《车用动力总成的原理和匹配》总复习

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1、车用动力总成的原理和匹配总复习第一章概论1 汽车动力装置的定义汽车动力装置是指汽车中实现能量转换与传递功能部件的集成，例如对于汽车动力装置的总体要求良好的动力性能、经济性能和环保性能是对汽车动力装置的最基本的要求，此外还有可靠性与寿命、良好的维修性以及安全性等其他要求。1) 良好的动力性能；2)良好的经济性能；3)良好的环保性能；4)其他性能：(1)使用的可靠性与耐久性、良好的维修性、可回收性以及安全性等。(2) 燃料供应的便捷与安全性。(3) 低的制造成本和高的性能价格比。4 新的汽车能源的主要技术要求。随着石油资源的日益短缺，其他汽车能源(主要包括电能、氢能等)也逐步得到重视与应用。对新的

2、汽车能源的主要要求应包括：(1) 有利于汽车节能与环保性能的提高例如在燃料电池电动车中氢气的应用能够实现“零排放”。(2) 具有较高的能量密度和比能量即在单位体积和单位质量的燃料中能具有更多的能量，从而有利于降低整车自重和提高汽车续驶里程。(3) 燃料供应的便捷与安全目前供应汽油和柴油的加油站设施已较为完备，而在非常规能源的应用中，还有较多的问题需要解决。(4) 燃料在生产与储运环节中的较高效率。5 电能作为汽车能源的实际应用目前尚存在技术障碍电能作为汽车能源的实际应用也仍然存在着一些障碍，主要包括：(1) 能量密度和比能量低为了保证必要的续驶里程，就要装备较多、较重的蓄电池，对车辆性能造成不

3、利的影响；而若减少蓄电池，必然会使续驶里程缩短，也影响动力性。高能量密度蓄电池技术尚有待突破。(2) 充电时间相对较长蓄电池的充电一般需要数小时，当然可以利用夜间车辆不用时进行充电，但毕竟也有不方便之处。(3) 成本与寿命的问题成本与寿命与前两个问题是紧密相连的。一般能量密度较高的蓄电池，其制造成本也较高;而快速充电一般可能会影响蓄电池的寿命。第二章发动机的特性1 发动机的特性发动机的特性是指发动机性能参数随运转工况或参数调整而变化的规律。前者又可称为性能特性，包括万有特性、负荷特性和转速特性等，也是本章的讨论重点；而后者可称为调整特性，用于发动机的试制、改进或维修等场合，例如汽油机点火提前角

4、调整特性等。2发动机工况发动机的运转工况(简称工况)通常是指发动机的转速n与负荷。发动机的负荷可以用有效功率Pe、有效转矩Ttq或有效平均压力Pme等多种参数来表示。根据发动机的用途，大致可分为以下三类典型工况：1) 恒速工况。在发动机输岀不同的有效功率下，转速保持不变。例如，发动机带动交流发电机工作时，为保证频率的稳定性，要求转速不变，有效功率则随交流发电机负荷大小，可在空载到最大负荷的范围内变化。2) 螺旋桨工况。发动机有效功率与转速成一定函数关系。驱动螺旋浆工作的船用发动机即属此类工况。3) 车用工况。发动机有效功率和转速都独立地在很大范围内变化，它们之间不存在特定的关系。用于驱动汽车等

5、陆上运输车辆的发动机，都工作在此类工况下。按车用工况使用特征又可大致分为两类：市内交通工况和高速公路工况。市内交通工况的使用特征是车辆频繁地起动、加速、制动减速和停车，车辆很少在大负荷下以高车速行驶。车速相对低导致发动机经常在部分负荷和中、低速和怠速情况下工作，发动机工作在高速、满负荷工况下的情况极少。高速公路工况的使用特征是车辆较为稳定的高速行驶而较少制动减速，这使发动机大部分时间工作在中、高负荷和中、高转速的区域内。3发动机特性参数1) 与发动机工作过程相关的重要参数(1)充气效率乎；(2)过量空气系数a；(3)机械效率nm；(4)指示热效率爪等。2) 表征发动机整机动力性与经济性的有效指

6、标参数(1)平均有效压力Pme；有效转矩Ttq；(3)有效功率Pe；有效燃油消耗率be；(5) 有效热效率平等。4发动机功率标定在发动机铭牌上标定的功率，均为使用中允许的最大有效功率，是由制造厂商人为规定的。国家标准规定可按用途和使用特点，所规定的功率可分为以下四种：(1) 15min功率发动机可连续运转15min仍保持正常状态的最大有效功率。例如，汽车、摩托车、摩托艇等发动机使用最大有效功率的时间很短暂，故应用15min功率进行功率标定，以获得更好的动力性。(2) lh功率发动机可正常连续运转lh的最大有效功率。例如，适用于有较长时间连续重载工作的拖拉机、工程机械、船舶等发动机的功率标定。1

