49521电动汽车结构原理与故障诊断陈黎明72

1、第二节第二节 VOLT的动力系统的动力系统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。第二节第二节 VOLT的动力系统的动力系统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、动力系统一、动力系统VOLTEC的组成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

2、电机的效率特性曲线。一、动力系统一、动力系统VOLTEC的组成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、动力系统一、动力系统VOLTEC的组成的组成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、动力系统一、动力系统VOLTEC的组成的组成2、VOL

3、TEC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。图图1 1 示出了示出了VoltecVoltec变速器的杠杆图。变速器的杠杆图。杠杆图反映了一个具有多刚体力学系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。统的扭矩和转速的比例关系。一、动力系统一、动力系统VOLTEC的组成的组成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、动力系统一、动力系统VOLTEC的组成的组成2、VOLTEC多模式电动变速器 图图1 1示出了两根杠杆示出了两根杠杆: :l左边那根杠杆对应于动力分配

4、装置，反映了行星齿轮变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之间的比例关系; ;l右边那根杠杆对应于车桥驱动装置，反映了末端传动元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之间的比例关系。件的扭矩和转速之间的比例关系。一、动力系统一、动力系统VOLTEC的组成的组成2、VOLTEC多模式电动变速器 对照图对照图2 2，可看出图，可看出图1 1左边那根杠杆从上到下的三个节点左边那根杠杆从上到下的三个节点依次代表太阳轮依次代表太阳轮( (连接牵引电机连接牵引电

5、机B)B)、行星架、行星架( (连接车桥驱连接车桥驱动装置即末端传动的输入轴动装置即末端传动的输入轴) )和齿圈和齿圈( (通过闭合的通过闭合的2 2号联轴号联轴节连接发电机节连接发电机A A）。）。l1 1号联轴节的作用相当于齿圈的制动器，将其闭合便可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。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

6、系统一、动力系统VOLTEC的组成的组成2、VOLTEC多模式电动变速器 l2 2号联轴节闭合时可将发电机和齿圈连接在一起，令发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。于是行星齿轮变速器恢复了动电机可向齿圈输出动力。于是行星齿轮变速器恢复了动力分配装置的功能。值得注意的是力分配装置的功能。值得注意的是. .一旦齿圈锁住一旦齿圈锁住, ,便不便不能再将发电机和齿圈连接在一起能再将发电机和齿圈连接在一起; ;反之亦然。所以，反之亦然。所以，1 1号号联轴节和联轴节和2 2号联轴节任何情况下都不可采取相同的连接状号联轴节任何情况下都不可采取相同的连接状态。态。l3 3号联

7、轴节专司内燃机和发电机之间的连接，仅当内燃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。机起动时才闭合。二、动力系统二、动力系统VOLTECVOLTEC的运行原理的运行原理VoltecVoltec变速器运行模式及对应联轴器状态变速器运行模式及对应联轴器状态VoltecVoltec变速变速器运行模式器运行模式运行特点运行特点联轴器连接状态联轴器连接状态1号联轴节2号联轴节3号联轴节E1E1工作模式工作模式单电机电动运行闭合脱开脱开E2E2工作模式工作模式双电机电动运行脱开闭合脱开S S工作模式工作模式串联运行闭合脱开闭合LSLS工作模式工作模式输出端的动力分配脱开闭合闭合Volt

8、ecVoltec变速器有四种不同的运行模式，见附表。根据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。用干驱动汽车。二、动力系统二、动力系统VOLTEC的运行原理的运行原理1、 E1工作模式二、动力系统二、动力系统VOLTEC的运行原理的运行原理1、 E1工作模式二、动力系统二、动力系统VOLTEC的运行原理的运行原理1、 E1工作模式l汽车电源接通后，变速器辅助液压泵开始工作，为变速汽车电源接通后，变速器辅助液压泵开始工作，为变速器提供工作油液。释放制动踏板并踩下加速踏板后，汽车器提供工作油液

9、。释放制动踏板并踩下加速踏板后，汽车将会进入将会进入E1E1工作模式。工作模式。l在在E1E1工作模式下，车辆运行所需的电能来自于高压电池工作模式下，车辆运行所需的电能来自于高压电池组，由驱动电机组，由驱动电机B B提供动力。提供动力。二、动力系统二、动力系统VOLTEC的运行原理的运行原理1、 E1工作模式lC1C1离合器。离合器。C1C1离合器接合，以保持行星齿轮组的齿圈处离合器接合，以保持行星齿轮组的齿圈处于静止状态。于静止状态。l 来自高压电池组的直流电逆变为三相交流电，为驱动电来自高压电池组的直流电逆变为三相交流电，为驱动电机机B B供电，驱动电机供电，驱动电机B B驱动太阳轮。由于

