混合动力汽车的传动系统发展趋势.

电动汽车课程报告,混合动力传动系统发展趋势,行车记录仪,混合动力电动汽车,混合动力传动系统的现状,混合动力传动系统的发展前景,电动汽车,混合动力传动系统发展趋势,2,1.混合动力电动汽车,电动汽车,混合动力传动系统发展趋势,3,1.1混合动力汽车的基本概念,什么是混合动力电动汽车(HybridElectricVehicle简称HEV)？,优点：排放小，节能，可以再生制动;,电动汽车,到2020年单是中国汽车的保有量将达到2亿；面对碳排量和环境保护的压力，混合动力电动汽车有很好的发展前景。,混合动力传动系统发展趋势,4,同时拥有电动机和内燃机两个动力源的汽车。,1.2混合动力电动汽车的分类,按照传动系统结构,电动汽车,混合动力传动系统发展趋势,5,按照混合程度分,电动汽车,可以纯电动模式运行。Prius,发动机起停控制,在微混合基础上添加能量回收功能荣威750、奔驰S400Lhybrid,发动机和电动机协作，一定程度可以实现纯电动运行本田IMA,混合动力传动系统发展趋势,6,1.2混合动力电动汽车的分类,1.3传动系统在机车中的地位,传统汽车,混合动力,再生制动,再生制动,电动汽车,现在：整个动力系的核心，实现高效驱动、最优控制和良好驾驶性能的关键。,传统：转速和转矩匹配,混合动力传动系统发展趋势,7,对混合动力传动系统的理解,控制系统,硬件系统,先进的机电技术作为物理机构支撑。,整个系统的“大脑”，运用优良算法，实现预期传动要求。,总控制器指令,传动系统,输出转速和转矩到车轮。,电动汽车,混合动力传动系统发展趋势,8,二混合动力汽车传动系统的发展,混合动力传动系统的发展主要在2个方面:1.物理结构的发展；2.控制系统的发展；,电动汽车,混合动力传动系统发展趋势,9,电机技术,1物理结构的发展,动力耦合、变速环节,电力电子,电动汽车,混合动力传动系统发展趋势,10,电动机具有调速方便，响应快，低速大转矩等特点。用以改善发动机的低速和高速转矩特性。增大电传动功率来代替种类繁多的机械和液压系统是汽车产业的一个发展趋势。,2.1.1电机技术,电动汽车,混合动力传动系统发展趋势,11,电机是混合动力传动系统的标志。,2.1.1电机技术,混合动力电动汽车用的电机主要有：感应电机：高可靠性和低成本、低维护成本成为混合动力的最有潜力的电力驱动选择，低功率因数，低效率等缺点需要改善。永磁电机：永磁刷直流电机在高能量密度和高功率密度，与感应电动机相比有很大优势。近些年能量密度和功率密度随着新永磁材料的出现还在提高。轮毂电机：传动路线大大缩短，实现无齿轮传动，在效率和扭矩比传统电机方面有很大优势。,HondaInsight用的永磁同步电机,电动汽车,想要轮毂电机应用于混合动力传动系统必须采用串联混合传动系统，串联系统低效率不可回避，所以轮毂电机不太适合混合动力传动系统。,混合动力传动系统发展趋势,12,集成启动/发电机ISG,电机技术的发展使ISG成为可能。对于中度混合动力传动系统而言，集成启动/发电机具有以下优点：1结构紧凑，传统汽车用到发电机和启动电机，两个电机，占用空间大，重量增加多。2ISG可以完成传统汽车中两个部件功能同时，辅助提供峰值功率，改善机车动力性能。3针对一个电机的控制，简单可靠。,电动汽车,混合动力传动系统发展趋势,13,CVT和动力耦合发展趋势,电动汽车,近年混合动力系统中CVT兼任动力耦合的功能，及两者的功能一体化，结构简单，控制更加方便。,混合动力传动系统发展趋势,14,电机的加入使无级变速(CVT)成为混合动力传动变速方式首选，主要有电子无级变速和金属带式无级变速。CVT缺点是成本略高。,CVT可以实现连续光滑的速度变化，实现动力与工况的最佳匹配；可以使发动机一直工作与高效区，提高HEV的整车效率。,电子无极变速E-CVT,以1997年，丰田Prius中电子无级变速为起点，电子无级变速成为混合动力的主要变速方案。,优点：1、无离合器，传动效率高。2、无级变速，发动机可以一直工作于高效区。3、怠速停止发动机，电机驱动机车，提高效率，减少排放。4、下坡或减速时完全再生制动。,电动汽车,混合动力传动系统发展趋势,15,ToyotaPrius,CamryHybrid,HighlanderHybrid-FordEscapeHybrid,FusionHybrid-NissanAltimaHybrid-LexusHybrids.,通过行星轮系实现发动机和电机之间机械耦合和无级变速,缺点：需要润滑、传动能量损失、噪声。无级变速完全靠一个电动机实现，对电动机性能要求很高。,近年来，研究转向无齿轮无级变速。,电动汽车,混合动力传动系统发展趋势,16,双转子电机实现无级变速和耦合,功率的两个路径：由发动机直接传递至输出轴；电能通过滑环流入电机绕组，驱动输出轴。