1_第3章　混合动力总成的基本构型及应用

11OZ2,主编,第3章混合动力总成的基本构型及应用,第3章混合动力总成的基本构型及应用,3.1行星排轮系传动的基本理论3.2丰田普锐斯汽车混合动力系统3.3CHS混合动力系统3.4双转子混合动力系统3.5本田IMA混合动力系统3.6通用双模混合动力系统3.7双离合变速器在混合动力系统中的应用,3.1行星排轮系传动的基本理论,3.1.1行星排轮系动力学分析3.1.2行星排轮系杠杆模拟建模方法,3.1.1行星排轮系动力学分析,图3-1行星排结构组成1太阳轮2齿圈3行星架4行星轮,3.1.2行星排轮系杠杆模拟建模方法,图3-2行星排各部分角速度对应的模拟杠杆a)全部正向旋转b)太阳轮反向旋转,3.1.2行星排轮系杠杆模拟建模方法,图3-3行星齿轮系力矩模拟杠杆,3.1.2行星排轮系杠杆模拟建模方法,表3-1行星排轮系与模拟杠杆的对应关系,3.2丰田普锐斯汽车混合动力系统,3.2.1普锐斯汽车混合动力系统简介3.2.2普锐斯汽车混合动力系统的主要构成部件与功能3.2.3普锐斯汽车混合动力系统的工作过程,3.2.1普锐斯汽车混合动力系统简介,表3-2普锐斯汽车动力控制单元参数对比,3.2.1普锐斯汽车混合动力系统简介,图3-4普锐斯汽车动力传动机构对比图(左为普锐斯，右为普锐斯),3.2.2普锐斯汽车混合动力系统的主要构成部件与功能,表3-3普锐斯混合动力系统的主要构成部件与功能,3.2.2普锐斯汽车混合动力系统的主要构成部件与功能,表3-3普锐斯混合动力系统的主要构成部件与功能,3.2.3普锐斯汽车混合动力系统的工作过程,1.发动机停车起动模式2.停车充电模式3.起步和低负荷模式1(SOC正常)4.起步和低负荷模式2(SOC低)5.巡航模式6.加速模式7.制动能量回馈模式8.倒车模式,3.2.3普锐斯汽车混合动力系统的工作过程,图3-5普锐斯混合动力总成机构组件,1.发动机停车起动模式,图3-6发动机停车起动模式下总成组件工作情况和杠杆模拟图a)总成组件工作情况b)杠杆模拟,2.停车充电模式,图3-7停车充电模式下总成组件工作情况和杠杆模拟图a)总成组件工作情况b)杠杆模拟,3.起步和低负荷模式1(SOC正常),图3-8起步和低负荷模式1下总成组件工作情况和杠杆模拟图a)总成组件工作情况b)杠杆模拟,4.起步和低负荷模式2(SOC低),图3-9起步和低负荷模式2下总成组件工作情况和杠杆模拟图a)总成组件工作情况b)杠杆模拟,5.巡航模式,图3-10巡航模式下总成组件工作情况和杠杆模拟图a)总成组件工作情况b)杠杆模拟,6.加速模式,图3-11加速模式下工作情况和杠杆模拟图a)工作情况b)杠杆模拟,7.制动能量回馈模式,图3-12制动回馈模式下总成组件工作情况和杠杆模拟图a)总成组件工作情况b)杠杆模拟,7.制动能量回馈模式,图3-13倒车模式总成组件工作情况和杠杆模拟图a)工作情况b)杠杆模拟,8.倒车模式,3.3CHS混合动力系统,3.3.1CHS混合动力总成的基本结构3.3.2CHS系统的工作过程3.3.3CHS混合动力系统的特点和测试结果,3.3.1CHS混合动力总成的基本结构,1)缓冲锁止组合机构起两方面作用，一是衰减来自发动机的扭振激励，减小其对行星齿轮冲击；二是以开关方式控制行星排的行星架运动或静止。2)电机和电机为分体式结构，分别位于不同的壳体内，行星排和行星排位于电机壳体的端部和电机壳体端部所围成的腔内，构成动力分配和耦合装置。3)行星排和行星排的外齿圈为浮动结构，外齿圈与支撑该外齿圈的部件之间设有径向浮动间隙，但不妨碍动力传动。4)大客车用混合动力总成通过行星排的齿圈和行星排的行星架轴向输出动力。