10、齿圈保持静止状态，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，输送到差速器因此旋转扭矩则通过行星架减速输出，输送到差速器. .并并最终传输到驱动轮上。最终传输到驱动轮上。二、动力系统二、动力系统VOLTEC的运行原理的运行原理2、 E2工作模式二、动力系统二、动力系统VOLTEC的运行原理的运行原理2、 E2工作模式二、动力系统二、动力系统VOLTEC的运行原理的运行原理2、 E2工作模式l当高压电池组电量较高且条件满足时，汽车可能会进入当高压电池组电量较高且条件满足时，汽车可能会进入E2E2工作模式。工作模式。l在此工作模式下，发电电机在此工作模式下，发电电机A A和

11、驱动电机和驱动电机B B均用于驱动汽均用于驱动汽车行驶，而发动机则仍然处于停机状态。在车行驶，而发动机则仍然处于停机状态。在E2E2工作模式下，工作模式下，设备运行所需电能来自于高压电池组。设备运行所需电能来自于高压电池组。二、动力系统二、动力系统VOLTEC的运行原理的运行原理2、 E2工作模式l此时离合器此时离合器C2C2工作，将齿圈与发电电机工作，将齿圈与发电电机A A相连。两个主相连。两个主电机均与行星齿轮相连。车辆由发电电机电机均与行星齿轮相连。车辆由发电电机A A和驱动电机和驱动电机B B同同时提供动力。时提供动力。l在此工作模式运行时，在此工作模式运行时，HPCMHPCM可以通过

12、发电电机可以通过发电电机A A来控制来控制齿圈的转速，通过驱动电机齿圈的转速，通过驱动电机B B来控制太阳轮的转速。这样来控制太阳轮的转速。这样就实现了发电电机就实现了发电电机A A和驱动电机和驱动电机B B之间的负载平衡，从而实之间的负载平衡，从而实现无级传动。现无级传动。 二、动力系统二、动力系统VOLTEC的运行原理的运行原理2、 E2工作模式(1)C2(1)C2离合器。在离合器。在E2E2工作模式下，工作模式下，C2C2离合器接合后，发电离合器接合后，发电电机电机A A和驱动电机和驱动电机B B将会提供输出扭矩。将会提供输出扭矩。(2)(2)直流电从高压电池组中流向直流电从高压电池组中

13、流向PIMPIM。PIMPIM将直流电转变为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三相交流电，并最终根据需要将电流输送到驱动电机B/B/发发电电机电电机A A。二、动力系统二、动力系统VOLTEC的运行原理的运行原理2、 E2工作模式(3)(3)发电电机发电电机A A。发电电机。发电电机A A驱动齿圈。扭矩通过行星架输驱动齿圈。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。送到差速器齿轮，并通过差速器传递至驱动轮。(4)(4)驱动电机驱动电机B B。驱动电机。驱动电机B B驱动太阳轮，太阳轮驱动行星驱动太阳轮，太阳轮驱动行星架的行星齿轮。扭矩通过行星架输送到差

14、速器齿轮。并通架的行星齿轮。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。过差速器传递至驱动轮。二、动力系统二、动力系统VOLTEC的运行原理的运行原理3、 S工作模式二、动力系统二、动力系统VOLTEC的运行原理的运行原理3、 S工作模式二、动力系统二、动力系统VOLTEC的运行原理的运行原理3、 S工作模式l当当HPCMHPCM确定条件满足时，就会启动发动机，汽车将进入确定条件满足时，就会启动发动机，汽车将进入S S工作模式。工作模式。l在在S S工作模式下，车辆首先将会利用发电电机工作模式下，车辆首先将会利用发电电机A A启动发动启动发动机。随后发动机驱动发电电机机。随后发动

15、机驱动发电电机A A发电。车辆运行所需的电发电。车辆运行所需的电能来自发电电机能来自发电电机A A，此时发电电机，此时发电电机A A用于产生电能。用于产生电能。二、动力系统二、动力系统VOLTEC的运行原理的运行原理3、 S工作模式l在此模式下离合器在此模式下离合器C3C3工作，它用于连接发动机与发电电机工作，它用于连接发动机与发电电机A A。l同时离合器同时离合器C1C1也处于工作状态，车辆由驱动电机也处于工作状态，车辆由驱动电机B B提供动提供动力。力。 (1)C1(1)C1离合器。离合器。C1C1离合器运行时将保持行星齿轮组的齿圈离合器运行时将保持行星齿轮组的齿圈处于静止状态。处于静止状

16、态。 (2)C3(2)C3离合器。离合器。C3C3离合器将发电电机离合器将发电电机A A与扭转减振器相连。与扭转减振器相连。 二、动力系统二、动力系统VOLTEC的运行原理的运行原理3、 S工作模式(3)(3)发电电机发电电机A A。发电电机。发电电机A A用于产生三相交流电，最终电用于产生三相交流电，最终电流将输送到驱动电机流将输送到驱动电机B B和高压电池组。和高压电池组。(4)(4)驱动电机驱动电机B B。高压电池组提供的直流电被转换为三相交。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流电并输送到驱动电机B B中。驱动电机中。驱动电机B B的转子旋转进而驱的转子旋转进而驱动

