汽车底盘构造课件 第八章 混动驱动和四轮驱动

第八章

混合动力驱动传动系统8.1混合动力驱动传动系统的组成及功用目录8.2混合动力汽车传动系统关键部件8.4混合动力系统典型案例8.3插电式混合动力系统8.1混合动力驱动传动系统的组成及功用混合动力驱动传动系统一般由发动机、电动机/发电机、电池组、传动机构和控制器组成。1）发动机：作为混合动力系统的动力源之一，发动机提供动力输出或者驱动发电机发电。2）电动机/发电机：在混合动力系统中，电动机通常具有双重角色。它既可以作为电动机，将电能转化为机械能，驱动车轮转动；也可以作为发电机，在需要时将机械能转化为电能，为电池充电或供应给其他设备。3）电池组：用于储存电能为电动机提供能量。4）传动机构：除了包括和传统燃油车一样的主减速器、差速器、传动轴等部件外，还有动力耦合装置，控制不同动力源动力的选择和分配。5）控制器：接收来自车辆各部分的信号，监测和控制混合动力系统的运行状态，通过控制算法实现动力源之间的最佳匹配和能量管理。除了具备传统燃油车驱动传动系统功用之外，混合动力驱动传动系统还能实现如下功用。1）动力源协同工作：根据汽车的实际行驶状态和驾驶员的需求，控制器会智能地调节发动机和电动机的工作状态。在需要高动力输出时，发动机和电动机可以共同工作，提供足够的驱动力；在低速或轻载工况下，电动机可以单独驱动汽车，以降低油耗和排放。2）能量回收与再利用：在制动或减速过程中，电动机可以转换为发电机模式，将车辆的动能转换为电能并储存到电池组中。3）多模式切换：根据不同的驾驶工况和动力需求，混合动力驱动传动系统可以实现多种工作模式的切换。例如，在纯电动模式下，汽车仅依靠电动机驱动；在串联式混合动力模式下，发动机带动发电机发电，电能再驱动电动机；在并联式混合动力模式下，发动机和电动机可以独立或共同驱动汽车。8.1混合动力驱动传动系统的组成及功用

由于电动机具有较宽的转速范围，并能输出低转速大转矩，这使得电动汽车在低速行驶和加速时都能够提供迅速且平稳的动力输出，不需要依赖变速器来调整传动比，如果高速时发动机参与驱动汽车，也可以通过调节节气门开度控制车速。

混合动力汽车的变速系统称为E-CVT（电子无级变速系统），它能通过电子控制的方式模拟传统CVT的功能，实现发动机和电动机之间的无缝动力结合与连续速度调整。8.2.1电子无级变速系统8.2混合动力汽车传动系统关键部件

混合动力汽车中的动力控制单元（PowerControlUnit，PCU）负责管理系统的能量流动，确保混合动力汽车在各种驾驶状态下的高效运行。它通过接收传感器发送的信号，实时监测系统状态，并根据驾驶需求和工况，通过控制端口发送控制信号，调控电机运行。

图8.1所示为本田混合动力汽车PCU，它能够根据不同的行驶条件和驾驶需求，自动切换不同的驱动模式，如纯电驱动模式、混合动力驱动模式和发动机直驱模式，这种智能的模式切换系统能够确保车辆在不同工况下都能获得最佳的性能和燃油经济性。8.2.2动力控制单元8.2混合动力汽车传动系统关键部件8.3插电式混合动力系统

可以使用外接电源为车载动力电池充电的混合动力汽车，称为插电式混合动力汽车。根据动力组合方式分类，插电式混合动力系统可分为串联式插电混合动力系统、并联式插电混合动力系统和混联式插电混合动力系统。

如图8.2所示，该混合动力系统的构造主要包括以下几部分：一个驱动电机、一套集内燃机与发电机于一体的增程装置、传动系统、电机控制器、动力电池组以及外部充电接口等。8.3.1串联式插电式混合动力系统

在此混合动力系统中，驱动电机担任着唯一的动力输出角色，电机控制器将动力电池组储存的电能和发动机驱动发电机产生的电能，通过驱动电机转换为动力，驱动车辆行驶。

并联式插电混合动力系统包含两个或多个独立的驱动装置，且每种驱动装置至少与一个车载能源连接。并联式插电混合动力系统结构如图8.3所示。该混合动力系统主要由驱动电机、内燃机、动力耦合装置、传动装置、电机控制器、动力电池组和外部充电接口等部件组成，其具有两个相对独立的驱动系统，即内燃机驱动系统和电机驱动系统，两个驱动系统既可以各自单独工作驱动车辆，也可以通过动力耦合装置联合驱动车辆。8.3.2并联式插电式混合动力系统

