熱系統(tǒng)需要結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)和零部件位置，高效、合理地布置冷卻管路，最大程度地保證整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和安全性。2.3燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)3.燃料電池電動(dòng)汽車的構(gòu)造與原理5）氫燃料電池汽車基本架構(gòu)氫燃料電池汽車基本架構(gòu)主要包括氫燃料電池電堆、散熱系統(tǒng)、升壓DC-DC變換器、氫氣/空氣系統(tǒng)等?？諝鈴倪M(jìn)氣口進(jìn)入，通過(guò)空壓機(jī)增壓，與儲(chǔ)氫瓶中減壓后的氫氣一同進(jìn)入燃料電池電堆中反應(yīng)并產(chǎn)生直流電能，直流電經(jīng)過(guò)升壓DC-DC變換器升壓后為動(dòng)力電池充電或向電驅(qū)系統(tǒng)供電。動(dòng)力電池主要起到儲(chǔ)存回饋制動(dòng)能量和提高整車動(dòng)力響應(yīng)速度的作用。當(dāng)氫燃料電池汽車動(dòng)力電池容量較大時(shí)，往往帶有充電口，可以通過(guò)車載充電機(jī)充電；若動(dòng)力電池容量較小，則無(wú)需配置充電口和車載充電機(jī)。動(dòng)力電池將電能輸送到高壓配電系統(tǒng)，給降壓DC-DC變換器、空調(diào)壓縮機(jī)、PTC等高壓輸入零部件供電；降壓DC-DC變換器輸出14V給低壓蓄電池充電，另一部分給車身和燃料電池輔助系統(tǒng)相關(guān)的低壓零部件供電。2.3燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)3.燃料電池電動(dòng)汽車的構(gòu)造與原理6）燃料電池汽車的特點(diǎn)（1）能量轉(zhuǎn)化效率高：燃料電池直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，中間不經(jīng)過(guò)燃燒過(guò)程。燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)60~80%，為內(nèi)燃機(jī)的2~3倍；（2）排放物只有水，無(wú)有害氣體的排放、噪音低；（3）工作溫度低、啟動(dòng)快、比功率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，氫來(lái)源廣泛，可再生等。（4）燃料電池汽車面臨的亟待解決的問(wèn)題：造價(jià)高，氫氣的儲(chǔ)存、制備和運(yùn)輸，加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。雖然現(xiàn)在加氫站還是極度罕見，但是普通加油站改造成加氫站的成本要遠(yuǎn)低于改造成快速充電站的成本。因此可以預(yù)計(jì)，如果燃料電池汽車能在成本控制上取得突破，實(shí)際上市場(chǎng)空間會(huì)比純電動(dòng)車更大。2.3燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)3.燃料電池電動(dòng)汽車的構(gòu)造與原理7）氫燃料與其它部分燃料性能和排放對(duì)比表燃料比能量（Wh/kg）能量密度（Wh/L）壓縮氫氣33600600液態(tài)氫氣336002400儲(chǔ)氫鎂24002100儲(chǔ)氫釩7004500甲醇57004500汽油124009100廢氣組成燃油汽車氫燃料電池汽車CO17.0g/km0HC2.7g/km0NOx0.74g/km微量CO2320g/km02.3燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)3.燃料電池電動(dòng)汽車的構(gòu)造與原理8）燃料電池電動(dòng)汽車幾種行駛工況：（1）在正常工況下，車輛起步由動(dòng)力蓄電池向牽引電機(jī)提供電能。