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1、LOGO 电动汽车课程报告 行车记录仪 混合动力电动汽车 1 混合动力传动系统的现状 2 混合动力传动系统的发展前景 3 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 混合动力电动汽车的概念 1 2 混合动力电动汽车的分类 电动汽车混合动力传动系统发展趋势3 3 混合动力传动系统的地位 1.1 混合动力汽车的基本概念 v 什么是混合动力电动汽车(Hybrid Electric Vehicle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
2、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
3、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 混合动动力传动传动系统统的发发展主要在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 1 动力耦合、变速环节 2 电力电子 3 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
4、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 v混合动力电动汽车用的电机主要有： v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。 v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。 v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。 Honda
5、 Insight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。 2 ISG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
6、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
7、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 Toyota Prius, Camry Hybrid, Highlander Hybrid - Ford Escape Hybrid, Fusion Hybrid - Nissan Altima Hybrid - Lexus Hybrids. 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
8、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 v 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
9、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 电力电子学在混合动力传动 系统中的应用极大改善了混 合动力汽车各方面的性能。 未来电子电力动力系是混合 动力电动汽车中最昂贵的子 系统 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
10、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
11、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： 1. 燃油经济性 2. 最优驱动力 3. 最小排放 4
12、. 连续稳定的功率输出 5. 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SPORT hybrid sh-awd 电动汽车 SPORT hybrid sh-awd控制系统是由一台3.5升自然进气
13、 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(Coasting Hybrid)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
14、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。 电动汽车混合动力传动系统发展趋势33 从HEV到PHEV可以发现，HEV在朝着摆 脱化石能源的方向发展。混合动力传动系统发 展体现在： l 更先进的机电技术的应用； l 更优秀的控制策略的加入。 混合动力传动系统发展趋势电动汽车 34 随着混合动力各方面技术的成熟，以及人 们环保意识的觉醒，混合动力将会是未来汽车 动力的主体。而混合动力传动系统拥有很好的 发展前景。 电动汽车混合动力传动系统发展趋势35
