汽车电子学有源传动技术

1、目 录钟再敏汽车电子学自动变速有源传动及其控制技术同济大学 汽车学院College of Automotive, Tongji University2提纲1 技术和产品需求2 相关技术基础3 典型技术和产品4 技术特征和关键指标5 关于Prius的深入讨论3发动机输出特性高效区1 技术和产品需求变速器是内燃机汽车的基本组成和重要技术特征内燃机车轮车辆行驶力平衡 2010年15月上海关区进口值最高的汽车零件为小轿车用自动换挡变速箱及其零件，进口值为4.2亿美元 41 技术和产品需求整备质量1850kg, 爬坡度20%，轮边输出转矩约为1890Nm;最高车速150km/h，需要电机峰值功率90kW

2、,车轮转速约为1250rpm。采用1:9减速器，电机输出转矩为210Nm，重量67kg,减速器重量24kg。通过传动装置改善电机的输出特性的实际例子51 技术和产品需求电机和变速器联合工作输出特性通过变速器进一步改善电机的输出特性功率特性转矩特性nTnPPmaxPmax减速比减速比61 技术和产品需求油电混合动力汽车同时具有内燃机和电动机两种动力源，因此对机电耦合驱动装置技术需求迫切。通过变速调节内燃机的工作点通过减速或者变速调节电机的工作区间实现内燃机功率和电功率的分流和汇合车用差速功能车用高集成度需要71 技术和产品需求电动汽车机电耦合传动装置电机峰值功率100kW,最高转速为12500r

3、pm。减速器传动比1:4.09。HONDA FCX Clarity81 技术和产品需求混合动力机电耦合传动装置两种模式双电机两个纯机械档位GM AHS-29提纲1 技术和产品需求2 相关技术基础3 典型技术和产品4 技术特征和关键指标5 关于Prius的深入讨论102 相关技术基础10传动控制机械传动电机驱动有源传动技术112 相关技术基础机械传动零部件行星齿轮系 膜片式离合器定轴齿轮 湿式离合器同步器齿套122 相关技术基础机械传动零部件钢带传动 差速器扭转减震器液力变矩器超越离合器链传动132 相关技术基础单流和双流传动理论PowerBatteryMotorMotorCombustion

4、Engine1414转速耦合方式：车轮机械汇流和分流装置概述转矩耦合方式：2 相关技术基础特点：各元件之间具有确定的转速比特点：各元件之间具有确定的转矩比152 相关技术基础传动控制技术独立TCU与集成TCU电子-液压控制单元连接插头电子控制单元162 相关技术基础传动控制技术基本控制算法releaseengageclutchActualEngineTorqueEngineTorqueCommandshiftselectgear shifting ingClutch PressureCommandActual ing Clutch PressureActual Offgoing Clutch

5、PressureOffgoingClutch PressureCommandEngineTorqueCommandActualEngineTorqueCommanded Fill TimeFull PressureFill Pressure Command LevelOffgoing toMaintainCurrent Ratio液压操纵离合器/行星齿轮副定轴齿轮/同步器 172 相关技术基础有源和无源传动理论传统的MT、AT均为无源传动电动汽车引入了电机，使得传动系统具有有源特征18提纲1 技术和产品需求2 相关技术基础3 典型技术和产品4 技术特征和关键指标5 关于Prius的深入讨论19

6、3 典型技术/产品分析基于行星排的转速耦合方案输入转速耦合+输出转矩耦合输入输出均转速耦合单个电机转速耦合避免功率循环电机的最高转速限制通过切换元件实现不同模式的组合利用纯机械传动工况提高传动效率203 典型技术/产品分析参数04 PRIUS额定电压 VAC 500最大输出 kW / rpm37.8 / 9500最大扭力Nm / rpm45 / 0 6000最大扭力时电流 75最高rpm10,000 rpm冷却系统水冷式参数04 PRIUS额定电压 VAC 500最大输出kW / rpm50 / 1200 1540最大扭力Nm / rpm400 / 0 - 1200最大扭力时电流230最高rp

7、m6,700 rpm冷卻系统水冷式MG1-转速耦合MG2-转矩耦合Toyota THS213 典型技术/产品分析223 典型技术/产品分析发动机最大功率248kw，最大扭矩498Nm,搭配2台峰值功率83kw电机模式1：输入分流（低速和倒车） E1（ MG1转速耦合）分流、 E2（ MG2转矩耦合）汇流 C1、C3闭锁；C2分离；模式2：复合分流（高速工况） E1、E2差速（MG1和MG2均为转速耦合） C1、C2闭锁；C3分离；GM AHS-2233 典型技术/产品分析243 典型技术/产品分析Mode 1: 输入分流253 典型技术/产品分析Mode 2: 复合分流2626263 典型技术

