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1、第七章 通用沃蓝达（volt）增程型电动汽车原理与维修,第二节 VOLT的动力系统VOLTEC,一、动力系统VOLTEC的组成 1、VOLTEC所用的内燃机 增程式电动汽车的内燃机的功率必须超过平均电功率。 所期望的最大车速和持续的爬坡能力决定了这个必须的功率。采用通用的O系列第3代自然吸气式汽油机。,第二节 VOLT的动力系统VOLTEC,一、动力系统VOLTEC的组成 1、VOLTEC所用的内燃机 限制发动机转速改善了发动机在汽车中的NVH特性，这使得排量略有增大。 辅助装置比较简单,起动电机和传统的发电机都省略了。,一、动力系统VOLTEC的组成,发动机的运行策略见下图。为了获得最高的总
2、效率，必须同时考虑内燃机和发电机的效率特性曲线。,一、动力系统VOLTEC的组成,发动机的运行策略见下图。 为了获得最高的总效率，必须同时考虑内燃机和发电机的效率特性曲线。,一、动力系统VOLTEC的组成,2、VOLTEC多模式电动变速器 Voltec系统的变速器由两台电机、一个行星齿轮变速器、两个旋转联轴节和一个制动器(实际上也是联轴节.闭合状态下即为制动器)组成。 牵引电机的最大功率为111kW，最大扭矩为370Nm。该电机与55kW的发电机布置在同一根轴心线上，这两台电机都是永磁电机。 车桥驱动装置将行星齿轮变速器与汽车的前轮连接在一起。,一、动力系统VOLTEC的组成,2、VOLTEC
3、多模式电动变速器 联轴节使得系统能够在两个纯电动模式之间和内燃机运转、汽车处于增程运行的两个模式之间进行切换。,图1 示出了Voltec变速器的杠杆图。杠杆图反映了一个具有多刚体力学系统的扭矩和转速的比例关系。,一、动力系统VOLTEC的组成,2、VOLTEC多模式电动变速器 图2示出了Voltec驱动系统各个元素的运动学耦合关系。,一、动力系统VOLTEC的组成,2、VOLTEC多模式电动变速器,图1示出了两根杠杆: 左边那根杠杆对应于动力分配装置，反映了行星齿轮变速器的太阳轮、行星架和齿圈这三个元件的扭矩和转速之间的比例关系; 右边那根杠杆对应于车桥驱动装置，反映了末端传动元件的扭矩和转速
4、之间的比例关系。,一、动力系统VOLTEC的组成,2、VOLTEC多模式电动变速器,对照图2，可看出图1左边那根杠杆从上到下的三个节点依次代表太阳轮(连接牵引电机B)、行星架(连接车桥驱动装置即末端传动的输入轴)和齿圈(通过闭合的2号联轴节连接发电机A）。 1号联轴节的作用相当于齿圈的制动器，将其闭合便可令齿圈固定，于是行星齿轮变速器就成了一台普通的变速器，失去了动力分配装置的功能。此时牵引电机通过太阳轮输入功率，通过行星架向车桥驱动装置输出功率。,一、动力系统VOLTEC的组成,2、VOLTEC多模式电动变速器,2号联轴节闭合时可将发电机和齿圈连接在一起，令发电机可向齿圈输出动力。于是行星齿
5、轮变速器恢复了动力分配装置的功能。值得注意的是.一旦齿圈锁住,便不能再将发电机和齿圈连接在一起;反之亦然。所以，1号联轴节和2号联轴节任何情况下都不可采取相同的连接状态。 3号联轴节专司内燃机和发电机之间的连接，仅当内燃机起动时才闭合。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,Voltec变速器有四种不同的运行模式，见附表。根据联轴节连接状态的不同，可有一台或者两台电机同时用干驱动汽车。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,1、 E1工作模式,二、动力系统VOLTEC的运行原理,1、 E1工作模式,二、动力系统VOLTEC的运行原理,1、 E1工作模式,汽车电源接通后，变速器辅助液压泵开始工作，为
6、变速器提供工作油液。释放制动踏板并踩下加速踏板后，汽车将会进入E1工作模式。 在E1工作模式下，车辆运行所需的电能来自于高压电池组，由驱动电机B提供动力。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,1、 E1工作模式,C1离合器。C1离合器接合，以保持行星齿轮组的齿圈处于静止状态。 来自高压电池组的直流电逆变为三相交流电，为驱动电机B供电，驱动电机B驱动太阳轮。由于齿圈保持静止状态，因此旋转扭矩则通过行星架减速输出，输送到差速器.并最终传输到驱动轮上。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,2、 E2工作模式,二、动力系统VOLTEC的运行原理,2、 E2工作模式,二、动力系统VOLTEC的运行原理,
7、2、 E2工作模式,当高压电池组电量较高且条件满足时，汽车可能会进入E2工作模式。 在此工作模式下，发电电机A和驱动电机B均用于驱动汽车行驶，而发动机则仍然处于停机状态。在E2工作模式下，设备运行所需电能来自于高压电池组。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,2、 E2工作模式,此时离合器C2工作，将齿圈与发电电机A相连。两个主电机均与行星齿轮相连。车辆由发电电机A和驱动电机B同时提供动力。 在此工作模式运行时，HPCM可以通过发电电机A来控制齿圈的转速，通过驱动电机B来控制太阳轮的转速。这样就实现了发电电机A和驱动电机B之间的负载平衡，从而实现无级传动。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,
