混合动力汽车传动系统的设计
混合动力汽车传动系统的设计[20200408211710]
摘要
随着社会的发展，经济发展、能源需求以及环境保护出现了矛盾，如何解决这些矛盾成了全球的热门话题，各国纷纷提出节能减排的口号。而汽车作为经济持续发展不可或缺的工具，如何实现节能减排迫在眉睫。世界各大厂商都致力于开发一种性能好、成本低而且环保的汽车，研究重点在于改善汽车的动力性、燃油经济性和排放性能。混合动力汽车作为燃油汽车的改进车型，能够很好的满足人们的需求，以成为汽车的发展方向之一。
传动系统是混合动力汽车的核心部分，本文分析了目前混合动力汽车的结构类型和发展趋势，着重分析了雪佛兰沃蓝达和丰田普锐斯的传动系统。求证了行星齿轮机构各运动件的扭矩，并确定了特性参数p的值。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:混合动力汽车传动系统沃蓝达普锐斯
目录
1 绪论 1
1.1引言 1
1.2 混合动力汽车概述 1
1.3 混合动力汽车的定义 1
1.4 混合动力汽车的分类及其特点 2
1.5 混合动力汽车传动系统研究意义 4
1.6 混合动力汽车发展状况 4
1.7 本文的主要研究内容 5
2 雪佛兰沃蓝达与丰田普锐斯传动系统 6
2.1 雪佛兰沃蓝达的简介 6
2.2 雪佛兰沃蓝达的动力系统与连接方式 6
2.3 雪佛兰沃蓝达的动力分配装置 7
2.4 丰田普锐斯的简介 7
2.5 丰田普锐斯的动力系统 7
2.6 丰田普锐斯动力分配装置 8
2.7 雪佛兰沃蓝达和丰田普锐斯的动力机构对比 10
3 行星齿轮机构参数设计 11
3.1 行星齿轮机构扭矩计算 11
3．2行星排特征参数p的确定 13
结语 17
参考文献 18
致谢 19
1 绪论
1.1引言
当前全球都面临着能源危机和环境污染两大难题，传统汽车油耗高、效率低、污染大促使我们不得不考虑未来汽车的发展道路。纯电动汽车虽然可以有效地解决这些问题，但是目前技术还不够成熟，其面向市场成为主流汽车暂时还无法实现。纯电动汽车的主要不足表现为：①电池组的容量不能满足较长的行驶里程；②蓄电池的能量密度低，这就导致蓄电池的重量和体积无法小型化；③电池组充满电的时间过长；④电池组的价格偏高。由于存在着一系列的问题，混合动力汽车目前已经成为了世界各大汽车厂商开发的重点。
相比于纯电动汽车，混合动力汽车虽然不能实现零排放，但却有着其独特的优势。其主要优势为：①发动机作为辅助动力系统，突破了纯电动汽车行驶里程的限制；②发动机作为辅助动力机构，在合理的控制策略下，可以在行车时向电池组充电，大大减小了对停车充电的依赖；③与纯电动汽车相比，由于容量较小，其体积和重量小得多；④对于节能环保而言，HEV并不是一项全新的技术，仅仅是通过对现有动力源的合理组合来实现的，所以并不需要过多的投资就能够很快的面向市场。
与传统燃油汽车相比，混合动力汽车节能减排可以说发挥到了极致，与功率相同的燃油汽车相比，其百公里油耗会降至一半，燃油效率至少提高了10个百分点，废气排放率降低了至少30%。种种数据表明，混合动力汽车在未来很长一段时间内将成为汽车的主要研究方向。
1.2 混合动力汽车概述
广义上说，混合动力汽车是指不依赖同一种动力源，在行车时，驱动车辆的动力来自于其中一种或多种动力源。但是，就目前而言，大部分HEV都是以燃油发动机和电动机作为两种动力源，并通过动力分配机构将两种动力源提供的动力进行混合再经过传动轴驱动汽车。使其中内燃机既有柴油机也有汽油机，因此传统的汽油和柴油都可以使用，也有的发动机经过改造可以用其他的燃料代替汽油或柴油，如压缩天然气、烷和乙醇等。其中电动力系统中主要有三大系统，即电动机、发电机和蓄电池。蓄电池目前以锂电池为主，将来应该还能使用氢燃料电池。
1.3 混合动力汽车的定义
