【混合动力汽车驱动系统结构设计】13000字（论文）

II混合动力汽车驱动系统结构设计目录摘要 3第1章绪论 51.1课题提出的背景及意义 51.2混合动力汽车的发展及研究现状 6国外研究现状 6国内研究现状 6第2章混合动力电动汽车驱动系统方案设计 82.1混合动力电动汽车驱动系统类型选择 82.2混合动力汽车驱动系统的总体方案设计 11第3章混合动力电动汽车驱动系统结构设计 113.1混合动力电动汽车主要技术参数及动力性要求 123.2混合动力电动汽车驱动系统的参数计算 123.2.1发动机参数 133.2.2传动系参数 153.2.3传动比的选择 153.2.4变速器档位数及各档传动比的选择 173.2.5电机参数 17第4章混合动力电动汽车控制系统设计 274.1控制策略分析 274.2电路设计 29第五章总结 32参考文献 33摘要摘要：本文引见了混合动力电动汽车发展概况，剖析了混合动力电动汽车及驱动系统研究与应用现状，在此基础上，以SC7130ISG为研究对象，进行了混合动力电动汽车驱动系统总体方案分析与设计；按照要求的数据参数，就并联混合动力汽车驱动系统，进行了相关动力参数分析与计算和驱动系统结构设计，选择好驱动电机和发动机、蓄电池参数的计算和选择、变速器设计和驱动控制系统设计，完成了驱动系统总体布置图、主要总成装配图和关键零件的零件图设计。关键词：混合动力；电动汽车；参数匹配；结构设计第1章绪论1.1课题提出的背景及意义近年来，由于能源危机和环境保护，汽车行业面临两大挑战。电动汽车因其无污染、环保节能、效率高的优势，尤其是混合动力电动汽车，逐渐登上历史舞台。由于其高能效、低排放的特点，对传统汽车形成了巨大的挑战。发展趋势快，市场化进程也快。混合动力电动汽车的动力性、燃油经济性和排放标准，与驱动系统结构和参数的匹配以及车辆在行驶过程中的协调控制密切相关。所以，研究混合动力汽车的驱动系统对提高混合动力汽车的性能具有理论意义。混合动力汽车是在纯电动汽车发展过程中为结合我国汽车市场推广的实际情况而创造和发展起来的一种新技术。它通过先进的储能控制与处理系统的相互作用，将我车现有的大型内燃机和具有一定负载能力的电储能控制单元（主要采用高性能的镍氢电池或超级储能单元中的电容器）结合起来，它可以轻松实现大排量小排量，有效降低汽车的大量油耗，减少汽车环境中有害污染物的排放。国外学者普遍认为，它应该是我国第一款主流的清洁能源汽车，开发投资少，选择推广空间大，易于研究和实现，能够满足未来汽车排放控制标准、环保节能的发展目标，市场接受度高，各大型清洁汽车生产企业都在努力不断加强对清洁混合能源汽车新技术应用研究的产业支持和开发投入。这一研究课题也可能是在这样的历史背景下首次提出的。本研究的主要目的是合理研究和设计各种类型混合动力系统的各种机构控制参数和运动控制策略系统，寻找一种将电力系统参数设计与机构控制相结合的研究方法。该系统的集成控制策略是在两个混合动力系统之间均衡分配每辆车的平均驱动功率和总功率。其设计的正确性和可靠性将直接影响气动系统的性能、耗油产生的巨大财政危机和各种各样的污染物的排放。混合动力汽车的系统有三种分别是串联，并联和混联系统。本文设计了一种基于SC7130的并联式混合动力电动汽车。1.2混合动力汽车的发展及研究现状国外研究现状目前,许多国家都已经制定了严格的汽车污染治理法规和环保节能的标准。在纯电动汽车还没有很快地实现市场化的条件下,世界上的各个汽车企业都对于混合动力汽车进行了更高的投资和支持力度,陆续研究生产和推广了各类混合动力汽车的新技术。比如通用公司的preceptl.3混合空气动力中型豪华轿车,福特公司的丰田prodigy中型混合空气动力中型豪华轿车,戴母勒家族和克莱斯勒公司的presx3.1.5混合空气动力中型豪华轿车,还有日本丰田公司于1997年9月推出的美国王牌豪华车型丰田混合动力中型豪华轿车,目前在中国全球汽车市场的累计销量已经达到接近年30万辆。