（2）在車輛部分負(fù)荷行駛時(shí)，燃料電池堆的電能驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)并可以向動(dòng)力蓄電池充電。（3）在加速過(guò)程中，燃料電池堆和鎳氫動(dòng)力電池共同向驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電。此時(shí)來(lái)自燃料電池堆的電能增加，燃料電池轉(zhuǎn)換器的升壓比增大，動(dòng)力蓄電池可提供額外的電能來(lái)加速車輛。（4）在減速過(guò)程中，利用車輪傳遞的驅(qū)動(dòng)力使?fàn)恳姍C(jī)旋轉(zhuǎn)，將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，用于給動(dòng)力蓄電池充電，或者用于驅(qū)動(dòng)燃料電池空壓機(jī)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。（5）當(dāng)車輛停止且動(dòng)力蓄電池充電狀態(tài)較低時(shí)，燃料電池堆將會(huì)發(fā)電，并為動(dòng)力蓄電池充電。驅(qū)動(dòng)橋2.4學(xué)習(xí)任務(wù)2新能源汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造與原理學(xué)習(xí)任務(wù)2新能源汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造與原理Contents4半軸與橋殼3差速器1驅(qū)動(dòng)橋概述2主減速器2.4.1驅(qū)動(dòng)橋概述驅(qū)動(dòng)橋的功用將萬(wàn)向傳動(dòng)裝置輸入的動(dòng)力經(jīng)降速增矩、改變動(dòng)力傳遞方向后，分配到左右驅(qū)動(dòng)輪，使汽車行駛，并允許左右驅(qū)動(dòng)輪以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)橋是傳動(dòng)系統(tǒng)的最后一個(gè)總成。2.4.1驅(qū)動(dòng)橋的功用、組成組成：橋殼：主減速器、差速器等傳動(dòng)裝置的安裝基礎(chǔ)。主減速器：降低轉(zhuǎn)速、增加扭矩、改變扭矩的傳遞方向。差速器：使兩側(cè)車輪不等速旋轉(zhuǎn)，適應(yīng)轉(zhuǎn)向和不同路面。半軸：將扭矩從差速器傳給車輪。2.4.1驅(qū)動(dòng)橋概述驅(qū)動(dòng)橋類型：整體式驅(qū)動(dòng)橋斷開式驅(qū)動(dòng)橋2.4.1驅(qū)動(dòng)橋概述1．整體式驅(qū)動(dòng)橋

整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋通過(guò)彈性懸架與車架或車身相連，一般與非獨(dú)立懸架配用。橋殼與半軸套筒是整體剛性結(jié)構(gòu)，左右半軸始終在一條直線上，兩側(cè)半軸和驅(qū)動(dòng)輪在汽車橫向平面內(nèi)無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。即左右驅(qū)動(dòng)輪不能相互獨(dú)立地跳動(dòng)，。當(dāng)某一側(cè)車輪通過(guò)地面的凸出物或凹坑升高或下降時(shí)，整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋及車身都要隨之發(fā)生傾斜，車身波動(dòng)大。2.4.1驅(qū)動(dòng)橋概述1．