7、2h功率发动机可正常连续运转12h的最大有效功率。例如，适用于有更长时间连续重载工作的拖拉机、农业排灌、电站等发动机的功率标定。(4) 持续功率发动机允许长期连续运转的最大有效功率。例如，适用于日夜连续重载运行的远洋船舶、铁路牵弓I、农业排灌以及电站等发动机的功率标定。5发动机的负荷特性发动机负荷特性是指发动机转速不变，其性能指标与负荷变化的关系，以曲线表示，则称为负荷特性曲线。当汽车以一定的车速沿阻力变化的道路行驶而变速器传动比不变时，发动机的运行类似这种情况。因为转速不变，因此负荷特性的横坐标，负荷可用有效功率Pe、有效转矩Ttq或平均有效压力Pme2来表示。负荷特性图上所绘制的曲线主要是

8、有效燃油消耗率be,根据需要还可以绘岀每小时耗油量B、排气温度tr等曲线。一般发动机只测试标定转速下的负荷特性，对于汽车发动机，由于工作时转速经常变化，需要测定不同转速下的负荷特性。6 发动机的转速特性发动机转速特性是指发动机的节气门开度（汽油机）或循环喷油量调节机构（柴油机）保持不变时，其性能指标随转速而变化的关系，以曲线表示，则称为转速特性曲线。转速特性的横坐标为发动机转速，转速特性上所绘制的曲线主要是发动机有效转矩Ttq、有效功率Pe,根据需要还可以绘岀有效燃油消耗率be等曲线。转速特性的测试前应将点火提前角或喷油提前角等参数调整好，并在测试时保持冷却液温度、润滑油温度的稳定。若将汽车加

9、速踏板位置保持一定，山于道路阻力不同，汽车行驶速度也会改变，上坡时汽车速度逐渐降低，下坡时速度增加，这时发动机基本上就是沿转速特性工作。特别应该指岀的是,发动机沿转速特性工作，尽管其节气门开度或循环喷油量调节机构保持不变，但其发岀的有效转矩Ttq和有效功率Pe等仍随着转速的改变而变化。发动机的节气门开度或循环喷油量调节机构达到最大（分别是指汽油机节气门保持全开或柴油机喷油泵油量调节机构固定在标定功率循环供油量位置上不变）时，其性能指标随转速而变化的关系称为发动机的外特性，又称为全负荷转速特性。外特性表示了发动机最高的动力性能，也是发动机最重要的特性之一。对于经常在部分负荷下工作的汽车发动机，为

10、全面衡量其性能，仅有外特性是不够的。山于发动机的节气门开度或循环喷油量调节机构可在一定范围内变化，一般可以作90%、75%、50%、25%的部分负荷转速特性或作万有特性。这里的百分比是指汽油机节气门开度或柴油机循环喷油量调节机构的相对位置。7 转矩储备系数和转速储备系数1）要充分表明发动机的动力性能，除给岀最大有效功率及其相应的转速外，还要同时考虑发动机的转矩特性。转矩储备系数p定义为：式中，Ttpmax为外特性曲线上的最大转矩（N?m）；Ttq为最大有效功率时的转矩（N?m）。四值大，表明两转矩之差（Ttpmax-Ttq）值大，即随着转速的降低，转矩Ttq增加较快，从而在不换挡的情况下，爬坡

11、能力、克服短期超载能力强。2）最大有效功率时的转速nl与最大转矩时的转速n2之比称转速储备系数。它的大小也影响到克服阻力的潜力。8 发动机万有特性发动机负荷特性只能表示某一转速下发动机性能参数间的变化规律，而发动机转速特性只能表示某一节气门开度（或循环喷油量）时发动机性能参数间的变化规律，但是汽车发动机的工况变化范围很广，要分析各种工况下的性能就需要多条负荷特性曲线或转速特性曲线，这样在简明和便捷等方面就有所欠缺。能够反映发动机各种主要性能参数间相互关系的综合特性称为万有特性。应用最广的万有特性是以转速为横坐标，以平均有效压力（或转矩）为纵坐标，在图上绘出各类参数的等值线。通常还将外特性中的T