混联式插电混合动力系统一般有一台内燃机和两台电机，其中发动机和一台电机都可以独立驱动汽车，此时发动机和驱动电机是并联关系。当动力电池的电量不足时，发动机可以带动另外一台电机作为发电机发电，向驱动系统供电，这体现的是串联关系，图8.4所示为混联式混合动力系统原理。动力电池的电能有三种来源：一是外接电源，二是内燃机带动发电机发电，三是当车辆减速或制动时，车轮带动电机旋转，此时电机作为发电机发电。8.3.3混联式插电式混合动力系统

当汽车起步或低速行驶时，依靠电机驱动车辆前进，此时由动力电池向电机提供电能。当汽车加速或高速行驶时，或动力电池电量不足时，发动机才参与工作并直接驱动车辆，同时发动机还带动发电机发电并将电能供给电机。1.丰田THS(ToyotaHybridSystem)2.本田i-MMD(IntelligentMulti-ModeDrive)3.比亚迪DM-i(DualModelIntelligent)8.4混合动力系统典型案例丰田混合动力系统THSII8.4.1丰田混合动力系统丰田混合动力系统THSII8.4.1丰田混合动力系统丰田混合动力系统THSII8.4.1丰田混合动力系统丰田混合动力系统THSII8.4.1丰田混合动力系统丰田混合动力系统THSII利用行星齿轮机构将三个动力源(一个内燃机和两个电机)巧妙结合起来；发动机：采用阿特金森循环发动机，工作范围窄，但工作效率高，动力可分配给驱动轮和驱动1号电机MG1发电；MG1：发电供给2号电机MG2或给电池组充电，还完成启动发动机的任务；MG2：驱动车轮或给电池组充电(制动）；E-CVT：传动系统没有换挡机构，行星齿轮机构和减速器传动比是固定的，变速通过调节电机和内燃机转速实现。8.4.1丰田混合动力系统丰田混合动力系统THSII8.4.1丰田混合动力系统（1）纯电驱动模式当车辆在启动、怠速、起步、慢速蠕形、走走停停或低速到中速行驶阶段时：由于汽油发动机在这些工况下效率很低，而电动机恒定扭矩在这些情况下性能优越，可以灵敏、高效、顺畅的运行，所以这些工况下只使用蓄电池组为电动机提供电能驱动车轮；此阶段汽油发动机一般处于停机状态，当蓄电池电量低时，发动机才介入带动发电机发电。丰田混合动力系统THSII8.4.1丰田混合动力系统（2）混合动力驱动模式当车辆处于传统汽油发动机高效运转区间或高速行驶阶段：发动机作为主要动力来源直接驱动车轮，同时会根据行驶状况可将部分动力分配给发电机，发电机发电产生电能，驱动电动机协同配合发动机一起驱动车轮;若此时蓄电池组电量过低或车辆处于高速行驶阶段，发动机会产生多余的能量，这些能量由发电机发电转换成电能储存在蓄电池组中。