目前我国一些专家观点认为,混合动力小型汽车的开发,已经不再仅仅是对汽车制造行业的一次简单技术革新,而是对一次全球性的汽车制造行业革命。国内研究现状目前为止我国在"八五"和"九五"期间均已经有较大计划地陆续推出了智能电动汽车的一些重要关键技术专项研究攻关及其关键整车设计生产与技术研制,在此攻关基础上还积极探索推出了一些新型插电混合能源动力纯智能电动汽车及其相关技术产品与关键技术在各方面的创新研究与推广应用。清华大学、华南理工大学、广州电车公司等二十多家科研单位先后成功试制并推出了新型混合电气动力柴油车型。但从技术水平上看,国内现在任然是研究的初级阶段,与国外的研究发展相比仍有很大差距。由于我国所蕴含的石油资源正在慢慢的减少，这使我国人民认识到环保和资源的重要性，这就使混合动力汽车正在慢慢崛起，有极大的可能发展成为中国汽车新能源汽车工业技术创新和发展，这也是近年来所有来华汽车界人士的共识。在今年的国家重点高新技术产业研究项目发展计划（863计划）中，地方政府专门列出了电动汽车发展的三大项目（包括混合燃料电池电动汽车、混合燃料能源汽车和纯氢电动汽车），总建设成本8.8亿元，包括混合能源微型车技术研发。目标是在5年内完成整车产业化。第2章混合动力电动汽车驱动系统方案设计2.1混合动力电动汽车驱动系统类型选择混合动力汽车的三种主要驱动系统是串联、并联和混联驱动系统。串联混合动力驱动系统串联混合动力其实就是把电动机和内燃机串联起来。其基本组成如图1所示：图1串联混合动力驱动系统从实际来说，在实际应用中，列车驱动机构与串联式机构相同，然后加装一个蓄电池，使这个蓄电池起到峰值能量机构的作用，这样，电动机驱动轴的转速就可以与内燃机和发电机的转速完全解耦，这样就可以解决调速问题，不需要齿轮箱，而且内燃机的功率输出可以与发电机解耦，使内燃机始终工作在最佳状态，从而能够提高燃油经济性。由此可见，串联的内燃机和电机是通过电连接而不是通过机械连接。它的工作模式有以下几种：内燃机与发动机一起工作，使电机产生电能，驱动车辆前进。如果内燃机的工作功率大于驱动功率，则电池充电，功率增加；反之，电池放电，功率减少；当内燃机不工作的时候，此时只由电机来带动汽车动起来，这种现象往往在城市中低速行驶且电量充足的时候；汽车下坡或者减速时，此时内燃机是不运行的，所以电机能够给电池充电。在这三种类型中，最简单的显然是串联混动，它的控制策略的设计修改也最简单。串联混动因为比较单一，所以也会有很多的缺点：内燃机不能直接驱动车轮，要经历两个转换才能驱动，消耗能量，成本高；由于电机需要一直驱动汽车，串联式混合动力汽车需要一个大的和一个小的动力电机，导致成本很高；它的内燃机和发电机都不可用于驱动，浪费资源。并联混合动力驱动系统令电机和内燃机通过并联构成并联混动结构从而来带动汽车行驶，其基本组成如图2所示：图2并联混合动力驱动系统在并联式混合动力中，电动机和内燃机产生的动力一般通过机械联轴器连接，输入和输出的速度应保持固定比例，如下图所示：并联式混合动力车相当于在传统的内燃机汽车上增加一个电动马达系统和一个电池，并联的模式比串联的多一些。与串联式混合动力车相比，并联式车辆的发动机不需要使用其全部动力来驱动车辆，因此只需要一个小的发动机，降低了生产成本。由于发动机和内燃机都能为车辆提供动力，并联混合动力的功率略高。混联混合动力驱动系统混合动力汽车是结合了串并联的优势来产生输出，典型混联结构如图3所示：图3混联混合动力汽车图中的离合器用来实现串联和并联之间的切换，离合器分开即为串联，反之则是并联。混合动力汽车传统上不像串联汽车那样有变速器，这提高了变速器的效率，减少了汽车的整体重量；混合动力汽车的电动机和马达可以一起驱动汽车。然而，由于复杂的驾驶模式，混合动力汽车的控制策略对汽车公司的要求更高。没有变速箱的混合动力汽车中的电动马达需要更多的动力，这导致了更高的成本。混合动力结构还需要更高的离合器，而且内燃机的工作范围比串联式更大，因此成本往往比串联式混合动力多很多。