混合动力汽车是指汽车传动系统中至少拥有两种动力源，其动力源主要有内燃机、蓄电池、燃料电池、超级电容、液压蓄电池等。目前大部分混合动力汽车是油电混合动力汽车。混合动力汽车通过动力分配机构将不同动力源的动力进行糅合，并通过先进的控制系统对其进行优化，从而实现能量的最佳分配，达到提高燃油效率，降低废气排放的目的，本文所研究的混合动力汽车是油电混合动力汽车，通过一个行星齿轮机构将不同动力源提供的动力进行糅合分配。
1.4 混合动力汽车的分类及其特点
混合动力汽车根据各系统的连结方式，混合动力系统主要分为以下三类：
①串联式混合动力汽车（SHEV）
串联式混合动力汽车的各个系统都是以单排线性方式连接的，发动机、发电机、电动机等主要系统一字排开串联接合，发动机带动发电机发电，产生的电能或提供给电动机驱动车轮或给电池组充电，如图1.1所示。
图1.1 串联式混合动力汽车动力传动系统结构框图
SHEV的主要特点：电动机作为主要动力源输出动力，发动机用来发电或者提供辅助动力，相比于纯电动汽车，其续驶里程得到了突破，同时大大降低了对蓄电池容量的要求，电池轻量化得以实现；因为发动机与车轮之间没有刚性连接，无法直接驱动汽车，所以可以将发动机一直稳定在高效区运行；这种连接方式形式简单，各个系统的布置位置更加自由；由于电机系统有着随叫随到的转速，传动系统不需要设置变速器即可实现变速。
这种连接方式虽然形式简单，布置自由，但是其最终的动能经过了热能—机械能—电能—机械能这样的多次转换，这使得能量损失较大，整体效率不高；由于电动机是唯一驱动装置，其必须满足汽车最高车速所需的功率，这样电动机就无法小型化，导致整车重量过大，一般小型汽车难以运用这种连接方式，主要运用于大型客车。
并联式混合动力汽车的两个动力源发动机和驱动电机并联在一起，通过动力耦合机构对它们提供的动力进行优化匹配，结构示意图如图1.2所示。
图1.2 并联式混合动力汽车动力传动系统结构框图
PHEV的主要特点：这种连接模式主要是以发动机为主要动力源，电动机仅起辅助作用，这两套系统并联在一起，可以分别独立的向汽车传动系提供扭矩。发动机保持了与驱动桥的机械连接，可以通过机械传动直接驱动汽车，其动力特性与燃油汽车更为相似；当行车所需功率小于发动机提供的功率时，发电机将为蓄电池充电，有效降低了发动机能量的损耗，由于发动机大部分能量都是直接用于驱动汽车，只有一小部分经过热能—机械能—电能—机械能的转换，所以能量损失较小，效率较高；然而，也是因为发动机与车轮之间有着刚性连接，受行驶工况的影响，发动机无法像串联式那样在高效区稳定运行，机械效率损耗与普通汽车差不多。这使得对发动机的工作状态的优化较为困难，只能通过其他方法对动力耦合系统或控制系统进行优化来解决。由于PHEV是以发动机作为主动力源，所以电机和蓄电池要求不高，可以有效减小整车的尺寸、质量、成本。目前这种连接方式使用比较广泛。
③ 混联式混合动力汽车（PSHEV）
PSHEV同时有着SHEV和PHEV的特点，与SHEV相比增加了机械动力传递路线，与PHEV相比增加了电能传输路线，如图1.3 所示。
图1.3 混联式混合动力汽车动力传动系统结构框图
PSHEV的主要特点：PSHEV 传动系统中机械联动的电机相当于并联式混合系统中的电动机，可以用来驱动汽车或者作为发电机进行制动能量的回收，电能联动路线的电机相当于串联式混合结构中的发电机，可以将发动机多余能量转化为电能；这种连接模式下，发动机可以一直稳定在高效区运行，燃油效率较高，废气排放率较低；发动机和电动机的最大功率之和为汽车的最大功率，这样就可以选择排量较小的发动机和功率较小的电动机；由于装配了发动机，降低了对蓄电池的依赖，其续驶里程也很不错，是非常理想的混合动力连接方式；为了确保不同动力系统能够合理高效运行，需要设置合理的动力分配机构和先进的控制系统，因而其结构复杂，成本较高，但随着制造技术和控制技术的发展，现代混合动力汽车将更倾向于选择这种结构。
摘要