整體式驅(qū)動(dòng)橋2.4.1驅(qū)動(dòng)橋概述2．?dāng)嚅_式驅(qū)動(dòng)橋左右半軸的內(nèi)端通過(guò)萬(wàn)向節(jié)與差減速器相連，外端通過(guò)萬(wàn)向節(jié)與驅(qū)動(dòng)輪相連，左右輪分別通過(guò)懸架與車架相連與獨(dú)立懸架相配合2.4.1驅(qū)動(dòng)橋概述寶馬X3后橋2．?dāng)嚅_式驅(qū)動(dòng)橋主減速器擺臂驅(qū)動(dòng)輪減振器彈性組件半軸擺臂軸2．?dāng)嚅_式驅(qū)動(dòng)橋Contents4半軸與橋殼3差速器2主減速器1概述2.4.2主減速器功用：將輸入的轉(zhuǎn)矩增大、降低轉(zhuǎn)速并將動(dòng)力改變方向（90°，發(fā)動(dòng)機(jī)橫向布置不用）后傳給差速器。類型：1）按參加傳動(dòng)的齒輪副數(shù)目：?jiǎn)渭?jí)式、雙級(jí)式（有些重型汽車又將雙級(jí)式主減速器的第二級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)置在兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪處，稱為輪邊主減速器）2）按主減速器傳動(dòng)速比個(gè)數(shù)：?jiǎn)嗡偈?、雙速式（前者的傳動(dòng)比是固定的，而后者有兩個(gè)傳動(dòng)比供駕駛員選擇）3）按齒輪副結(jié)構(gòu)形式：圓柱齒輪式（定軸輪系和行星輪系）圓錐齒輪式（螺旋錐齒輪式和雙曲面錐齒輪式）蝸輪蝸桿式a）圓柱齒輪傳動(dòng)b）弧錐齒齒輪傳動(dòng)c）準(zhǔn)雙曲面齒輪傳動(dòng)d）蝸輪蝸桿傳動(dòng)2.4.2主減速器1.單級(jí)主減速器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量小，體積小，傳動(dòng)效率高且動(dòng)力性能滿足中型以下貨車及轎車的要求。在發(fā)動(dòng)機(jī)縱向布置的汽車上，由于需要改變動(dòng)力傳遞方向，單級(jí)主減速器采用一對(duì)圓錐齒輪傳動(dòng)。（1）主動(dòng)錐齒輪的支承形式跨置式——主動(dòng)錐齒輪前后均有軸承支承，支承剛度較大；東風(fēng)EQ1090E型汽車單級(jí)主減速器主動(dòng)錐齒輪的齒數(shù)為6，從動(dòng)錐齒輪的齒數(shù)為38，因此其傳動(dòng)比i0=38/6=6.332.4.2主減速器1.單級(jí)主減速器懸臂式——主動(dòng)錐齒輪只在前方有支承，后方?jīng)]有，支承剛度相對(duì)較差。桑塔納主減速器由一對(duì)準(zhǔn)雙曲面錐齒輪組成，主動(dòng)錐齒輪的齒數(shù)為9，從動(dòng)錐齒輪的齒數(shù)為40，其傳動(dòng)比為4.444。主動(dòng)錐齒輪與變速器輸出軸制為一體，用雙列圓錐滾子軸承和圓柱滾子軸承支承在變速器殼體內(nèi)，屬于懸臂式支承。環(huán)狀的從動(dòng)錐齒輪靠凸緣定位，并用螺栓與差速器殼連接。差速器殼由一對(duì)圓錐滾子軸承支承在變速器殼體上。主動(dòng)錐齒輪從動(dòng)錐齒輪半軸齒輪行星齒輪軸行星齒輪差速器殼圓錐軸承桑塔納單級(jí)主減速器桑塔納主減速器工作原理2.4.2主減速器例如：EQ1090E采用一對(duì)準(zhǔn)雙曲線錐齒輪傳動(dòng),i=6.33要求：主、從動(dòng)錐齒輪之間必須有正確的相對(duì)位置，方能使兩齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)沖擊噪聲小，且輪齒沿其長(zhǎng)度磨損較均勻材料：主動(dòng)齒輪與軸制成一體，合金鋼，20CrMnTi螺旋錐齒輪,齒面滲碳1.5~2mm，淬火并回火處理2.4.2主減速器1.單級(jí)主減速器（2）主減速器的調(diào)整裝置圓錐滾子軸承預(yù)緊度的調(diào)整目的：圓錐滾子軸承成對(duì)使用，裝配時(shí)應(yīng)使其具有一定的預(yù)緊度，以減小錐齒輪在傳動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的軸向力所引起的齒輪軸的軸向位移，提高軸的支承剛度。但軸承預(yù)緊度不能過(guò)大，否則摩擦和磨損增大，傳動(dòng)效率低。