综上分析，根据设计要求，本次设计选择并联结构。2.2混合动力汽车驱动系统的总体方案设计因为混合动力采用四轴并联齿轮驱动汽车系统,承载汽车的两个驱动轮由发动机传递动力给承载驱动轮的齿轮从而使驱动方式得到最大能量，它的驱动力则是由高压电动机提供,如图5所示。发动机离合器电动机变速箱控制器电池组发动机离合器电动机变速箱控制器电池组主减速器车轮机械连续电功连续第3章混合动力电动汽车驱动系统结构设计本章介绍了并联式混合动力系统各机构的参数和设计，如下图所示，主要目的是设计各部件的参数，以提高汽车的燃油经济性和过滤尾气的能力。其中包括最大速度、发动机功率、电池功率、电池容量大小、传动比大小、传动齿轮数、发动机参数和储能元件参数。通过有效控制，可以提高系统的整体效率，从而节省燃料，减少污染和废气排放，提高经济性。3.1混合动力电动汽车主要技术参数及动力性要求在开始设计之前，先要上网查阅资料得到我们设计时所需要的参数数据，如下表所示。技术参数数值整车整车质量（kg）865±20满载质量（kg）1190车轮半径（m）0.265滚动阻力系数0.012空气阻力系数0.38发动机额定功率（kW）63/6000rpm最大扭矩（Nm）110/3500—4500rpm最高转速(rpm)6300与SC7130汽车的功率性能相比较，本文对混合动力汽车的功率要求提出如下建议：(1)最高车速≥80km／h；(2)加速时间≤26s(50km/h)；(3)最大爬坡度≥35％。3.2混合动力电动汽车驱动系统的参数计算我们在设计时，应该首先确定电机和发电机的功率参数,由汽车行驶时的功率变化动态来决定这两者的分配(由控制战略来实现)。3.2.1发动机参数当汽车在低矮的陡坡上平稳匀速行驶时，发动机本身就能提供能量，不需要蓄电池提供动能让汽车行驶。如果用蓄电池提供能量，很可能造成蓄电池过热放电，这将大大影响蓄电池的寿命和各方面的正常运行。汽车在高速循环行驶和制动过程中所需要的平均功率由发动机输出它所能提供的最大和稳定的功率，高速循环行驶和反反复复起动停止需要的平均功率应小于或等于整车发动机所提供的汽车行驶的最大平均功率。因此，发动机的最大功率应以上述两点为标准进行设计和计算。(1)在混动型汽车发动机的独自增压驱动下使它能够完全满足普通高速公路上电动汽车的额定行驶速度和功率控制要求:汽车在水平高速公路上匀速行驶时，其功率为：(1)其中，—车轮到发动机的传动效率，取0.9;—汽车行驶速度，—重力加速度，9.81—滚动阻力系数—空气的密度，1.2257—空气阻力系数—受风面积，代入所需参数并进行计算,可以得出当汽车在水平路面或高速公路上行驶时,速度可以达80km/h时所需的功率大约为43.31kw,取整,得发动机功率为44kW。(2)能够满足传统循环工况下车辆的平均运转功率要求:在一个循环工况中，平均行驶功率可由下式计算得到（2）令1.01为车辆旋转质量转换系数。平均运行功率根据制动力再生的程度而变化。两个极端情况是完全恢复和零恢复。如果车辆的制动能量得到充分的回收，平均驾驶功率可按公式2计算；如果制动能量回收的瞬时功率为零，平均瞬时驾驶功率必须远远大于以前的状态，瞬时功率小于0的改为0。可用下面的公式来计算发动机节气门的平均功率:（3）其中是循环的总运行时间，是发动机全开时每个转子的输出功率，发动机的最大功率为44kw，使用SC7130轿车专用的发动机，发动机的外部特性降低了一定比例。图1和图2显示了上述车辆以及ftp75道路循环和NEDC循环的功率图。通过比较这些可能的最大平均输出功率和计算出的平均驱动功率，可以看出，选择各种发动机功率是为了满足这些驾驶周期的驱动要求。因此，发动机功率被设定为满足道路车辆类驾驶的要求，即44kw。图1FTP75高速公路工况下的上述功率图图2NEDC循环工况3.2.2传动系参数峰值的功率是电机提供产生，它具有低速时扭矩大的特点。