当车辆需要提高动力响应时，如提速、超车、爬陡坡等阶段;采用双动力全开模式,蓄电池组与发电机同时为电动机提供电能，这样能够加大电动机的驱动力;发动机与电动机动力的结合可以使得车辆获得强劲而顺畅的加速体验丰田混合动力系统THSII8.4.1丰田混合动力系统（3）能量回收模式当刹车减速或者减缓油门开度时：进入再生制动回收模式，车轮的旋转力带动电动机运转，将其作为发电机使用，正常燃油车车减速时作为摩擦热散失掉的能量，在此时被转换成电能，回收到蓄电池组中进行再利用。动力控制单元实时监测汽车的各种能量消耗状态以及整个系统与部件的工作状态，对发动机和电机进行控制。对发动机功率的控制2.对行驶的控制3.再生制动控制丰田混合动力系统THSII根据汽车运行的状态，油门的开度、蓄电池组计算机的状态信息来决定是否用纯电模式行驶、是否停止发动机运转、是否需要为蓄电池组充电等。驱动力是由发动机与电动机驱动力组合在一起的，提高了车辆动力性能，车速越低，电动机效率越高，发出的驱动力越大，各种工况下都能充分发挥发动机的最佳效率，发动机一旦运转就是在最佳运转区间运行。电子控制制动系统（ECB）协调制动系统的液压制动与再生制动，利用刹车时刻回收能量储存在蓄电池组，提高汽车整体效率和燃油经济性。8.4.1丰田混合动力系统丰田混合动力系统THSIII8.4.1丰田混合动力系统发动机MG1MG2链轮(接主减速器)丰田混合动力系统THSII和THSIII结构区别后排行星架固定8.4.1丰田混合动力系统8.4.2本田混合动力系统1.丰田THS(ToyotaHybridSystem)2.本田i-MMD(IntelligentMulti-ModeDrive)3.比亚迪DM-i(DualModelIntelligent)i—MMD采用阿特金森循环汽油发动机和双电机E-CVT，外加锂离子电池构成，可根据道路条件的不同，自动切换三种行驶模式。本田混合动力系统i-MMD8.4.1本田混合动力系统本田混合动力系统i-MMD阿特金森循环发动机能实现低燃油和高输出功率驱动，在高速巡航期间，超越离合器结合，进入发动机驱动模式。阿特金森循环发动机超越离合器8.4.1本田混合动力系统本田混合动力系统i-MMD驱动电机发电机双电机PCU(PowerControlUnit)双电机是i-MMD的主要动力部分，与传统类型相比，输出和扭矩得到了改善，更加平顺、响应更灵敏，减速能进行能力回收，利用发动机动力进行发电，向驱动电机提供电力，同时也给电池充电；PCU包含了电压控制单元，逆变器、电机控制单元。8.4.1本田混合动力系统储备发动机的动力发电和再生减速的电能，并提供给电动机。锂离子电池本田混合动力系统i-MMD8.4.1本田混合动力系统本田混合动力系统i-MMD8.4.1本田混合动力系统本田混合动力系统i-MMD如电池电力不足，或加速时，由发动机驱动发电机发电，供给驱动电机，驱动车辆前行。高速巡航工况，离合器结合，发动机动力传输到车轮，驱动车轮前行。起步和中低速巡航工况，由电池为驱动电机供电驱动车辆前行。电动机驱动模式混合动力驱动模式发动机驱动模式8.4.1本田混合动力系统8.4.3比亚迪混合动力系统1.丰田THS(ToyotaHybridSystem)2.本田i-MMD(IntelligentMulti-ModeDrive)3.比亚迪DM-i(DualModelIntelligent)比亚迪DM-i比亚迪DM-i超级混动技术的主要核心是电机管理系统和电池供能方式，DM-i的EHS电混系统（ElectricHybirdSystem）传动效率最高可达97.5%双电机双电控集成化设计、单档减速器、电机油冷系统、直驱离合器，扁线电机(散热性能大幅提升)。8.4.1比亚迪混合动力系统比亚迪DM-i功率型刀片电池属于全球首创，采用有先天安全优势的磷酸铁锂正极材料，磷酸铁锂良好的热稳定性和稳健的刀片结构设计，让其顺利通过了针刺测试等各类严苛的安全测试。8.4.1比亚迪混合动力系统比亚迪DM-i纯电模式依靠电机驱动，发动机不工作HEV串联模式发动机发电给电机供电，为电池蓄电HEV并联模式发动机和驱动电机同时驱动车辆，发动机多余的能量，通过发电机发电将电量储存在电池里面发动机直驱模式发动机以最高效率参与车辆驱动，同时减少电机输出，降低电耗，发动机多余能量也会储存在电池当中8.4.1比亚迪混合动力系统比亚迪DM-i纯电模式8.4.1比亚迪混合动力系统比亚迪DM-i串联混动模式当电量低于限定值，且行驶速度在60km/h以下时，自动切换HEV（HybridVehicle）串联模式，骁云内燃机进入发电模式。在中低速行驶或者加速时，若电池的

SOC(State-of-Charge)值较高，则整车控制策略会将驱动切换为纯电模式，发动机停机。若SOC值较低，则控制策略会使发动机工作在油耗最佳效率区，带动发电机发电供给电池，驱动电机驱动车辆，富余电能暂存到电池中，实现全工况使用不易亏电。8.4.1比亚迪混合动力系统比亚迪DM-i并联混动模式当整车行车功率需求比较高时，比如在山路行驶、或者高速超车、或者超高速行驶，发动