12、tp或pme曲线画在万有特性图上，构成发动机运行的上边界线。从万有特性的等燃油消耗率曲线的分布可以分析发动机经济性的变化特征o在万有特性图中，最内层的等燃油消耗率曲线是最经济的区域，耗油率最低。曲线越向外，经济性越差，从中很容易找出最经济的负荷和转速。一般而言，发动机最经济的运行区域在中等转速和较高负荷的工况。万有特性是发动机中应用作为广泛的特性，不仅用于性能匹配，而且在进行汽车性能仿真计算或理论研究时，也是不可缺少的基本技术资料。3第三章发动机选型与车辆匹配1发动机评价指标1）最大平均有效压力发动机气缸的最大平均有效压力Pem系指在工作行程和最大扭矩转速点时缸pi；机械效率阮1;过量充气系数

13、a；充量密度|3k等因素有关。2）活塞平均速度vap3）强化系数Cs4）程径比Sd5）升功率S:是最大功率与总排量Q之比，也是每升工作容积所能发岀的最大有效功率。6）升扭矩入T;是最大扭矩与总排量的比值，亦即每升工作容积所发岀的有效扭矩。7）比质量入m；是发动机整机质量Ge与最大功率的比值，亦即发岀每一千瓦功率所需的质量。8)比油耗跑；是每工作小时的油耗量Qh与最大功率的比值，即每一千瓦功率在每一工作小时内的耗油量。9 )转速因了er10) 功率因了ep11) 扭矩因子et12) 动力性系数13) 适应性系数A14) 分配系数入；分配系数入是转速因子与功率因子的比值，是发动机动力特性在动力性能

14、和适应性能两个方面分配合理性的标志。2 汽车发动机驱动功率损失包括：1)传动系的损失、2)高原损失、3)功率循环损失、4)变矩器的损失、5)附件损失等。3汽车的行驶阻力1 )滚动阻力2 )空气阻力汽车在额定载荷下且直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力称为空气阻力，它由压力阻力和摩擦阻力两部分组成。(1) 压力阻力是作用在汽车外表面上的法向压力的合力在行驶方向上的分力；包括：形状阻力、干扰阻力、内循环阻力和诱导阻力四种。(2)摩擦阻力是山于空气的黏滞性在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向上的分力。3 )坡道阻力4 )加速阻力3 汽车发动机选型汽车发动机的选型需要考虑的问题很多。除汽车的

15、用途和使用条件外，还应考虑下列因素:汽车的最大总质量，整车总布置的可能性，可靠性、经济性、动力性、适应性以及排放和噪声等。从客观上讲，还应考虑材料和燃料资源的可行性，国产发动机的系列状况、生产条件、生产成本和价格以及发展规划等。4 发动机四大参数的选定最大功率、最大转矩以及它们的相应转速，这是发动机的四大表征参数。它们既决定着发动机的主要性能指标，也决定着是否能够满足使用需要。1)最大功率转速np最大功率转速np的选定，必须权衡下列因素：汽车的类型，最高车速，发动机的缸径、冲程、缸数、最大功率、活塞平均速度以及生产技术和工艺水平等。42)最大(额定)功率Pm最大(额定)功率Pm是发动机的首要参

16、数。必须根据使用需要合理地选定最大功率。%1按统计数据取值。%1按汽车动力性要求计算。按汽车动力性能计算，就是根据所设计车辆的最大负荷等已知参数在不同路面和不同坡道上所要求的最高车速，按其功率平衡关系进行计算。所需最大功率按下式计算。式中，r)a附件损失系数；r)m传动系的效率；G汽车总负荷，N；a-坡道角度，()；CD空气阻力系数；A迎风面积，m；vm平直良好路面或干燥土坡上的最高车速，km/h；/v随车速变化的滚动阻力系数。良好路面：/v=(825x10-5+165x10-6)vmo干燥土路：/v=(15x10-3+3x10-4)vmo计算示例：同样给一般轻型越野汽车选定发动机的最大功率。

17、a. 要求车辆在平直良好路面上的最高车速vm110km/ho其有关参数如下：G=19170N,A=2.69m2,令ia=im=0.9,CD=0.7,/v=0.02640代入上式可得：b. 要求在20%的干燥土坡上行驶，其最高车速vm40km/ho此时的/v=0.027。代入上可得：c. 按使用需要进行调整。统计数据是客观规律的反映，按其取值不会产生很大的偏差。然而，统计数据绝不可能反映具体车辆的实际情况。按动力性能计算的数值，可以满足主要指标的要求，但难免所取系数不准确和难于满足某些特殊要求。因此还需在考虑两方面数据的基础上，根据具体情况予以调整。事实上，坡道车速的要求本身就是一个调整。例如，