調(diào)整裝置：軸承調(diào)整墊片、軸承調(diào)整螺母2.4.2主減速器1.單級(jí)主減速器（2）主減速器的調(diào)整裝置錐齒輪嚙合的調(diào)整目的：齒輪副的正確嚙合可使齒輪傳動(dòng)正常、磨損均勻、延長(zhǎng)其使用壽命。調(diào)整裝置：齒面嚙合印痕通過(guò)增減墊片來(lái)調(diào)整；齒側(cè)嚙合間隙通過(guò)同時(shí)調(diào)整從動(dòng)錐齒輪兩側(cè)的軸承調(diào)整螺母來(lái)調(diào)整。說(shuō)明：為保證齒輪嚙合調(diào)整的正確性，圓錐滾子軸承預(yù)緊度的調(diào)整必須在齒輪嚙合調(diào)整之前進(jìn)行，且當(dāng)兩者采用同一調(diào)整裝置時(shí)，齒輪嚙合的調(diào)整應(yīng)保持原已調(diào)整好的軸承預(yù)緊度不變。2.4.2主減速器大進(jìn)從,小出從頂入主,根出主2.4.2主減速器1.單級(jí)主減速器（3）主減速器齒輪：有螺旋錐齒輪、雙曲面齒輪、圓柱齒輪、蝸輪蝸桿等。按齒輪副結(jié)構(gòu)型式分：圓柱齒輪式：乘用車FF和RR直齒圓錐齒輪式：很少采用準(zhǔn)雙曲面齒輪式：節(jié)面理論為雙曲面，但實(shí)際制成近似的圓錐面，應(yīng)用最廣雙曲面齒輪圓柱齒輪螺旋錐齒輪蝸輪蝸桿2.4.2主減速器2.4.2主減速器1.單級(jí)主減速器雙曲面錐齒輪特點(diǎn)：主從動(dòng)齒輪軸線可偏移（不相交）；雙曲面齒輪不發(fā)生根切的最小齒數(shù)較少（最少可為5個(gè)），因此可在滿足強(qiáng)度要求的基礎(chǔ)上減小主從動(dòng)齒輪的尺寸，有利于車身布置和提高最小離地間隙；同時(shí)嚙合齒數(shù)多，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小，承載能力大。缺點(diǎn)是嚙合面間相對(duì)滑動(dòng)速度大，接觸壓力大，摩擦面的油膜易被破壞，因而對(duì)潤(rùn)滑油要求高，需使用含有防刮傷添加劑的雙曲面齒輪油。2.4.2主減速器主從動(dòng)錐齒輪的布置雙曲面錐齒輪螺旋錐齒輪、等高齒錐齒輪2.4.2主減速器2.雙級(jí)主減速器當(dāng)汽車主減速器需要有較大的傳動(dòng)比時(shí)，若采用單級(jí)主減速器，由于主動(dòng)錐齒輪受強(qiáng)度、最小齒數(shù)的限制，其尺寸不能太小，相應(yīng)地從動(dòng)錐齒輪直徑將較大。這不僅使從動(dòng)齒輪剛度降低了，而且會(huì)使主減速器殼及驅(qū)動(dòng)橋殼外型輪廓尺寸增大，難以保證足夠的離地間隙，這時(shí)需要采用雙級(jí)主減速器。主減速器的傳動(dòng)比等于兩級(jí)齒輪傳動(dòng)比的乘積2.雙級(jí)主減速器為了提高汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，有些汽車的主減速器具有兩個(gè)擋(兩個(gè)傳擋比)?？筛鶕?jù)行駛條件的變化改變擋位，這種主減速器稱為雙速主減速器一般采用遠(yuǎn)距離操縱結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)換擋，有電磁閥式、氣壓式和電動(dòng)氣壓式等操縱方式。由于其換擋無(wú)同步裝置，因此擋位的切換是在停車時(shí)進(jìn)行操縱的。主要在一些單橋驅(qū)動(dòng)且總質(zhì)量比較大的汽車上應(yīng)用圓柱齒輪式雙速主減速器行星齒輪式雙速主減速器2.雙級(jí)主減速器行星齒輪式雙速主減速器：由一對(duì)圓錐齒輪、一套行星齒輪機(jī)構(gòu)及其操縱機(jī)構(gòu)組成。高速行駛時(shí)，相當(dāng)于單級(jí)圓錐齒輪傳動(dòng)（輸入軸-錐齒輪副-齒圈-行星架（嚙合）-差速器-輸出軸）低速擋行駛時(shí)，相當(dāng)于雙級(jí)傳動(dòng)(第一級(jí)：太陽(yáng)輪接殼體被固定，齒圈主動(dòng)，行星架被動(dòng)；第二級(jí)：行星架主動(dòng)，帶動(dòng)差速器行星輪再驅(qū)動(dòng)輸出軸)2.