选取了一个单一速比的传动机构在电机和驱动轮之间，这使得汽车在加速和爬坡时能够获得足够的扭矩。驱动轮和发动机是由一个多比率传动机构来进行驱动的。这种多比率传动机构可以有效提高发动机的储备功率，改善车辆的动力性能。该机制还使发动机有更多机会处于最佳的经济运行范围，使燃油经济性得到大大提高。发动机的巨大储备功率允许对电池进行快速充电。然而，多速比传动机构比单速比传动机构更大、更重、更复杂，其控制也更复杂。因此，在设计时应更仔细地考虑参数的选择和机构的设计。本文的设计系统选用从发动机系统到负载轮的多速比齿轮控制机制和从电机系统到驱动轮的单速比传动机制。变速器变速箱系统的传动比参数主要由自动变速器和变速器主轴及减速器的传动比系数组成。最大爬坡速度比需要对比车辆的最高爬坡行驶坡度，最小爬坡速度比需要分析车辆的最高爬坡行驶转向速度来决定。3.2.3传动比的选择最小传动比选择在这一点上的传动比是系统能够产生的最小传动比。它可以根据发动机单独驱动时的最大速度的功率平衡点来选择。说白了，当发动机工作在最大功率平衡点时，对应的最大速度是80公里/小时。在这一点上，它有以下的对应关系：（4）所以（5）带入数据计算得：最大传动比选择齿轮传动头齿轮主减速比乘以齿轮主减速比之间数值就是最大的齿轮传动减速比。机器速度的比较更主要是为了满足这两个要求。（6）式中，—最大爬坡度，;带入数据得，满足附着条件，即牵引力小于等于附着力（7）可得（8）式中，—最大牵引力，单位：N；—附着力，单位：N；—驱动桥质量，取，单位：kg；—附着系数，取；代入可得，由此可以得出，发动机行驶时的最大传动比应该介于26.72到33之间。由于发动机需要由发动机和电动机共同驱动，最大传动比需要满足混合驱动的附着力条件。考虑到这些因素，为了满足车辆动力性能的要求，相邻齿轮之间的传动比应该最小化。各机构的参数设计完成后，可以将得出的参数进行代入计算证明自己所做的没有错误.3.2.4变速器档位数及各档传动比的选择变速器的档位数主要从动力特性、经济特性、工作、结构的复杂性和要求等方面来选择。档位越多，发动机的功率利用率越高，不仅可以提高动力效率，还可以增加柴油机在低油耗区工作的概率，提高燃油经济性。但是，多档位自动变速器的结构，特别是操作机构可能非常复杂，因此，档位数的选择应以两方面的协调为基础。SC7130轿车在主减速器和副减速器上的速比为5。因此，可以采用五档变速器，各档的等速分配系数应按其等速系数合理分配。综合分析，对齿轮速比进行了设计，如表3.2.4所示。ⅠⅡⅢⅣⅤ3.12.16571.5131.0000.7385表3.2.4变速器各档速比3.2.5电机参数通常使用功率相对较低的发动机，因为在高速加速和爬坡时，动力不是由发动机单独提供，而是由电驱动设备和带有发动机的储能单元（电池组、储能飞轮或超级电容器）来驱动车辆高速行驶。对于一些电动辅助的平行混合动力汽车，电机起着给混合动力系统产生峰值功率的作用。发动机功率的设计要考虑发动机在几个典型循环条件下的加速性能和车辆在运行过程中所需要的峰值功率。根据给定的混合动力电动汽车的加速特性来判断电机的最大功率。(1)基于加速性能的电机功率初步估算:在这个初步估计的时候，可以假设车辆的稳定驱动力（克服滚动阻力和空气阻力）是由柴油发动机提供的，而动态驱动力（克服加速过程中的惯性阻力）是由电动机提供的。有了这一假设,电机的输出扭矩和驱动汽车的加速度就会有如下关系：(9)其中，—电机输出扭矩；—电机驱动旋转质量换算系数为1.03；—电机到驱动轮的传动比；—电机到驱动轮的传动效率为0.95；—车轮滚动半径使用图3.2.5所示的电机输出特性和给定的从初始速度0到最终速度的加速时间t-a(26s)，电机功率可以从公式10得到，如式11：图3．2.5汽车电机驱动F的驱动力-车速曲线(10)(11)其中是发动机在额定转速下的最大时间速度。上述公式表明，如果电机的加速特性是稳定的，那么在额定速度下，电机的速度和功率水平都会降低。