18、现有发动机的客观情况也迫使我们进行调整。再则是在某些特殊情况下，还必须把动力性能大为提高。例如，经常行驶于泥泞、沙土等软地面的车辆，往往需要放气行驶，为克服下陷阻力所需的功率远大于按一般条件计算的功率。再如某些高级轿车，在经济性允许的情况下，也要超常地加大动力指标。特别对于选装动力性系数D较低的发动机，更应以较高的最大功率绝对值来弥补相对值的不足。对于前述轻型越野汽车，按统计数据和动力性要求的计算结果均较接近，从提高动力指标看，可以将Pm值调整为62.5kwo最大转矩转速nt最大转矩转速与最大功率转速有着密切的关系，它们之间既不能过于靠近，也不能过于拉开。如果过于靠近，转速因子er,必然减小，

19、发动机对负荷变化的适应能力降低，高挡利用率降低，高挡最低稳定车速偏高，变速器的换挡频次增高。反之，如果过于拉开，最大转矩点的功率降低，功率因子ep,降低，发动机的平均加速功率下降，动力性能变坏。在最大功率转速np已定的情况下，可在统计数据的基础上，按转速区间n=np-nt和转速因了的要求以及动力特性分配的合理性等多种方法确定最大转矩转速nt。%1按转速区间An的要求计算。%1按转速因了er的要求计算。%1按动力特性的合理分配关系计算。53) 最大转矩Tm最大转矩亦是发动机的重要参数，它在很大程度上决定着汽车的驱动力、动力因素、加速能和爬坡能力等动力性能参数。最大转矩越大，汽车动力性能就越好。然

20、而，转矩过大，除转矩利用率降低外，还必然使发动机和传动系的质量加大。合理的最大转矩值，亦应根据需要按统计数值和性能要求选定。%1按统计数据取值。%1按性能要求计算。a. 按发动机转矩因子要求计算。b. 按发动机功率因子要求计算。c. 按汽车最大爬坡度要求计算。计算示例：同样给一般轻型越野汽车选定发动机的最大转矩。其有关参数如下：G=19170N,A=2.69m2,Pm=62.5kW,np=3800r/min,nt=2500r/min,取Ta=0.9,Tm=0.8,CD=0.7,要求：ep=0.75,et=l.15,爬越60%的坡道时，车速vm=12km/h,/v=0.0186,下面分别计算：%

21、1按转矩因子要求计算。所要求的最大转矩为：Tm=9549.3x1.15x62.5/3800=180.6(N-m)%1按功率因子要求计算。所要求的最大转矩为：Tm=9549.3x0.75x62.5/2500=179(N-m)%1按最大爬坡度要求计算。最大转矩点的功率为：所要求的最大转矩为:Tm=9549.3x47.2/2500=180.6(N-m)综合统计数据和动力性要求的计算结果，可以将Tm值调定为180N?m。6第四章汽车动力传动系的匹配计算1汽车变速系统(1) 汽车变速系统是发动机(或其他动力源)输出端到汽车车轮之间的主要部件，而通常将发动机与变速器的集成称为汽车动力装置，或称动力总成。汽

22、车变速系统属于动力传动，在械能的传递过程中有速度和转矩的变换。这种速度和转矩的变换一方面是负载的需要，另一方面是调节发动机工作点的需要。(2) 汽车变速系统的基本功能是能在各种工况下提供合适的传动比，以适应汽车在起步、加速，以及在行驶中克服各种道路障碍等不同条件下对驱动车轮牵引力和车速的不同要求，此外，还应具有倒挡和空挡。(3) 汽车的变速器可以按照是否需要人工操纵变速过程分为手动变速与自动变速两类，若按照传动比是否连续可调分为多挡变速与无级变速两类。常规汽车中目前应用较为普遍的手动变速和多挡变速正逐渐向着自动变速与无级变速的方向发展。若按传动介质来分，在汽车变速系统中常用的方式有单一传动介质

23、传动和不同介质组合的复合传动。单一介质传动包括机械传动、流体传动、电传动等其他形式。不同介质组合的复合传动包括机-液传动、机-电传动、机-电-液传动等。2. 自动变速的种类与优点自动变速的种类目前大致可分为三类：液力自动变速器(AT)、无级变速器(CVT)以及电控机械式自动变速器(AMT)o自动变速的优点主要包括：1) 简化操作，传动比的确定与变换自动完成，驾驶者只需控制加速踏板与制动踏板，消除了频繁的离合器和换挡的人工操作，减轻了驾驶者的劳动强度，可提高行车安全性。2) 自动变速的应用可使发动机工作在理想工作区域，以改善排放控制以及振动、噪声水平，提高燃油经济性。同时，山于传动比的变化不取决