,3.3.1CHS混合动力总成的基本结构,图3-14SUV用动力总成装置,3.3.1CHS混合动力总成的基本结构,图3-15城市大客车用动力总成装置,3.3.1CHS混合动力总成的基本结构,图3-16CHS混合动力总成结构示意图(大客车用)1发动机2缓冲锁止组合机构3电机4行星排5行星排6电机7第二轴8第一轴,1)缓冲锁止组合机构起两方面作用，一是衰减来自发动机的扭振激励，减小其对行星齿轮冲击；二是以开关方式控制行星排的行星架运动或静止。,2)电机和电机为分体式结构，分别位于不同的壳体内，行星排和行星排位于电机壳体的端部和电机壳体端部所围成的腔内，构成动力分配和耦合装置。,3)行星排和行星排的外齿圈为浮动结构，外齿圈与支撑该外齿圈的部件之间设有径向浮动间隙，但不妨碍动力传动。,4)大客车用混合动力总成通过行星排的齿圈和行星排的行星架轴向输出动力。,图3-17CHS混合动力总成示意图(SUV用)1发动机2缓冲锁止组合机构3电机4行星排5行星排6电机7第二轴8第一轴,3.3.2CHS系统的工作过程,1.低负荷纯电动模式2.高负荷纯电动模式3.混合动力模式4.能量回馈模式5.停车充电模式,1.低负荷纯电动模式,图3-18低负荷纯电动模式的动力流向,2.高负荷纯电动模式,图3-19高负荷纯电动模式的动力流向(插电式),3.混合动力模式,图3-20混合动力模式的动力流向,4.能量回馈模式,图3-21能量回馈模式的动力流向,5.停车充电模式,图3-22停车充电模式的动力流向,3.3.3CHS混合动力系统的特点和测试结果,1)轻量化，体积小而动力足。2)高效化，系统效率高。3)节能化，系统实现自动变速且节能效果明显。4)集成化，系统功能高度集成。5)实用化，系统结构简单，具有成本优势。1)检测动力性试验和经济性试验均在满载总质量为18t的状态下进行。2)动力性在市郊区测试。3)40km/h等速油耗和模拟城市客车工况油耗也是在丹东市郊区测试的。4)实际满载运行的油耗测试是在某公交线上进行的。,3.3.3CHS混合动力系统的特点和测试结果,:1hp=745.700W。,1)轻量化，体积小而动力足。,2)高效化，系统效率高。,3)节能化，系统实现自动变速且节能效果明显。,4)集成化，系统功能高度集成。,5)实用化，系统结构简单，具有成本优势。,表3-4试验结果,1)检测动力性试验和经济性试验均在满载总质量为18t的状态下进行。,2)动力性在市郊区测试。,3)40km/h等速油耗和模拟城市客车工况油耗也是在丹东市郊区测试的。,4)实际满载运行的油耗测试是在某公交线上进行的。,3.4双转子混合动力系统,3.4.1双转子混合动力系统的技术方案和工作过程3.4.2内电机的冷却3.4.3发动机工作点的选择,3.4双转子混合动力系统,图3-23双转子电机组成示意图,3.4.1双转子混合动力系统的技术方案和工作过程,1.发动机停车起动模式2.停车充电模式3.起步和低负荷模式(SOC正常)4.起步和低负荷模式(SOC低)5.巡航运行模式6.加速模式7.能量回馈模式8.倒车模式,3.4.1双转子混合动力系统的技术方案和工作过程,图3-24双转子混合动力系统技术方案,1.发动机停车起动模式,图3-25发动机停车起动模式动力流向,2.停车充电模式,图3-26停车充电模式动力流向,3.起步和低负荷模式(SOC正常),图3-27起步和低负荷模式(SOC正常)的动力流向,4.起步和低负荷模式(SOC低),图3-28起步和低负荷模式(SOC低)的动力流向,5.巡航运行模式,图3-29巡航运行模式动力流向,6.加速模式,图3-30加速模式,7.能量回馈模式,图3-31能量回馈模式(发动机停机)的动力流向,8.倒车模式,图3-32倒车模式,3.4.2内电机的冷却,图3-33内转子冷却通道,3.4.3发动机工作点的选择,1)通过发动机台架试验，测出发动机MAP图，得到发动机工作面上各点的有效耗油率。