根据公式10，计算发动机功率水平与它的基本速比x之间的关系。如果输出电机x小（相对于高），减少可以大大降低输出电机的功率水平要求。但是，如果x比较大（小于x），如x>5，效果就不明显本文选取电机功率x=5，经公式11计算，初步估算电机功率=52.13kw。(2)验算初步估计的电功率第（1）步电机功率在设计上过高，因为在高速加速时，电机是用来克服汽车的滚动阻力和空气压缩阻力的，同时也是一个备用电源，这也分享了汽车的一些备用电源。柴油机的平均备用功率在高速时表示为:(12)式中，—发动机功率，单位：kW—阻力功率，单位：kW—加速时间，单位：s；—发动机驱动开始时刻，单位：s。传递给驱动轮的发动机功率也与变速器的机械部件的齿轮数和传递的扭矩成正比。3.2.6储能元件参数储能装置的主要性能和参数有两个：功率和容量。功率选择储能元件的功率控制设计相对简单明了，主要是为了满足发电机的输入功率要求，即：(13)公式中，—电机最大功率，—电机效率。我们选择的是某种交流式发动机，它的平均效率是0.8，最大功率是44kW，最大效率是0.9，经过计算我得储能单元功率为55kW。容量（14）和（15）其中,-储能单片机元件；-引擎发动机所输出的容量；-发动机输入功率；-引擎输入功率。我们能够用下面的公式求出储能元件的能量：（16）储能元件中的能量只有一部分能够利用，百分数可以用SOC表示。我们可以用下面的公式来确定储能元件的能量:（17）式中,-两个储能元件的存放电量；-储能元件soc下界；-储能元件soc上界。3.3混合动力汽车变速器设计3.3.1档数和传动比的选择

目前，汽车的档位选择一般设定为4至5档，所以本次选的就是5档。根据车辆的最大坡度，车辆的最小稳定速度，驱动轮的牵引力，主减速比和驱动轮的滚动半径，选择变速器的最小传动比，确定最终的传动比。我们不计算低速爬坡的时间阻力，所以用下面的公式来计算最大驱动力。符合I传动比：其中：—汽车总质量；—重力加速度；—主减速比；—传动效率—驱动轮的滚动半径；—发动机最大转矩；—道路最大阻力系数。由驱动轮的附着条件可知：得：式中：—路面附着系数，计算的时候取；—车辆在满载时静止于水平路面上时驱动桥给路面的载荷由上式可知，满载的质量是1800kg

得，查阅资料可知，大部分传动比的数值在0.7和0.8之内，取：。中间档的传动比q为：理论和实际有出入。由上式可得：故：（取整为1）由上述结果可知，传动比符合要求。3.3.2中心距的选择

中心距对变速器来说是很重要的，所以我们要选择更为合适的中心距来保证齿轮的强度。两轴之间的中心距是由下面公式计算可得：该公式中：取中心距其中的一个系数为，——变速器中心距（mm）；——发动机的最大输出的转矩为150；——变速器一档传动比为3.455；——变速器传动效率，取96%。因为轿车的变速器中心距在65到80mm之间，所以取。3.3.3变速器的外形尺寸乘用车变速器壳体的轴向尺寸可以参考下面的公式进行选择：初选长度为240mm。3.3.4齿轮参数(1)模数选择齿轮模数时应遵守的一般原则是：为了降低噪音应合理的降低模数，同时增加齿宽；为了使质量更小，应增加模数，同时减少齿宽；从工艺方面看，每个齿轮应选择一个模数；从强度方面看，每个齿轮应具有不同模数。对于汽车来说，降低工作噪音是比较重要的，所以模数应选得小一些。法向模数为：

其中，可得出。

1档直齿轮的模数：