24、于驾驶者的经验与技术，消除了人为的影响，可使汽车在行驶过程中经常处于良好的性能状态。3) 汽车起步、加速平稳，能够吸收和减轻在传动比变化过程中产生的振动与冲击，使舒适性提IWJ。3. 液力自动变速器通常的液力自动变速器由液力变矩器、辅助变速装置以及自动换挡装置三部分构成。目前绝大多数液力自动变速器都采用不同形式的行星轮系组合来构成辅助变速装置。4. 传动系的匹配计算动力传动系的匹配分析计算，具体包括传动系速比的选定，传动系匹配合理性的分析评价以及变矩器的匹配计算等。如何确定传动系的速比则是汽车动力匹配的核心问题。传动系速比的确定包括：高挡总速比igh的确定和低挡总速比igl的确定以及变速器挡位

25、和中间挡速比的选择三个方面。1) 高挡总速比的确定2) 低挡总速比的确定及其分配(1)低挡总速比的确定(2)低挡总速比的分配挡数及中间挡位速比的确定确定变速器中间挡位的速比有下述两种方法：%1等比级数法。所谓等比级数法，就是相邻挡位速比之比恒等于一个常数，即公比q=ik/ik+lo%1等差级数法。所谓等差级数法，就是相邻挡位加速终了的车速差恒等于一个常数。第五章电动汽车电驱动动力总成原理1电动汽车的定义及种类电动汽车指全部或部分用车载电源为动力，用电动机驱动车轮行驶的汽车，其动力线路与传统的燃油汽车动力线路不同o车载电源一般采用高效充电电池或燃料电池、太阳能电池等O驱动电机相当于传统汽车的发动

26、机，蓄电池或燃料电池相当于传统汽车的油箱。最常见的分类方法是把电动汽车分为蓄电池电动汽车（BatteryPoweredElectricVehicle）、燃料电池电动汽车（FuelCellElectricVehicle）和混合动力电动汽车（HybridElectricVehicle）三类。2 电动汽车的优势和不足1）优势（1）良好的环境保护效果；（2）噪声低；（3）热效率高；（4）排放的废热少（5）可回收利用的能量多；（6）可以改善能源结构、解决汽车的替代能源问题。2）不足之处：（1）续驶里程短，载质量小；（2）制造成本高；（3）必须重新建设基础设施和解决氢的来源问题。3纯电动汽车的电驱动系统组

27、成与原理纯电动汽车主要由电力驱动系统、车载电源系统和辅助系统3部分组成。当汽车行驶时，由蓄电池输出电能（电流）通过控制器驱动电动机运转，电动机输出的转矩经传动系统带动车轮前进或后退。电动汽车续驶里程与蓄电池容量有关，蓄电池容量受诸多因素限制。要提高一次充电续驶里程，必须尽可能地节省蓄电池的能量。1）车载电源系统车载电源系统主要由蓄电池电源、能源管理系统和充电控制器三部分组成。主要提供和管理动力。2）电力驱动系统电力驱动系统主要由中央控制单元、驱动控制器、电动机、机械传动装置等组成。主要是将电能转化机械能，包括整车运行进行控制与协调，将电动机的驱动转矩传输给汽车的驱动轴，从而带动汽车车轮行驶。3

28、）辅助模块辅助模块包括辅助动力源、动力转向单元、驾驶室显示操纵台和各种辅助装置等。主要控制动力转向、制动力调节控制、照明、空调、电动窗门等各种辅助装置。4纯电动汽车的驱动系统结构电动汽车的驱动结构布局目前主要四种基本典型结构：传统的驱动模式、电动机-驱动桥组合式驱动模式、电动机-驱动桥整体式驱动模式、轮毂电机分散驱动模式。5 混合动力电动汽车的分类和特点1）定义国际机电委员会下属的电力机动车技术委员会建议把混合动力电动汽车定义为由两种和两种以上的储能器、能源或转换器作驱动能源，其中至少有一种能提供电能的车辆称为混合动力电动车”。通常把由内燃机和电动机两种动力驱动组成的混合动力电动汽车简称为混合