2)在发动机MAP图上画出等功率线。3)在每条等功率线上找出最低的有效耗油率点。4)将各个最低有效耗油率点连接起来，得到发动机的高效率运行线。,1)通过发动机台架试验，测出发动机MAP图，得到发动机工作面上各点的有效耗油率。,2)在发动机MAP图上画出等功率线。,3)在每条等功率线上找出最低的有效耗油率点。,4)将各个最低有效耗油率点连接起来，得到发动机的高效率运行线。,3.5本田IMA混合动力系统,3.5.1IMA混合动力系统的基本构成3.5.2IMA系统的工作过程,3.5本田IMA混合动力系统,图3-34IMA系统组成示意图,3.5本田IMA混合动力系统,图3-35IMA系统结构实物局部剖开图,3.5.1IMA混合动力系统的基本构成,1.发动机2.电机3.无级变速器(CVT)4.智能动力单元(IPU),3.5.1IMA混合动力系统的基本构成,图3-36IMA混合动力系统主要总成,1.发动机,2.电机,3.无级变速器(CVT),4.智能动力单元(IPU),1)与发动机控制模块(ECM)通信，决定车辆的运行状态，同时将IMA系统中检测到的问题传输给ECM。2)与电池监控模块(BCM)通信，获得电池模块的荷电状态,用于保护电池模块和保持适当的电池电量平衡。3)与仪表板连接，始终显示IMA系统条件和运行状态的信息。4)与MDM连接来接收电机的整流信息，通过电压转换模块控制电机功率转换器(MPI)。,1)与发动机控制模块(ECM)通信，决定车辆的运行状态，同时将IMA系统中检测到的问题传输给ECM。,2)与电池监控模块(BCM)通信，获得电池模块的荷电状态,用于保护电池模块和保持适当的电池电量平衡。,3)与仪表板连接，始终显示IMA系统条件和运行状态的信息。,4)与MDM连接来接收电机的整流信息，通过电压转换模块控制电机功率转换器(MPI)。,3.5.2IMA系统的工作过程,1.起步加速工况2.急加速工况3.低速巡航工况4.轻加速或高速巡航工况5.减速或制动工况6.停车制动工况,1.起步加速工况,2.急加速工况,图3-37起步加速工况总成工作状态,2.急加速工况,图3-38急加速工况总成工作状态,3.低速巡航工况,4.轻加速或高速巡航工况,图3-39低速巡航工况总成工作状态,4.轻加速或高速巡航工况,图3-40轻加速或高速巡航工况总成工作状态,5.减速或制动工况,6.停车制动工况,图3-41减速或制动工况总成工作状态,6.停车制动工况,图3-42停车制动工况总成工作状态,3.6通用双模混合动力系统,3.6.1双模混合动力系统动力传动模型分析3.6.2双模混合动力系统的工作过程3.6.3双模混合动力系统的特点,3.6通用双模混合动力系统,图3-43双模式混合动力系统结构简图,3.6通用双模混合动力系统,图3-44Tahoe混合动力双模变速器,3.6通用双模混合动力系统,图3-45Tahoe双模变速器的行星排和电机模型,3.6.1双模混合动力系统动力传动模型分析,1.输入分配模式(C1接合)2.一档传动模式(C1、C4接合)3.二档传动模式(C1、C2接合)4.复合分配模式(C2接合)5.三档传动模式(C2、C4接合)6.四档传动模式(C2、C3接合),3.6.1双模混合动力系统动力传动模型分析,图3-46双模混合动力系统模型,3.6.1双模混合动力系统动力传动模型分析,表3-5双模式混合系统对应工况的离合器工作情况,表3-6行星排齿数比和档位速比,1.输入分配模式(C1接合),图3-47双模式混合动力系统输入分配模型,1.输入分配模式(C1接合),图3-48输入分配模式的转速关系,1.输入分配模式(C1接合),图3-49纯电动模式的转速关系,2.一档传动模式(C1、C4接合),图3-50输入分配模式转为一档模式的速度关系,2.一档传动模式(C1、C4接合),图3-51一档的动力传动模型,2.