雙級(jí)主減速器輪邊減速器：重型貨車、越野車、大型客車、自卸車等為了獲得更大的離地間隙和主傳動(dòng)比，有時(shí)將雙級(jí)主減速器的第二級(jí)減速齒輪機(jī)構(gòu)制成兩套相同，分別安裝在靠近兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪旁邊位置，稱為輪邊減速器，這種布置主減速器的尺寸較小，半軸和主減速器的尺寸也較小，仍可以獲得比較大的主傳動(dòng)比。輪邊減速器的傳動(dòng)比為：i=（外齒圈齒數(shù)/半軸齒輪齒數(shù)）+1。但是需要兩套輪邊減速器，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、制造成本也較高，還有非簧載質(zhì)量大，平順性受到影響。Contents4半軸與橋殼3差速器2主減速器1概述2.4.3差速器1.差速器概述功用：將主減速傳來(lái)的動(dòng)力傳給左、右兩半軸，并在必要時(shí)允許左、右半軸以不同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，以滿足兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪差速的需要。錐齒輪式差速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，工作平穩(wěn)類型：普通齒輪式差速器錐齒輪式圓柱齒輪式防滑差速器人工強(qiáng)制鎖止式自鎖式桑塔納轎車差速器2.行星錐齒輪差速器的工作原理汽車行駛過(guò)程中，車輪相對(duì)路面有兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：滾動(dòng)和滑動(dòng)?；瑒?dòng)又有滑轉(zhuǎn)和滑移兩種。設(shè)車輪中心相對(duì)路面的速度為v，車輪旋轉(zhuǎn)角速度為ω，車輪滾動(dòng)半徑為r。如果v＝ωr，則車輪對(duì)路面的運(yùn)動(dòng)為滾動(dòng)，這是最理想的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；如果ω>0，但v＝0，則車輪的運(yùn)動(dòng)為滑轉(zhuǎn)；如果v>0，但ω＝0，則車輪的運(yùn)動(dòng)為滑移。從汽車轉(zhuǎn)向時(shí)驅(qū)動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)示意圖可以看出，轉(zhuǎn)向時(shí)外側(cè)車輪滾過(guò)的路程長(zhǎng)，內(nèi)側(cè)車輪滾過(guò)的路程短，要求外側(cè)車輪轉(zhuǎn)速快于內(nèi)側(cè)車輪，即希望內(nèi)外側(cè)車輪轉(zhuǎn)速不同。后輪驅(qū)動(dòng)差速器作用、結(jié)構(gòu)和原理差速器工作情況：行星齒輪運(yùn)動(dòng)公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)當(dāng)傳遞轉(zhuǎn)矩不大時(shí)，可只用兩個(gè)行星輪2024/2/22116直線行駛時(shí)的差速器直線行駛時(shí)：只有公轉(zhuǎn)而無(wú)自轉(zhuǎn)：2024/2/22117轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)的差速器轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)：行星齒輪既有公轉(zhuǎn)又有自轉(zhuǎn)，所以轉(zhuǎn)彎時(shí)外輪快轉(zhuǎn)，內(nèi)輪慢轉(zhuǎn)，兩輪產(chǎn)生差速。2024/2/22118差速器運(yùn)動(dòng)學(xué)分析差速器運(yùn)動(dòng)特性方程式