29、动力汽车。2）分类混合动力电动汽车按2008年颁布的混合动力电动汽车类型和定义征求意见稿有多种分类方法：（1）按动力系统结构划分主要有串联、并联、混联二种形式；（2）按混合度划分有微混合、轻度混合、中度混合、重度混合四种类型，它主要是依据电动机与内燃机的驱动功率搭配比例来定，规定前述四种的电动机峰值功率和发动机额定功率之比分别为v5%.5%?15%、15%?40%、>40%;(3) 按外接充电能力划分，又有可外接充电和不可外接充电两类，其中可外接充电型混合动力电动汽车(PluginHybrid:ElectricVehicle,PH:EV)由于可利用电网适时补充车载能量，减少8对石油的依赖

30、和良好的环保效应，被认为是混合动力的重要发展方向，它要求具有纯电动行驶模式的重度混合型；(4) 按行驶模式的选择方式又可划分为有手动选择功能和无手动选择功能两种，其中行驶模式是指热机模式、纯电动模式和混合动力模式三种选择功能；(5) 按车辆用途即被划分为乘用车、客车、货车二类。3) 混合动力电动汽车的优点混合动力电动汽车是将原动机、电动机、能量存储装置(蓄电池)等组合在一起，它们之间的良好匹配和优化控制，可充分发挥内燃机汽车和电动汽车的优点，避免各自的不足，是当今最具实际开发意义的低排放和低油耗汽车。较之纯电动汽车，混合动力电动汽车具有如下的优点。(1) 山于有原动机作为辅助动力，蓄电池的数量

31、和质量可减少，因此汽车自重可以减小；(2) 汽车的续驶里程和动力性可达到内燃机的水平；(3) 借助原动机的动力，可带动空调、真空助力、转向助力及其他辅助电器，无需消耗蓄电池组有限的电能，从而保证了驾车和乘坐的舒适性。较之内燃机汽车，混合动力电动汽车具有如下的优点:(1) 可使原动机在最佳的工况区域稳定运行，避免或减少了发动机变工况下的不良运行，使得发动机的排污和油耗大为降低；(2) 在人口密集的商业区、居民区等地可用纯电动方式驱动车辆，实现零排放；(3) 可通过电动机提供动力，因此可配备功率较小的发动机，并可通过电动机回收汽车减速和制动时的能量，进一步降低汽车的能量消耗和排污。6 并联式混合动

32、力电动汽车混合驱动系统并联式混合动力电动汽车混合驱动系统主要山发动机、电动机/发电机两大部件总成组成,有多种组合形式，可以根据使用要求选用。并联式驱动系统的主要元件为动力合成装置，山于动力合成的实现方法具有多样性，相应的动力传动系统结构也多种多样，通常可将其分为驱动力合成式、转矩合成式和转速合成式3类。1)驱动力合成式驱动力合成式的动力合成装置采用一个小功率的发动机，单独地驱动汽车的前轮。另外一套电动机驱动系统单独地驱动汽车的后轮，可以在汽车起动、爬坡或加速时增加混合动力电动汽车的驱动力。两套驱动系统可以独立驱动汽车，也可以联合驱动汽车，使汽车变成四轮驱动的电动汽车。此种混合动力电动汽车具有四

33、轮驱动汽车的特性。2) 转矩合成式(双轴式和单轴式)转矩合成式的动力合成装置中发动机通过传动系统直接驱动混合动力电动汽车，并直接(单轴式)或间接(双轴式)带动电动机/发电机转动向蓄电池充电。蓄电池也可以向电动机/发电机提供电能，此时电动机/发电机转换成电动机，可以用来起动发动机或驱动汽车。3) 转速合成式转速合成式的动力合成装置中发动机通过离合器和一个“动力组合器”来驱动汽车，电动机也是通过“动力组合器”来驱动汽车。其可以利用普通内燃机汽车的大部分传动系统的总成，电动机只需通过“动力组合器”与传动系统连接，结构简单，改制容易，维修方便。7 混合动力汽车的能量管理混合动力电动汽车的能量管理是指：

34、车辆在行驶过程的不同工况下，控制各组成部件（发动机、发电机、蓄电池、电动机和传动装置等）之间的能量流大小及其流向。其目的是为了所设计的车辆具有：1）最佳的燃油经济性和排放指标，这主要通过对发动机工作点及工作区域的优化设计，以及在各种复杂的行驶工况下，尽可能减小发动机工作的转速波动和关起次数来实现。2）根据行驶工况对能量的需要，合理分配来自发动机和蓄电池的能量流。3）确保蓄电池有合适的荷电状态（StateOfCharge,SOC）以及蓄电池电压在安全的范围内，使蓄电池有良好的使用寿命。98 混合动力电动汽车的控制策略1）串联式相应控制策略串联式混合动力汽车控制策略按控制性质可分为被动型和主动型两