计算可得：(2)压力角α-齿形和压力角、β-螺旋角、b-齿宽的选择：项目车型齿形压力角α轿车高齿并修形的齿形14.5°，15°，16°，16.5°重型车GB1356-78规定的标准齿形低档、倒档齿轮22.5°，25°对于轿车，为了降低噪声，应选用14.5°、15°、16°、16.5°等小些的压力角。(3)螺旋角齿轮的螺旋角对齿轮的工作噪音、齿轮齿的强度和轴向力都有影响。当选择较大的螺旋角时，齿轮的啮合重叠度增加，因此工作平稳，噪音降低。试验证明，随着螺旋角的增大，齿的强度也相应增加，但当螺旋角大于30°时，弯曲强度突然下降，而接触强度则继续上升。因此，从提高低档齿轮的抗弯强度来说，并不希望使用过大的螺旋角；而从提高高档齿轮的接触强度来说，应选择较大的螺旋角。(4)齿宽通常根据齿轮模数的大小来选定齿宽斜齿，取为6.0～8.5。为了提高齿轮的使用寿命和传动稳定性，有必要随着齿轮长度的减少而增加接触应力，反之，齿宽系数的值会变大。(5)齿顶高度系数对重合度、齿部强度、工作噪音、齿轮齿的相对滑动速度、齿轮齿根切口和齿顶厚度都有影响。如果齿顶高度系数小，齿轮的重叠度就小，工作噪音就大；但是，齿轮齿的弯矩就减小，齿轮齿的弯曲应力也就减小。齿轮加工精度提高后，包括我国在内，顶高系数都取为1.00。为了增加齿轮的啮合度，降低噪音，提高齿根强度，变速器采用顶高系数超过1.00的细高齿。3.3.4各档齿轮齿数的分配和齿轮参数的计算在初步选定中心距、齿轮模数和螺旋角后，可根据变速器的齿轮数、传动比和传动方案来分配齿轮齿数。需要注意的是，为了使齿面磨损均匀，齿轮齿数的比例应尽量不为整数。（1）一档齿数参数的确定一档传动比为：3.455取为53。轿车取12，则。(2)对中心距A进行修正取整得，为标准中心矩。计算精确值：当量齿数理论中心距端面压力角端面啮合角变位系数之和查变位系数线图得：计算精确值：分度圆直径齿顶高式中：齿根高齿全高齿顶圆直径齿根圆直径（3）二档齿数参数的确定已知：，，，；将数据代入上两式，取整：53；齿数取整得：，。计算精确值：当量齿数理论中心距端面压力角端面啮合角变位系数之和查变位系数线图得：计算精确值：所以分度圆直径齿顶高式中：齿根高齿全高=5.605mm齿顶圆直径齿根圆直径（4）计算三档齿轮参数已知：，，，；将数据代入上两式，，取整57齿数取整得：，计算精确值：当量齿数 理论中心距端面压力角端面啮合角变位系数之和查变位系数线图得：分度圆直径齿顶高式中：齿根高齿全高齿顶圆直径齿根圆直径（5）计算四档齿轮参数已知：，，，；将数据代入上两式：，取整59；齿数取整得：，计算精确值：当量齿数：理论中心距：端面压力角：端面啮合角：变位系数之和：查变位系数线图得：分度圆直径：齿顶高：式中：齿根高：齿全高：齿顶圆直径：齿根圆直径：（6）计算五档齿轮参数已知：，，，；将数据代入上两式：，取整59齿数取整得：，。计算精确值：当量齿数理论中心距端面压力角端面啮合角变位系数之和查变位系数线图得：分度圆直径齿顶高式中：齿根高齿全高齿顶圆直径齿根圆直径（7）计算倒档齿轮参数倒挡齿轮选用的模数和一挡一样，倒挡齿轮的齿数一般在21～23之间，初选后，可计算出输入轴与倒挡轴的中心距。初选，，则：为保证倒挡齿轮的啮合和不产生运动干涉，齿轮12和11的齿顶圆之间应保持有1mm以上的间隙，则齿轮11的齿顶圆直径应为为了保证齿轮11和12的齿顶圆之间应保持有1mm以上的间隙，取计算倒挡轴和输出轴的中心距：分度圆直径齿顶高齿根高齿全高齿顶圆直径齿根圆直径3.3.5变速器齿轮的材料及热处理(1)齿轮材料的选择原则由于一对齿轮一直参与传动，磨损较大，齿轮还受到较大的冲击载荷作用，对抗弯强度要求比较高。应选用硬质齿轮组合，所有齿轮均选用渗碳后表面淬火处理，其硬度为。(2)变速器齿轮的材料及热处理渗碳齿轮在淬火、回火后要求齿轮的表面硬度为，心部硬度为。(3)轴的结构尺寸设计传动轴在工作中承受着扭矩、弯矩，因此应具有足够的强度和刚度。如果轴的刚度不足，在载荷作用下，变速器会产生过大的变形，影响齿轮的正常啮合，产生过大的噪声，并会降低齿轮的使用寿命。设计变速器时主要考虑：轴的结构形状、轴的直径、长度、轴的刚度和强度等。在已知两轴式变速器中心距时，轴的最大直径和支承距离的比值可在以下范围内选取：对输入轴，；对输出轴，。输入轴花键部分直径（mm）可按下式初选取：（1）式中——经验系数，=4.0～4.6；——发动机最大转矩（N·m）。