n1+n2=2n0結(jié)論：左右兩側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速之和等于差速器殼體轉(zhuǎn)速的兩倍。（1）n1=0,n2=2n0，如一個(gè)車輪掉入泥坑打滑，另一個(gè)車輪在地面不轉(zhuǎn)（2）n0=0，

n1=-n2，如頂起汽車，傳動(dòng)軸制動(dòng)，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一側(cè)車輪，另一個(gè)車輪會(huì)以相同的轉(zhuǎn)速逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)（3）直線行駛時(shí)：只有公轉(zhuǎn)而無(wú)自轉(zhuǎn)：n1=n2=n0（4）轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)：既有公轉(zhuǎn)又有自轉(zhuǎn)：n1=n0+n'

n2=n0-n'

行星齒輪差速器的轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)特性行星錐齒輪差速器的轉(zhuǎn)矩分配特性直線行駛：主減速器傳遞過(guò)來(lái)的轉(zhuǎn)矩M0，經(jīng)過(guò)差速器殼體、行星齒輪軸和行星齒輪傳給半軸齒輪。此時(shí)行星齒輪無(wú)自轉(zhuǎn)，行星齒輪相當(dāng)于等臂杠桿，將扭矩M0等量分給左右半軸齒輪。轉(zhuǎn)彎行駛：假設(shè)n1>n2，兩車輪向相同的方向旋轉(zhuǎn)，此時(shí)行星齒輪將以順時(shí)針?lè)较蜃赞D(zhuǎn)。F1’F2’行星齒輪的受力：行星齒輪在左右半軸齒輪驅(qū)動(dòng)力F1'和F2'的驅(qū)動(dòng)下順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)左右半軸齒輪受力：左右半軸齒輪受到與F1'和F2'相反的作用力F1和F2，在力F1和F2作用下行星齒輪對(duì)左右半軸齒輪施加扭矩M4（內(nèi)摩擦力矩）。在M4作用下，左半軸的扭矩減小，右半軸的扭矩增加，即：轉(zhuǎn)速快的半軸扭矩減小，轉(zhuǎn)速慢的半軸扭矩增大。行星錐齒輪差速器的轉(zhuǎn)矩分配特性結(jié)論：無(wú)論差速器差速與否，普通行星齒輪差速器都具有轉(zhuǎn)矩基本等量分配的特性。即：差速不差扭（矩）扭矩分配（右轉(zhuǎn)彎）：定義差速器鎖緊系數(shù)K對(duì)于對(duì)稱式錐齒輪差速器，K通常在0.05-0.15之間，即左右半軸所受的驅(qū)動(dòng)扭矩區(qū)別不大。行星錐齒輪差速器的轉(zhuǎn)矩分配特性思考題如果汽車的一個(gè)車輪陷在泥濘中，汽車會(huì)有什么情況發(fā)生？普通差速器等量分配特性對(duì)于汽車在壞路面上行駛時(shí)十分不利，因一側(cè)車輪打滑，所得作用力矩很小，而另一車輪也只能同樣分配得到很小的轉(zhuǎn)矩，以致總的牽引力不足以克服行駛阻力，汽車無(wú)法前進(jìn)。為提高汽車通過(guò)壞路面的能力，可采用防滑差速器。當(dāng)汽車某一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)時(shí)，差速器的差速作用即被鎖止，其結(jié)果是：a）高附著路面的車輪可以旋轉(zhuǎn)；b）高附著路面的車輪可提供較大的附著力兩側(cè)車輪可以總的輸出扭矩較大，可以幫助汽車脫困。3.防（限）滑差速器（LimitedSlipDifferential，LSD）限滑差速器實(shí)際上是將差速器的差速不差扭的功能鎖止，讓其不差速而差扭。有時(shí)也稱為差速鎖，或稱為鎖止型差速器。類型：軸間限滑差速器和輪間限滑差速器（應(yīng)用的位置不同）人工強(qiáng)制鎖止式：通過(guò)駕駛員操縱差速鎖，人為地將差速器暫時(shí)鎖住，使差速器不起差速作用。