35、类。（1）被动型能量控制是在保证蓄电池和发动机工作于最佳工作区域条件下被动地满足车辆功率需求的一种控制模式，它以提高能量流动效率为主要目的。如：开关型控制、功率跟随型控制等。（2）主动型能量控制是在注重提高汽车系统（2）瞬时优化控制（3）智能控制；（4）全局最优控制3）混联式相应控制策略（1）发动机恒定工作点模式；（2）发动机最优工作曲线模式；（3）瞬时优化模式9 燃料电池电动汽车电驱动系统结构燃料电池汽车的结构可分为纯燃料电池驱动和混合驱动两种形式。现在已较多地采用了混合驱动结构形式，即以燃料电池系统作为主动力源，又增加了蓄电池组或超级电容作为辅助动力源。混合驱动的燃料电池汽车主要由燃料箱、

36、燃料电池发动机、蓄电池和电动机等部件组成。10 目前电动汽车研发急需解决的关键技术电动汽车的关键技术包括汽车技术、电气技术、信息技术和化学技术等。具体概况归纳如下：1）整车共性技术整车和系统集成、网络通讯和控制技术、强电安全技术、电磁兼容性技术、整车轻量化技术、整车匹配标定和试验技术等,，2）纯电动汽车关键技术动力电池系统集成和控制技术、驱动系统总成及其匹配和控制、充电技术等”3）混合动力汽车关键技术机电耦合技术、动力电池系统集成和控制技术、驱动系统总成及其匹配和控制、整车和系统动态协调控制、专用发动机、自动变速箱等,，4）燃料电池汽车关键技术燃料电池发动机技术、燃料电池系统匹配与优化控制技术

37、、驱动系统总成及其匹配和控制、动力电池系统集成和控制技术、车载高压供氢系统等,，5）车用驱动电机系统关键技术驱动电机及其控制、系统集成、系统热管理、位置/转速传感器、高性能绝缘材料和永磁材料、电力电了元器件（IGBT）等,，6）车用动力电池系统关键技术动力电池及成组技术、系统集成、电池管理系统、正负极材料、锂离子电池隔膜等,，7）电动辅助系统关键技术电空调、电转向、电制动、电动真空系统、电动水泵等”10第六章电动汽车电驱动动力总成匹配1电动汽车对驱动电动性能的基本要求汽车行驶的特点是频繁地启动、加速、减速、停车等。在低速或爬坡时需要高转矩，在高速行驶时需要低转矩。电动机的转速范围应能满足汽车从

38、零到最大行驶速度的要求，即要求电动机具有高的比功率和功率密度。电动汽车电动机应满足的主要要求可归纳为如下10个方面：（1）高电压；（2）转速高；质量轻，体积小；（4）具有较大的启动转矩和较大范围的调速性能；（5）需要有45倍的过载；（6）具有高的可控性、稳态精度、动态性能；（7）电动机应具有高效率、低损耗，并在车辆减速时，可进行制动能量回收。（8）电气系统安全性和控制系统的安全性应达到有关的标准和规定。（9）能够在恶劣条件下可靠工作。（10）结构简单，适合大批量生产，使用维修方便，价格便宜等。2电动汽车驱动电动机的分类和特点目前在电动汽车上已应用的和有应用前景的有直流电动机、交流感应（异步）电

39、动机、永磁无刷电动机、开关磁阻电动机等。1）直流电机驱动系统20世纪90年代前开发的电动汽车通常采用直流电机驱动系统。直流驱动系统具有成本低、易于平滑调速、控制器简单、控制相对成熟等优点。但由于直流电机在运行过程中需要电刷和机械换向器换向，效率和转速均低于交流感应电机。2）交流感应电机驱动系统20世纪90年代后，交流电机驱动系统的研制和开发有了新的突破。相比直流电机，交流电机体积小、质量轻、效率高、调速范围宽、可靠性高、价格便宜、维修简单方便，在电动汽车上得到了广泛应用。交流感应电机在电动汽车上应用时，可完成车辆的起动、加速和恒速运行；当电动汽车减速或制动时，电机处在发电制动状态，给电池充电，