输入轴花键部分直径为：=21.25～24.44mm初选输入、输出轴支承之间的长度=255mm。按扭转强度条件确定轴的最小直径为（2）式中d——轴的最小直径（mm）；——轴的许用剪应力（MPa）；P——发动机的最大功率（kw）；n——发动机的转速（r/min）。将有关数据代入（2）式，得：mm所以，选择轴的最小直径为23mm。3.3.6轴的强度验算轴在垂直面上产生的挠度和轴处于水平面上的旋转角度是对齿轮工作影响最大的。前者使齿轮中心距发生变化，破坏了齿轮的正确啮合；后者使齿轮相互偏斜，导致沿齿长方向的压力分布不均匀。在首次选定轴的尺寸后，可以对轴的刚度和强度校验。轴的挠度和转角可按《材料力学》的有关公式计算。运算时，只要计算齿轮所在位置轴的挠度和转角。第一轴的常啮合齿轮副，因距离支承点近，负荷又小，通常挠度不大，故可以不必计算，如下图所示：图1变速器轴的挠度和转角轴在垂直面内挠度为，在水平面内挠度为和转角为，可分别用下式计算：（1）（2）（3）式中：——齿轮齿宽中间平面上的径向力（N）；——齿轮齿宽中间平面上的圆周力（N）；——弹性模量（MPa），=2.1×105MPa；——惯性矩（mm4），对于实心轴，；——轴的直径（mm），花键处按平均直径计算；、——齿轮上的作用力距离支座A、B的距离（mm）；——支座间的距离（mm）。轴的全挠度为mm。轴在垂直面和水平面内挠度允许值为，。齿轮所在平面的转角不能大于0.002rad。1.计算变速器上个齿轮的圆周力、切向力、轴向力输入轴：2.变速器输入轴的刚度计算（1）一档工作时的计算已知：a=24mm；b=157mm；L=181mm；d=23mm，则有mmmmmm。(2)二档工作时的计算已知：a=85mm；b=96mm；L=181mm；d=25mm，则有mmmmmm（3）三档工作时的计算已知a=111mm；b=70mm；L=181mm；d=30mm，则有=mmmmmm由于第四和第五个齿轮离支座只有20毫米左右的距离，而且与其他齿轮相比，受力相对较小，所以与第一、第二和第二齿轮相比，它们的偏移和旋转角度可以忽略不计。变速器输出轴的刚度计算（1）一档工作时的计算已知：a=20mm；b=151mm；L=171mm；d=30mm，则有mmmmmm（2）二档工作时的计算已知：a=88mm；b=83mm；L=171mm；d=26mm，则有mmmm（3）三档工作时的计算已知a=112；b=59mm；L=171mm；d=25mm，则有=mmmm由于四、五档距离支撑处只有20mm左右，而且受力相对于其它各档的受力比较小，所以其挠度和转角相对于一、二、档可以忽略。3.3.7轴的强度计算1、输入轴强度校核=7563.2N,=3808.46N，=3055.46N（1）求H面内支反力、和弯矩输入轴受力如图2（a）所示，则+=×=×由以上两式可得=4833.96N，=432.33N，=89428.26N·mm。（a）输入轴水平方向受力图（b）输入轴垂直方向受力图图2输入轴受力图（2）求V面内支反力、和弯矩输入轴受力如图2（b）所示，则+=（+）－×－=0由以上两式可得=1747.15N，=52.03N，=32322.28N·mm弯矩图如图3所示。==115953.25N·mm===103.74＜[]（a）输入轴水平弯矩图（b）输入轴垂直弯矩图图3输入轴弯矩图2、输出轴强度校核，，求H面内支反力、和弯矩输出轴受力如图4（a）所示，则由以上两式可得，，（2）求V面内支反力、和弯矩输出轴受力如图4（b）所示，则+=（+）=－=0由以上两式可得，，（a）输出轴水平方向受力图（b）输出轴垂直方向受力图图3.6输入轴受力图弯矩图如图7所示：图7输出轴弯矩图3.3.8轴承选择与寿命计算轴承的使用寿命可按汽车以平均速度行驶至大修前的行驶里程S来计算。（）其中，，h。初选轴承型号根据机械设计手册选择30205型号轴承KN，KN；30206型号轴承KN，KN1、变速器一档工作时N，N轴承的径向载荷=3212N；N查机械设计手册得，Y=1.6。