8、2、 E2工作模式,(1)C2离合器。在E2工作模式下，C2离合器接合后，发电电机A和驱动电机B将会提供输出扭矩。 (2)直流电从高压电池组中流向PIM。PIM将直流电转变为三相交流电，并最终根据需要将电流输送到驱动电机B/发电电机A。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,2、 E2工作模式,(3)发电电机A。发电电机A驱动齿圈。扭矩通过行星架输送到差速器齿轮，并通过差速器传递至驱动轮。 (4)驱动电机B。驱动电机B驱动太阳轮，太阳轮驱动行星架的行星齿轮。扭矩通过行星架输送到差速器齿轮。并通过差速器传递至驱动轮。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,3、 S工作模式,二、动力系统VOLTEC的
9、运行原理,3、 S工作模式,二、动力系统VOLTEC的运行原理,3、 S工作模式,当HPCM确定条件满足时，就会启动发动机，汽车将进入S工作模式。 在S工作模式下，车辆首先将会利用发电电机A启动发动机。随后发动机驱动发电电机A发电。车辆运行所需的电能来自发电电机A，此时发电电机A用于产生电能。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,3、 S工作模式,在此模式下离合器C3工作，它用于连接发动机与发电电机A。 同时离合器C1也处于工作状态，车辆由驱动电机B提供动力。 (1)C1离合器。C1离合器运行时将保持行星齿轮组的齿圈处于静止状态。 (2)C3离合器。C3离合器将发电电机A与扭转减振器相连。,二
10、、动力系统VOLTEC的运行原理,3、 S工作模式,(3)发电电机A。发电电机A用于产生三相交流电，最终电流将输送到驱动电机B和高压电池组。 (4)驱动电机B。高压电池组提供的直流电被转换为三相交流电并输送到驱动电机B中。驱动电机B的转子旋转进而驱动太阳轮。由于齿圈保持静止状态，因此旋转扭矩则通过行星架传输到差速器，并通过差速器传输到驱动轮上。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,4、LS工作模式,二、动力系统VOLTEC的运行原理,4、LS工作模式,二、动力系统VOLTEC的运行原理,4、LS工作模式,当高压电池组电量较低且车辆需要较大扭矩时，系统将会进入LS工作模式。 在此工作模式下，离合
11、器C2、C3处于工作状态，发动机不仅能够驱动发电电机A给高压电池组提供充电，同时还用于驱动车辆，即驱动电机B和发动机都输出扭矩。这种情况通常不易发生。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,4、LS工作模式,在此工作模式下，发电电机A产生的电能直接供给至驱动电机B，同时给高压电池组充电。C3离合器工作，连接发动机与发电电机A，C2离合器工作，连接齿圈与发电电机A。 在这种工作模式下，发动机将直接控制齿圈的转速。而驱动电机B则用于控制太阳轮的转速，这样HPCM就实现了发电电机A和驱动电机B之间的负载平衡，实现无级传动。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,4、LS工作模式,(1)离合器接合过程。S
12、工作模式下，C2和C3离合器同时处于接合状态，驱动电机B和发动机都提供输出扭矩。 （2）发动机驱动发电电机A产生3相交流电，产生的电能将输送到PIM。电能将供应给驱动电机B以及高压电池组，以便保持电池的电量。 （3）机械动力传输方向。发动机输出的扭矩通过C3离合器传递至发电电机A的转子。C2离合器工作，发动机输出的扭矩将直接驱动齿圈。驱动电机B驱动太阳轮，以实现现无级传动。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,四种模式在牵引力中的运行范围,二、动力系统VOLTEC的运行原理,5、附加工作模式,雪佛兰沃蓝达具有其他多工作模式。这些附加工作模式包括倒挡、再生制动、发动机启动。 （1）倒挡工作模式。
13、 当换挡杆切换到倒挡位置时C1离合器接合以保持齿圈处于静止状态。驱动电机B反向旋转，实现倒挡。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,5、附加工作模式,(2)再生制动工作模式。 释放加速踏板或者踩下制动踏板后，再生制动系统首先使汽车减速，汽车的惯性将会使驱动电机/发电电机运行。 驱动电机/发电电机在驱动轮上施加反向扭矩，从而产生电量，并将所产生的电量输送到高压电池组中。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,5、附加工作模式,（3）发动机起动 发动机起动。 当高压电池组的电量处于较低水平时，HPCM向变速器控制模块发出激活扭转减振器离合器的指令。 随后变速器控制模块将会使压力控制电磁阀5通电，推动
14、减振器旁通离合器阀来激活扭转减振器液压离合器。 当高压电池组电量低于预设水平时，HPCM将会利用发电电机A来启动发动机。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,5、附加工作模式,（3）发动机起动 发动机起动。 发动机仅在S和LS工作模式下才会运行。当发动机处于运行状态后，发电电机A为驱动电机B提供运行所需的电能，并为高压电池组充电。 C3离合器接合后，将连接扭转减振器与发电电机A的转子。扭转减振器内部的液压离合器用于发动机的启动控制。 发动机启动后，扭转减振器内部的液压离合器即进入释放状态。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,5、附加工作模式,（3）发动机起动 发动机停止。 根据高压电池组实际的电量以及汽车的运行工况，HPCM可能会向发动机发出停机指令。 比如在怠速以及减速过程中，发动机将会停机以改善燃油经济性能。 当HPCM确定发动机需要停机时,就会向变速器控制模块发送启动扭转减振器内部液压离合器的指令。,