随着社会的发展，经济发展、能源需求以及环境保护出现了矛盾，如何解决这些矛盾成了全球的热门话题，各国纷纷提出节能减排的口号。而汽车作为经济持续发展不可或缺的工具，如何实现节能减排迫在眉睫。世界各大厂商都致力于开发一种性能好、成本低而且环保的汽车，研究重点在于改善汽车的动力性、燃油经济性和排放性能。混合动力汽车作为燃油汽车的改进车型，能够很好的满足人们的需求，以成为汽车的发展方向之一。
传动系统是混合动力汽车的核心部分，本文分析了目前混合动力汽车的结构类型和发展趋势，着重分析了雪佛兰沃蓝达和丰田普锐斯的传动系统。求证了行星齿轮机构各运动件的扭矩，并确定了特性参数p的值。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:混合动力汽车传动系统沃蓝达普锐斯
目录
1 绪论 1
1.1引言 1
1.2 混合动力汽车概述 1
1.3 混合动力汽车的定义 1
1.4 混合动力汽车的分类及其特点 2
1.5 混合动力汽车传动系统研究意义 4
1.6 混合动力汽车发展状况 4
1.7 本文的主要研究内容 5
2 雪佛兰沃蓝达与丰田普锐斯传动系统 6
2.1 雪佛兰沃蓝达的简介 6
2.2 雪佛兰沃蓝达的动力系统与连接方式 6
2.3 雪佛兰沃蓝达的动力分配装置 7
2.4 丰田普锐斯的简介 7
2.5 丰田普锐斯的动力系统 7
2.6 丰田普锐斯动力分配装置 8
2.7 雪佛兰沃蓝达和丰田普锐斯的动力机构对比 10
3 行星齿轮机构参数设计 11
3.1 行星齿轮机构扭矩计算 11
3．2行星排特征参数p的确定 13
结语 17
参考文献 18
致谢 19
1 绪论
1.1引言
当前全球都面临着能源危机和环境污染两大难题，传统汽车油耗高、效率低、污染大促使我们不得不考虑未来汽车的发展道路。纯电动汽车虽然可以有效地解决这些问题，但是目前技术还不够成熟，其面向市场成为主流汽车暂时还无法实现。纯电动汽车的主要不足表现为：①电池组的容量不能满足较长的行驶里程；②蓄电池的能量密度低，这就导致蓄电池的重量和体积无法小型化；③电池组充满电的时间过长；④电池组的价格偏高。由于存在着一系列的问题，混合动力汽车目前已经成为了世界各大汽车厂商开发的重点。
相比于纯电动汽车，混合动力汽车虽然不能实现零排放，但却有着其独特的优势。其主要优势为：①发动机作为辅助动力系统，突破了纯电动汽车行驶里程的限制；②发动机作为辅助动力机构，在合理的控制策略下，可以在行车时向电池组充电，大大减小了对停车充电的依赖；③与纯电动汽车相比，由于容量较小，其体积和重量小得多；④对于节能环保而言，HEV并不是一项全新的技术，仅仅是通过对现有动力源的合理组合来实现的，所以并不需要过多的投资就能够很快的面向市场。
与传统燃油汽车相比，混合动力汽车节能减排可以说发挥到了极致，与功率相同的燃油汽车相比，其百公里油耗会降至一半，燃油效率至少提高了10个百分点，废气排放率降低了至少30%。种种数据表明，混合动力汽车在未来很长一段时间内将成为汽车的主要研究方向。
1.2 混合动力汽车概述
广义上说，混合动力汽车是指不依赖同一种动力源，在行车时，驱动车辆的动力来自于其中一种或多种动力源。但是，就目前而言，大部分HEV都是以燃油发动机和电动机作为两种动力源，并通过动力分配机构将两种动力源提供的动力进行混合再经过传动轴驱动汽车。使其中内燃机既有柴油机也有汽油机，因此传统的汽油和柴油都可以使用，也有的发动机经过改造可以用其他的燃料代替汽油或柴油，如压缩天然气、烷和乙醇等。其中电动力系统中主要有三大系统，即电动机、发电机和蓄电池。蓄电池目前以锂电池为主，将来应该还能使用氢燃料电池。
1.3 混合动力汽车的定义