NNN所以轴承内部轴向力NN计算轴承当量动载荷查机械设计手册得到，查机械设计手册得到；，查机械设计手册得到。当量动载荷式中——支反力。表8变速器各档的相对工作时间或使用率车型档位数最高档传动比/%变速器档位ⅠⅡⅢⅣⅤ轿车普通级以下3113069410.532076.54<1182368中级以上3112277410.5210.5874<10.532076.5510.52418.5755<10.521557.525h查表可得到该档的使用率，所以h所以轴承寿命满足要求。2、变速器在四档工作时NNN轴承的径向载荷：=182；N轴承内部轴向力：查机械设计手册得：Y=2NNN所以NN计算轴承当量动载荷，查机械设计手册得到。当量动载荷NNh查表可得到该档的使用率，于是h所以轴承寿命满足要求。第4章混合动力电动汽车控制系统设计4.1控制策略分析不同类型的动力混合电动汽车可能需要不同模式的动力控制系统策略，通过调节和自动控制整个车辆的动力，并从不同的动力部件获得输入和输出，实现各种动力控制。一般来说，混合动力电动汽车的成本控制策略有三个主要目标。（1）最佳的整体燃油经济性（2）最低的空气污染物排放（3）最低的传动系统部件成本。在研究和开发新型混合动力车的质量控制策略时，需要注意和考虑以下几个关键问题:(1)要考虑好发电机的工作位置。参照柴油机的扭矩和转速特性曲线，以经济性、最低排放或两者的结合为基础，确定柴油机的最佳工作位置。(2)控制最低发动机转速。然而，当柴油机低速运转时，燃油效率很低。因此，当柴油机转速超过一定值时，必须切断柴油机（即关闭柴油机或分离离合器）。(3)正确选择合适的电池负载状态。蓄电池的SOC值必须始终保持在合理的温度范围内，以便车辆在加速时能够提供足够的容量，在制动和下坡行驶时能够提供可回收的能量。(4)蓄电池的安全工作压力。在放电、发电机充电或再生制动过程中，蓄电池的燃料供应和电压将发生很大变化，应避免蓄电池供应过低或过高。否则，蓄电池将被永久损坏。(5)分工适当。在该系统驱动的动力循环中，发动机和整个电池不需要合理匹配和共享电动汽车各系统所需的驱动功率。(6)根据工况进行选型。在一些大中城市或地方，混合动力汽车应该采用纯电动模式，可以手动或自动控制。目前，在油电并行汽车和混合动力汽车中广泛使用的能量控制策略主要有集成电驱动辅助系统控制策略、基于固定能量循环条件的能量全局自动优化系统控制策略、集成能量管理控制系统策略和自适应控制管理策略。由于这种逻辑控制门槛的自动控制设计方法相对简单，易于设计和实施，国外公司生产的新型混合动力汽车样车和我国生产的样车大多采用这种逻辑控制系统方法。采取带有逻辑阈值控制的功率辅助控制策略则是电池SOC最大化控制策略。其控制意图是将汽车动力系统中的电动机作为一个灵活的受控元件，采用它们对发动机系统的快速响应和高控制精度的优势，在车辆运行过程中，可以根据工况的需要实时调整电机。只要电池的SOC值没有达到充电上限，就用工作在最佳区域的发动机的剩余功率为电池充电，并努力使电池的SOC保持在较高的水平，以保证动力系统的正常工作，从而保证车辆的动力性能。电池荷电状态最大化控制策略强调将电池荷电状态维持在较高水平。然而，在某些工况下，如长时间低速、低加速行驶，电池充电容易达到SOC的上限。这样，发动机就会被迫在低负荷下工作，从而降低效率。因此，有必要采用发动机开关控制策略进行调整,如图4.1。当发电机启动时，此时系统的策略采用soc电池最大化。当电池充电状态达到一定的上限时，发动机将关闭，汽车将完全由电动马达驱动。当SOC速度达到一定的下限时，发动机启动，如图4.2所示。图4.1发动机开关控制示意图图4.2电池SOC控制策略图解4.2电路设计并联混合动力系统主要包括发动机驱动、电机驱动、混合动力制动、再生制动、发动机蓄电池充电等几种工作模式，具体控制思路如下：纯电机模式当混合动力汽车高速起步低速行驶时，相应发