自鎖式：根據(jù)路面情況自動(dòng)改變驅(qū)動(dòng)輪間的轉(zhuǎn)矩分配。摩擦片式滑塊凸輪式托森式（1）強(qiáng)制鎖止式差速器在行星齒輪差速器上裝設(shè)了差速鎖差速鎖由接合器及其操縱機(jī)構(gòu)兩大部分組成結(jié)構(gòu)：外接合器通過(guò)花鍵與左側(cè)軸相連接，可以沿軸向移動(dòng)；內(nèi)接合器與離合器殼體相連接。工作時(shí)：氣路活塞推動(dòng)外結(jié)合器與內(nèi)結(jié)合器結(jié)合，使得離合器殼體直接與左側(cè)半軸同步旋轉(zhuǎn)，即n1=n0，此時(shí)有n2=n0，左右半軸同步旋轉(zhuǎn)。缺點(diǎn)：只能停車時(shí)操作，需手動(dòng)結(jié)合與分離。（2）摩擦片式自鎖差速器兩半軸齒輪背面與差速器殼之間各安裝了一套摩擦式離合器摩擦式離合器由推力壓盤，主、從動(dòng)摩擦片組成不能100%鎖止（2）摩擦片式自鎖差速器（3）滑塊凸輪式自鎖差速器汽車的中、后驅(qū)動(dòng)橋之間一般采用滑塊凸輪式自鎖差速器當(dāng)中、后橋有轉(zhuǎn)速差時(shí)，差速器即起差速作用大大地提高汽車通過(guò)壞路面的能力，且結(jié)構(gòu)緊湊，既可用作軸間差速器，也可用作輪間差速器。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工要求高，摩擦件的磨損較大，磨損后防滑能力下降。（4）托森差速器托森差速器是一種摩擦式蝸輪軸間自鎖差速器，常作為軸間自鎖差速器，裝在變速器后端轉(zhuǎn)矩由變速器輸出軸傳給托森差速器，再由差速器直接分配給前驅(qū)動(dòng)橋和后驅(qū)動(dòng)橋托森差速器有A型、B型和C型三種形式托森差速器的工作原理A型托森差速器A型由差速器殼、6個(gè)蝸輪、6根蝸輪軸、12個(gè)直齒圓柱齒輪及前、后軸蝸桿組成。當(dāng)前、后驅(qū)動(dòng)橋無(wú)轉(zhuǎn)速差時(shí)，蝸輪繞自身軸自轉(zhuǎn)。各蝸輪、蝸桿與差速器殼一起等速轉(zhuǎn)動(dòng)，差速器不起差速作用。當(dāng)前、汽車轉(zhuǎn)彎后驅(qū)動(dòng)橋需要有轉(zhuǎn)速差時(shí)，因前輪轉(zhuǎn)彎半徑大，差速器起差速作用。此時(shí)，蝸輪除公轉(zhuǎn)傳遞動(dòng)力外，還要自轉(zhuǎn)。由于直齒圓柱齒輪的相互嚙合，使前后蝸輪自轉(zhuǎn)方向相反，從而使前軸蝸桿轉(zhuǎn)速增加，后軸蝸桿轉(zhuǎn)速減小，實(shí)現(xiàn)了差速。托森差速器的工作原理A型托森差速器起差速作用時(shí)，由于蝸桿蝸輪嚙合副之間的摩擦作用，轉(zhuǎn)速較低的后驅(qū)動(dòng)橋比轉(zhuǎn)速較高的前驅(qū)動(dòng)橋所分配到的轉(zhuǎn)矩大。若后橋分配到的轉(zhuǎn)矩大到一定程度而出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)時(shí)，則后橋轉(zhuǎn)速升高一點(diǎn)，轉(zhuǎn)矩又立刻重新分配給前橋一些，所以驅(qū)動(dòng)力的分配可根據(jù)轉(zhuǎn)彎的要求自動(dòng)調(diào)節(jié)，使汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)具有良好的駕駛性。當(dāng)前、后驅(qū)動(dòng)橋中某一橋因附著力小而出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)時(shí)，差速器起作用，將轉(zhuǎn)矩的大部分分配給附著力好的另一驅(qū)動(dòng)橋（最大可達(dá)3.5倍），從而提高了汽車通過(guò)壞路面的能力。托森差速器的工作原理A型托森差速器的工作原理A型托森差速器B型托森差速器B型為平行齒輪結(jié)構(gòu)，或稱蝸輪蝸桿平行排列，托森B型差速器是托森A型的簡(jiǎn)化版，原理相同。采用平行齒輪結(jié)