一档传动模式(C1、C4接合),图3-52一档模式转为输入分配模式的速度关系,3.二档传动模式(C1、C2接合),图3-53输入分配模式转为二档模式的速度关系,3.二档传动模式(C1、C2接合),图3-54双模式混合动力系统二档传动模型,4.复合分配模式(C2接合),图3-55双模式混合动力系统复合分配模型,4.复合分配模式(C2接合),图3-56复合分配模式的转速关系,4.复合分配模式(C2接合),图3-57复合分配模式转矩平衡杠杆,5.三档传动模式(C2、C4接合),图3-58复合分配模式转为三档模式的速度关系,5.三档传动模式(C2、C4接合),图3-59三档模式转为复合分配模式的速度关系,6.四档传动模式(C2、C3接合),图3-60复合分配模式转为四档模式的速度关系,6.四档传动模式(C2、C3接合),图3-61双模式混合动力系统四档传动模型,3.6.2双模混合动力系统的工作过程,(1)车辆起步、低速行驶或倒车工况由电机MG2纯电动驱动(倒车时MG2反转)。(2)加速工况急加速时，由发动机八缸工作驱动；缓加速时，纯电动运行或发动机四缸工作。(3)巡航工况发动机4缸工作，以效率最大化为目标，依据车速决定使用两种混合动力模式还是四个固定档位模式行驶。(4)减速工况车速较高时，受电机转速限制，发动机保持四缸运转，由电机MG1在复合分配模式下回馈车辆动能；车速较低时，发动机关闭，由电机MG2在输入分配模式下回馈车辆动能。,3.6.2双模混合动力系统的工作过程,图3-62通用双模式混合动力系统工况分布图,(1)车辆起步、低速行驶或倒车工况由电机MG2纯电动驱动(倒车时MG2反转)。,(2)加速工况急加速时，由发动机八缸工作驱动；缓加速时，纯电动运行或发动机四缸工作。,(3)巡航工况发动机4缸工作，以效率最大化为目标，依据车速决定使用两种混合动力模式还是四个固定档位模式行驶。,(4)减速工况车速较高时，受电机转速限制，发动机保持四缸运转，由电机MG1在复合分配模式下回馈车辆动能；车速较低时，发动机关闭，由电机MG2在输入分配模式下回馈车辆动能。,3.6.3双模混合动力系统的特点,1.同步换挡2.减小电机峰值功率3.防止电机过热工作4.能量回馈更充分5.双模混合动力系统的缺点,1.同步换挡,2.减小电机峰值功率,3.防止电机过热工作,4.能量回馈更充分,5.双模混合动力系统的缺点,3.7双离合变速器在混合动力系统中的应用,3.7.1双离合变速器的发展历史3.7.2双离合器变速器的特点3.7.3DSG变速器的结构3.7.4DSG变速器的工作过程3.7.5IAV双离合器混合动力变速器3.7.66HDT250双离合器混合动力变速器,3.7.1双离合变速器的发展历史,3.7.2双离合器变速器的特点,1)传动过程中的能耗损失非常有限，大大提高了车辆的燃油经济性。2)变速器反应非常灵敏。3)车辆在加速过程中不会有动力中断的感觉，使车辆的加速更强劲、平滑。4)百公里加速时间比传统手动变速器还短。5)动力传动部件是一台三轴式六前进档的传统齿轮变速器，增加了速比的分配。6)双离合器的使用，可以使变速器同时有两个档位啮合，使换档操作更加快捷。,3.7.2双离合器变速器的特点,7)有手动和自动两种控制模式，除了使用变速杆控制外，还配备手控的换档按钮，在行驶中，两种模式可以随时切换。8)选用手动模式时，如果不做升档操作，即使将加速踏板踩到底，DSG变速器也不会升档。9)换档逻辑控制可以根据驾驶人的意愿进行换档控制，在手动控制模式下，可以跳跃降档。,1)传动过程中的能耗损失非常有限，大大提高了车辆的燃油经济性。,2)变速器反应非常灵敏。,3)车辆在加速过程中不会有动力中断的感觉，使车辆的加速更强劲、平滑。,4)百公里加速时间比传统手动变速器还短。,5)动力传动部件是一台三轴