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1、新能源汽车新型混合动力驱动系统与控制策略的设计袁庆强徐达(武汉理工大学)赵春明(天津市清源电动车辆有限责任公司)【摘要】在丰田公司Prius混合动力汽车的驱动结构及其控制策略基础上,提出了一种新型混合动力汽车驱动系统的实现方案。该方案采用了行星轮系和电控离合器结合的传动机构。在设计过程中,以理论研究和分析为基础,着重讨论了驱动结构的各种工况模式和控制策略。【主题词】混合动力汽车驱动系统0前言20世纪90年代以来,世界各国对改善环保和节约石油的呼声日益高涨,各式各样的电动汽车脱颖而出。混合动力汽车既
2、可以发挥发动机持续工作时间长、动力性好的优点,又可以发挥电动机无污染、低噪声的好处。1997年5月丰田公司设计了一种新的动力系统THS(ToyotaHybridSys2图1Prius动力分配机构tem)使发动机的燃油效率提高了1倍,装载该系机和行星架相联,通过行星齿轮将动力传递给外统的Prius成为第一款实用性商业混合动力汽车,圈的齿圈和内圈的太阳轮,齿圈轴与电机和传动并于2003年推出第二代产品。但由于其采用两轴相联,太阳轮轴和发电机相联。PSD将发动机个电机,致使其结构复杂,成本很高,整车布置
3、较大约70%的转矩直接传递到驱动轴上,将另一部为困难。为了改善这一状况,在PriusHEV的基础分转矩传送到发电机上,并且发电机、电机和发动上提出一种新的驱动系统设计方案,该方案的结机的转速存在一线性关系。在驱动轴转速(即电构设计较为简单,仅采用1个电机,可以大大降低机转速)不变的情况下,通过调节发电机来调整发成本和提高发动机燃油效率。动机转速。同时,发动机和电机转矩可以直接叠加。但是结构上较为复杂,给制造和控制带来了1Prius混合动力汽车结构原理分析一定的困难。Prius混合动力汽车结构的核心
4、部分是行星轮2改进的混合动力传动系统设计机构,丰田称之为动力分配装置(PSD,PowerSplitDevice)。结构示意图如图1。2.1驱动系统结构该行星轮系有两个自由度,在此结构中,发动收稿日期:2007-06-05上海汽车2007108·7·©1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net新能源汽车所提出的改进型设计是一种多工作运行模式电控离合器1断开,电
5、控离合器2结合,发动的混合动力汽车,其动力传动系统示意图如图2机通过行星轮系将动力传递给车轮;电机与齿圈所示。该驱动系统只采用1台电机,该电机既可相联,在车速一定即行星架转速一定的情况下,通以作为驱动电动机,又能作为充电和制动能量回过调整电机的转速来调整发动机的转速,使之总收时的发电机使用。在该系统中,行星轮系的太是工作在高效区,驱动系统参数关系见(1)、(2)阳轮与发动机相联,行星架与驱动车轮相联,电机式。通过锥齿轮副、电控离合器、齿轮副分别与行星架(3)加速爬坡工况和齿圈相联。对于系统所采用的
6、行星轮系,其各电控离合器1结合,电控离合器2断开,电机部分的运动学关系如下:与行星架相联,轴锁止机构将齿圈锁止,此时发动Ns+K×Nr-(1+K)×Nc=0(1)机和电机转矩直接叠加,共同提供动力驱动车轮,式中,Ns为太阳轮的转速;Nr为齿圈的转速;整车处于混合动力模式,驱动系统参数关系如下:Nc为行星架的转速;K为齿圈和太阳轮的齿数比。Nc=0(6)行星轮系传递的转矩关系为:Ns+K×Nr=0(7)1111Ts+Tr=Tc(2)Ts=Tr=Tc(8)kK+1kK+1式中,Tr为齿圈上的转矩;Ts
7、为太阳轮上的转(4)减速制动工况矩;Tc为行星架上的转矩;K为齿圈和太阳轮的齿在踩下制动踏板时,电控离合器1结合,电控数比。离合器2断开,电机与行星架相联,该模式类似于Prius的再生制动动能回收模式,由电机作为发电机将减速或制动的机械能转换成电能储存在动力电池内,并提供一个制动力矩给车轮,使车轮减速或静止下来。驱动系统参数关系见(3)、(4)、(5)式。(5)停车充电模式电控离合器1断开,电控离合器2结合,电机与齿圈相联,在整车静止状态下由发动机单独驱动发电机发电。此外,电池还可以采用外接充电的
8、方式进行充电。图2新型混合动力传动系统示意图以上仅就整车运行工况进行分析,驱动系统发动机或电机单独驱动的工作模式包含在上述运行2.2整车运行的各种工况模式工况内。由上述可见,这种新型混合动力汽车的驱(1)启动工况动系统可以完成Prius驱动系统的全部工作模式,电控离合器1结合,电控离合器2断开,电机但结构较之简单,并且减少了发电机,整车成本大大与行星架相联,将动力电池的电能转化成动能,通降低。这种双电控离合器结构使电机在连接上更过差速器传递给车轮;由于发动机自身阻力,太阳加灵活,从