8、/产品分析TU Cheminitz: Tenberge仅采用3个切换元件和1个电机的7档行星齿轮变速器采用2个电机的双流无级变速器273 典型技术/产品分析配备4个前进挡位，变速器可输入的峰值功率高达290KW，最大输入转矩1600Nm，电机功率为150kw，同时输入轴转速可以控制在2500转/分以内，变速箱重量820kg。1 中置液力变矩器2 闭锁离合器3 三档离合器4 差速齿轮5 输入离合器6 行星齿轮7 倒档和闭锁行星排8 扭转减震器9 热交换器10 四档离合器 283 典型技术/产品分析基于定轴齿轮的转矩耦合方案有源同步问题通过电机减小换档过程中的动力中断并联为主293 典型技术/产品

9、分析专利：US6945893、US7082850、US7272987303 典型技术/产品分析集成了Getrag 6-speed 横置变速箱，Bosch电机，Bosch电力电子器件以及电驱后轴(eAD)，可实现制动能回收，纯电动行驶等功能。变速箱中配备了扭矩容量250Nm的干式离合器。电机的扭矩为70-120Nm，电机与变速箱轴平行布置连接。eAD1 PowerShift 双离合器2 后轴驱动电动3 电机4 功率电子5 发动机313 典型技术/产品分析VW TwinDRIVE323 典型技术/产品分析同轴并联方案333 典型技术/产品分析专利申请：200910197054.0三轴并联方案343

10、 典型技术/产品分析 同轴并联方案35提纲1 技术和产品需求2 相关技术基础3 典型技术和产品4 技术特征和关键指标5 关于Prius的深入讨论363636输入轴供电端口足轴具有用于连接车用内燃机的输入轴；具有一个或两个电功率双向输入端，（通过整流/逆变装置）连接车载储能部件，统称为供电端口；具有与车轮直接或（通过减速机构）间接连接的足轴；能够实现输入轴到供电端口的发电功能，能够实现供电端口到足轴的电驱动和制动功能，能够实现输入轴到足轴的机械驱动和制动功能；具有完整和封闭的箱体及润滑冷却装置；4. 技术特征和关键指标基本技术特特征统一称谓： 有源传动技术Active Transmission

11、Technology373737关键技术指标容量指标：峰值输出功率PW/转矩TW，指足轴上输出最大机械功率（kW）/转矩（Nm）；电驱动/制动功率PE，指电端口到足轴的电驱动/制动功率(kW)；额定输入机械功率PI/转矩TI，输入轴允许的额定输入机械功率(kW)/转矩(Nm)；最高输出转速nwmax，指W轴输出最大转速（rpm）；制动性能指标：回馈制动允许足轴速度范围，指在无回馈制动动力中断情况下的足轴速度范围；电动化程度指标（混合度）：电功率比=峰值电驱动功率/峰值输出功率 效率指标：不同功率流向的（额定点或者平均）效率：回馈制动效率，电驱动效率，机械驱动效率 经济性指标：电驱动功率比电制动

12、功率比单位重量指标 (重量比功率，体积比功率)其他通用指标，如噪声、寿命、可靠性等nPPmaxnmax4. 技术特征和关键指标383838 模式部件 串联模式并联模式混联模式电机于变速箱前电机于变速箱后M1M2D1定轴齿轮定轴齿轮行星齿轮D2定轴齿轮定轴齿轮定轴齿轮i1固定速比固定速比变化速比固定速比i2变化速比i3变化速比变化速比固定速比固定速比M电机D机械汇流/分流装置I 变速机构基本实现方案4. 技术特征和关键指标39提纲1 技术和产品需求2 相关技术基础3 典型技术和产品4 技术特征和关键指标5 关于Prius的深入讨论混合动力与Prius采用的THSprinciplecontrol4

13、13 典型技术/产品分析混合动力与Prius采用的THSGeneratormotor混合动力与Prius采用的THS工况分析混合动力与Prius采用的THS工况分析混合动力与Prius采用的THS工况分析-A-Ready on混合动力与Prius采用的THS工况分析-A混合动力与Prius采用的THS工况分析-B-Starting混合动力与Prius采用的THS工况分析-Start the engine混合动力与Prius采用的THS工况分析-B混合动力与Prius采用的THS工况分析-C-Slight Acceleration with Engine混合动力与Prius采用的THS工况分析-D-Low Load Cruising混合动力与Prius采用的THS工况分析-E-Full throttl