完全实现电磁耦合，不需要润滑；非常有吸引力的变速和动力耦合方案。,电动汽车,混合动力传动系统发展趋势,17,式子中d为输出轴转速,无刷电子无极变速,混合动力传动系统发展趋势,电动汽车,18,与前一种e-CVT相比，去掉了电刷；通过电磁场完成能量的传递，结构更加简单，易于维护。,金属带式无极变速,原理：主、被动工作轮的固定和可动两部分形成V形槽，与金属传送带啮合。当主、被动工作轮可动部分作轴向移动时，改变了传送带的回转半径，从而改变传动比，实现无级变速传动。,缺点：1变速范围小，需要另外增加变速齿轮。2受金属带的强度限制，应用有限。,电动汽车,混合动力传动系统发展趋势,19,2.1.3电力电子应用,电动汽车,混合动力传动系统发展趋势,20,2.1.3电力电子的应用,丰田新一代混合动力系统THS中电力电子技术的应用高压电源、各种逆变器和14V蓄电池用辅助DC-DC变换器组成功率控制器。集成了DSP控制器、驱动和电路保护、直流稳压电容、冷却回路和汽车通信的CAN总线接口等。,电动汽车,混合动力传动系统发展趋势,21,2.1.3电力电子的应用,电动机/发电机用逆变单元：目前电动汽车多用PWM控制型逆变器。这种逆变器线路简单、效率高。PWM逆变器的发展趋势：一采用IGBT器件，工作频率高，减少启动时的电流冲击。二电机额定功率提高，扩大调速范围，提高功率比。三采用DSP为核心的计算机控制系统，可使电机快速恒转矩启动及弱磁高速运行；该系统稳定，电流冲击小，控制效率高。,电动汽车,混合动力传动系统发展趋势,22,2.1.3电力电子学的应用,电动汽车,电力电子装置密封问题，使其耐受高温，并能防止各种汽车液体的侵入。,电磁兼容/电磁干扰（EMC/EMI）问题，混合动力汽车空间狭小，有很多芯片和弱电电路，需要解决EMC/EMI问题。,“高开关频率”和“高采样率”普遍应用于混合动力电动汽车的电力电子装置中，这需要高精度的编码器和解算器，当电机中出现宽温度梯度和饱和状态时，实现鲁棒控制。,HEV对电力电子技术的要求：,混合动力传动系统发展趋势,23,电力电子的最新发展,电动汽车,混合动力传动系统发展趋势,24,为汽车设计人员在提高效率降低排放方面提供了更大的余地。,电动汽车,混合动力传动系统发展趋势,25,2.2控制系统的研究,控制系统是整个转动系统的灵魂，能否高效完项各项指标控制系统的好坏至关重要。控制系统控制协调各个部件完成以下性能指标：燃油经济性最优驱动力最小排放连续稳定的功率输出再生制动的实现,电动汽车,混合动力传动系统发展趋势,26,这些指标不能兼得，控制系统根据驾驶员的要求而取舍,仿真流程,反馈,所需车速,电动汽车,混合动力传动系统发展趋势,27,控制策略,混合动力传动系统发展趋势,电动汽车,28,应用于混合动力传动系统的控制策略（算法）有很多种。主要有：,通常应用中是将多个策略组合应用，取优补短，达到好的控制效果。,基于逻辑门限控制策略介绍,混合动力传动系统发展趋势,电动汽车,29,控制规则,本田超级四轮驱动控制系统SPORThybridsh-awd,电动汽车,SPORThybridsh-awd控制系统是由一台3.5升自然进气V6发动机与3台大功率电机组成；厂家称，这套系统在动力方面可以媲美一台采用传统动力技术的V8发动机，而在油耗方面则几乎与一台自然进气四缸发动机相同。,混合动力传动系统发展趋势,30,车辆在转弯时，为了让车辆的转向更为顺畅，内侧后轮的动力输出会被限制，而由此节省下来的能量就会被驱动外侧后轮的电机所使用，以提高外侧后轮的扭矩输出。,奥迪A7iHEV智能混合动力系统,电动汽车,滑行混合动力(CoastingHybrid)的运行模式，控制系统集合油门、制动、坡度、速度、导航信息进行综合判断，再借助大功率电动机频繁关闭和起动车头的发动机，大幅提升动力系统的工作效率,混合动力传动系统发展趋势,31,无人驾驶技术对混合动力传动系统影响,混合动力传动系统发展趋势,电动汽车,32,各种控制中，如果可以有实时的路况信息提供，则控制系统可以更高效的实现机车的控制；Google的全球导航可以提供这样的服务；并且由Google最先提出的无人驾驶技术，被认为在安全，节能、驾驶体验和节约时间方面都有很大吸引力。据报道，Google计划自己开发自动驾驶汽车；其首选的车型应该是HEV。这对混合动力传动系统提出的要求是：快速的响应，根据导航信息提供的路况和车主的选择，结合最优控制期望，驱动机车行驶。,3混合动力传动系统的发展展望,观察技术的发展史，可以发现危机推动技术的更新换代；随着全球能源危机的加剧，HEV在市场中的占有率会逐步上升；而相应的对混合动力传动系统的性能提出更高的要求。