40、实现机械能到电能的转换。3）永磁电机驱动系统永磁电机是一种高性能的电机。具有高的“功率/质量”比，比其它类型的电机有更高的效率和转矩，而且极限转速和制动性能优于其它类型的电机，更加适合作为电动汽车的驱动电机。但是永磁材料受温度影响大，在大电流负载时可导致材料磁性能下降，恒功率控制困难。电动汽车用永磁电机主要有永磁无刷直流电机和永磁交流同步电机两大类。4）开关磁阻电机驱动系统开关磁阻电机（SRM）是英国于1983年首次正式推岀的，经过十几年的研制开发，现己成为现代电动汽车交流驱动的又一个新支，它是由磁阻电机和开关电路控制器组成的机电一体新型牵引电机。它具有可控相数多、实现四象限控制方便、成本低、

41、效率高等优点。由于开关磁阻电机具有高度的非线性，因此它的驱动系统较复杂。3 电动汽车用动力电池分类电池是电动汽车的动力源，是能量的存储装置，也是目前制约电动汽车发展的关键因素。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争，关键是开发出比能量高、比功率大、使用寿命长、成本低的电池。电动汽车使用的动力电池可以分为化学电池、物理电池和生物电池二大类。4 电动汽车对动力电池的基本要求电动汽车对动力电池的要求主要有：1) 比能量高。为了提高电动汽车的续驶里程，要求电动汽车上的动力电池尽可能储存多的能量，但电动汽车又不能太重，其安装电池的空间也有限，这就要求电池具有高的比能量。比能量是保证纯电动汽车能够达到基本合理的行

42、驶里程的重要性能,2h放电率时电池的比能量至少不低于44W*h/kgo2) 比功率大。为了能使电动汽车在加速行驶、爬坡能力和负载行驶等方面能与燃油汽车相竞争，就要求电池具有高的比功率。3) 充放电效率高。电池中能量的循环必须经过充电-放电充电的循环，高的充放电效率对保证整11车效率具有至关重要的作用。连续放电率高、自放电率低；电池能够适应快速放电的要求，连续lh放电率可以达到额定容量的70%左右。自放电率要低，电池能够长期存放。4) 相对稳定性好。电池应当在快速充放电和充放电过程变工况的条件下保持性能的相对稳定，使其在动力系统使用条件下能达到足够的充放电循环次数。5) 使用成本低。除了降低电池

43、的初始购买成本外，还要提高电池的使用寿命以延长其更换周期。6) 安全性好。电池应不会引起自燃或燃烧，在发生碰撞等事故时，不会对乘员造成伤害。5 电动汽车电驱动传动系统参数匹配设计的技术要求和评价指标电动汽车电驱动传动系统的设计应该满足车辆对动力性能和续驶里程的要求。车辆行驶的动力性能的评价指标有：(1)起步加速性能。车辆在设定时间(6-2)122）电动机参数的选择电动机类型选取选定永磁无刷直流电机。（1）满足汽车最高车速匀速行驶功率条件山式（6-1）,PPelelMgf3600umaxCDA76140umax3,代入相关数据120312009.80.0236001200.322.1576140

44、=7.84+15.61=23.45（kw）Pl=23.45kw?（2）满足汽车最大爬坡度行驶时功率条件（v20km/h）由式（6-2）,Pe2Pe2Mgf3600uaCDA76140ua3Mgi36003ua,代入相关数据，得：2012009.80.023600200.322.15761402012009.80.253600=1.307+0.072+16.333=17.712（kw）；P2=17.712kw。根据式（6-1）与（6-2）算得数据，考虑到电机额定功率Pe应不小于Pl、P2的最大值，考虑到车辆附件以及其它的功率损耗，并结合市场上电动机的额定功率的可能取值，初选电机的额定功率Pe=3

45、5kwo电机的最大（峰值）功率的取值为Pemax=XPe,入为电机过载系数。7名词解释1）电池容量：电池在一定的放电条件下所能放出的电量称为电池的容量。常用单位为安时（Ah）,它等于放电电流与放电时问的乘积。2）电池荷电状态（SOC）:荷电状态（SOC）是电池在一定放电倍率下，剩余电量与相同条件下额定容量的比值。反映电池容量的变化。SOC=1即表不电池充满状态。随着电池的放电，电池的电荷数逐渐减少，此时电池的充电状态，可以用SOC的百分数的相对量来表示电池中电荷的变化状态。一般电池放电高效率区为（50%80%）SOCo3）电池的比功率:单位质量电池所能输出的功率称为比功率，也称质量比功率，单位为W/kg或kW/kg。4）电池的放电速率（放电率）:放电速率一般用电池在放电时的时间或放电电流与额定电流的比值来表示。（1）时率（时间率）电池以某种电流强度放电，放完额定容量所经过的放电时间。汽车用电池一般用20小时率容量表示。（2）倍率（电流率）电池以某种电流强度放电的数值为额定容量数值的倍数。