混合动力汽车是指汽车传动系统中至少拥有两种动力源，其动力源主要有内燃机、蓄电池、燃料电池、超级电容、液压蓄电池等。目前大部分混合动力汽车是油电混合动力汽车。混合动力汽车通过动力分配机构将不同动力源的动力进行糅合，并通过先进的控制系统对其进行优化，从而实现能量的最佳分配，达到提高燃油效率，降低废气排放的目的，本文所研究的混合动力汽车是油电混合动力汽车，通过一个行星齿轮机构将不同动力源提供的动力进行糅合分配。
1.4 混合动力汽车的分类及其特点
混合动力汽车根据各系统的连结方式，混合动力系统主要分为以下三类：
①串联式混合动力汽车（SHEV）
串联式混合动力汽车的各个系统都是以单排线性方式连接的，发动机、发电机、电动机等主要系统一字排开串联接合，发动机带动发电机发电，产生的电能或提供给电动机驱动车轮或给电池组充电，如图1.1所示。
图1.1 串联式混合动力汽车动力传动系统结构框图
SHEV的主要特点：电动机作为主要动力源输出动力，发动机用来发电或者提供辅助动力，相比于纯电动汽车，其续驶里程得到了突破，同时大大降低了对蓄电池容量的要求，电池轻量化得以实现；因为发动机与车轮之间没有刚性连接，无法直接驱动汽车，所以可以将发动机一直稳定在高效区运行；这种连接方式形式简单，各个系统的布置位置更加自由；由于电机系统有着随叫随到的转速，传动系统不需要设置变速器即可实现变速。
这种连接方式虽然形式简单，布置自由，但是其最终的动能经过了热能—机械能—电能—机械能这样的多次转换，这使得能量损失较大，整体效率不高；由于电动机是唯一驱动装置，其必须满足汽车最高车速所需的功率，这样电动机就无法小型化，导致整车重量过大，一般小型汽车难以运用这种连接方式，主要运用于大型客车。
并联式混合动力汽车的两个动力源发动机和驱动电机并联在一起，通过动力耦合机构对它们提供的动力进行优化匹配，结构示意图如图1.2所示。
图1.2 并联式混合动力汽车动力传动系统结构框图
PHEV的主要特点：这种连接模式主要是以发动机为主要动力源，电动机仅起辅助作用，这两套系统并联在一起，可以分别独立的向汽车传动系提供扭矩。发动机保持了与驱动桥的机械连接，可以通过机械传动直接驱动汽车，其动力特性与燃油汽车更为相似；当行车所需功率小于发动机提供的功率时，发电机将为蓄电池充电，有效降低了发动机能量的损耗，由于发动机大部分能量都是直接用于驱动汽车，只有一小部分经过热能—机械能—电能—机械能的转换，所以能量损失较小，效率较高；然而，也是因为发动机与车轮之间有着刚性连接，受行驶工况的影响，发动机无法像串联式那样在高效区稳定运行，机械效率损耗与普通汽车差不多。这使得对发动机的工作状态的优化较为困难，只能通过其他方法对动力耦合系统或控制系统进行优化来解决。由于PHEV是以发动机作为主动力源，所以电机和蓄电池要求不高，可以有效减小整车的尺寸、质量、成本。目前这种连接方式使用比较广泛。
③ 混联式混合动力汽车（PSHEV）
PSHEV同时有着SHEV和PHEV的特点，与SHEV相比增加了机械动力传递路线，与PHEV相比增加了电能传输路线，如图1.3 所示。
图1.3 混联式混合动力汽车动力传动系统结构框图
PSHEV的主要特点：PSHEV 传动系统中机械联动的电机相当于并联式混合系统中的电动机，可以用来驱动汽车或者作为发电机进行制动能量的回收，电能联动路线的电机相当于串联式混合结构中的发电机，可以将发动机多余能量转化为电能；这种连接模式下，发动机可以一直稳定在高效区运行，燃油效率较高，废气排放率较低；发动机和电动机的最大功率之和为汽车的最大功率，这样就可以选择排量较小的发动机和功率较小的电动机；由于装配了发动机，降低了对蓄电池的依赖，其续驶里程也很不错，是非常理想的混合动力连接方式；为了确保不同动力系统能够合理高效运行，需要设置合理的动力分配机构和先进的控制系统，因而其结构复杂，成本较高，但随着制造技术和控制技术的发展，现代混合动力汽车将更倾向于选择这种结构。
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