17、太阳轮。由于齿圈保持静止状态，因此旋转扭矩则通过动太阳轮。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。行星架传输到差速器，并通过差速器传输到驱动轮上。二、动力系统二、动力系统VOLTEC的运行原理的运行原理4、LS工作模式二、动力系统二、动力系统VOLTEC的运行原理的运行原理4、LS工作模式二、动力系统二、动力系统VOLTEC的运行原理的运行原理4、LS工作模式l当高压电池组电量较低且车辆需要较大扭矩时，系当高压电池组电量较低且车辆需要较大扭矩时，系统将会进入统将会进入LSLS工作模式。工作模式。l在此工作模式下，离合器在此工作模式下，离合器C2C

18、2、C3C3处于工作状态，发处于工作状态，发动机不仅能够驱动发电电机动机不仅能够驱动发电电机A A给高压电池组提供充电，给高压电池组提供充电，同时还用于驱动车辆，即驱动电机同时还用于驱动车辆，即驱动电机B B和发动机都输出和发动机都输出扭矩。这种情况通常不易发生。扭矩。这种情况通常不易发生。二、动力系统二、动力系统VOLTEC的运行原理的运行原理4、LS工作模式l在此工作模式下，发电电机在此工作模式下，发电电机A A产生的电能直接供给至产生的电能直接供给至驱动电机驱动电机B B，同时给高压电池组充电。，同时给高压电池组充电。C3C3离合器工作，离合器工作，连接发动机与发电电机连接发动机与发电电

19、机A A，C2C2离合器工作，连接齿圈离合器工作，连接齿圈与发电电机与发电电机A A。l在这种工作模式下，发动机将直接控制齿圈的转速。在这种工作模式下，发动机将直接控制齿圈的转速。而驱动电机而驱动电机B B则用于控制太阳轮的转速，这样则用于控制太阳轮的转速，这样HPCMHPCM就就实现了发电电机实现了发电电机A A和驱动电机和驱动电机B B之间的负载平衡，实现之间的负载平衡，实现无级传动。无级传动。 二、动力系统二、动力系统VOLTEC的运行原理的运行原理4、LS工作模式 (1)(1)离合器接合过程。离合器接合过程。S S工作模式下，工作模式下，C2C2和和C3C3离合器同时离合器同时处于接合

20、状态，驱动电机处于接合状态，驱动电机B B和发动机都提供输出扭矩。和发动机都提供输出扭矩。（2 2）发动机驱动发电电机）发动机驱动发电电机A A产生产生3 3相交流电，产生的电能相交流电，产生的电能将输送到将输送到PIMPIM。电能将供应给驱动电机。电能将供应给驱动电机B B以及高压电池组，以及高压电池组，以便保持电池的电量。以便保持电池的电量。（3 3）机械动力传输方向。发动机输出的扭矩通过）机械动力传输方向。发动机输出的扭矩通过C3C3离合离合器传递至发电电机器传递至发电电机A A的转子。的转子。C2C2离合器工作，发动机输出离合器工作，发动机输出的扭矩将直接驱动齿圈。驱动电机的扭矩将直接

21、驱动齿圈。驱动电机B B驱动太阳轮，以实现驱动太阳轮，以实现现无级传动。现无级传动。二、动力系统二、动力系统VOLTEC的运行原理的运行原理四种模式在牵引力中的运行范围二、动力系统二、动力系统VOLTEC的运行原理的运行原理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。括倒挡、再生制动、发动机启动。（1 1）倒挡工作模式。）倒挡工作模式。当换挡杆切换到倒挡位置时当换挡杆切换到倒挡位置时C1C1离合器接合以保持齿圈处于离合器接合以保持齿圈处于静止状态。驱动电机静止状态。驱动电机B B反向旋转，实现

22、倒挡。反向旋转，实现倒挡。 二、动力系统二、动力系统VOLTEC的运行原理的运行原理5、附加工作模式 (2)(2)再生制动工作模式。再生制动工作模式。l释放加速踏板或者踩下制动踏板后，再生制动系统首先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使汽车减速，汽车的惯性将会使驱动电机/ /发电电机运行。发电电机运行。l驱动电机驱动电机/ /发电电机在驱动轮上施加反向扭矩，从而产生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。电量，并将所产生的电量输送到高压电池组中。二、动力系统二、动力系统VOLTEC的运行原理的运行原理5、附加工作模式（3 3）发动机起动）发动机起动 发动机起动。发动机起动。l当高压电池组的电量处于较低水平时，当高压电池组的电量处于较低水平时，HPCMHPCM向变速器控向变速器控制模块发出激活扭转减振器离合器的指令。制模块发出激活扭转减振器离合器的指令。l随后变速器控制模块将会使压力控制电磁阀随后变速器控制模块将会使压力控制电磁阀5 5通电，推动通电，推动减振器旁通离合器阀来激活扭转减振器液压离