电动汽车机电动系统

电动汽车机电传动系统武小花西华大学交通与汽车工程学院电动汽车机电传动系统■纯电动汽车机电传动系统•单电机驱动•多电机独立驱动•双电机耦合驱动■混合动力汽车机电传动系统•串联式混合动力•并联式混合动力•混联式混合动力•典型动力耦合方式的特点•典型实例1纯电动汽车机电传动系统■单电机驱动系统•单电机直接驱动系统•单屯机与变速箱组合传动MT、AMT、AT、CVT、DSG■多电机独立驱动•轮边驱动、轮毂电机驱动、双侧独立驱动■双电机耦合驱动•转速耦合、转矩耦合、功率耦合1.1单电机直接驱动系统'--C___M-FGD♦借助于电动机在大范围转速变化屮所具有的恒功率特性，用固定挡的齿轮传动装置替代多挡变速箱，无离合器，减小机械传动装置的尺寸和重量：且不需要换挡，简化驱动系的控制。1.1单电机直接驱动系统♦对电机的低速大转矩、高速恒功率输出要求苛刻，呈现电机扭矩大而带来电机控制器容量增大，电机和控制器没有充分利用，电机转矩提高带来电机高速受到限制，总成功率密度较低。41.2电机与变速箱组合驱动一^)-----MTAMTATCVTDSG1.2.1电机与AMT传动♦AMT：在原有有级固定轴式机械变速传动系统的基础上增加自动变速操纵系统组成，其控制过程基本是模拟驾驶员的操作。1.2.1电机与AMT传动♦传统车AMT系统组成:自动离合器齿轮式机械变速器电子控制系统1.2.1电机与AMT传动♦控制单元输入：驾驶员意图——加速踏板，制动踏板，挡位信息；汽车丄作状态——发动机转速、节气门开度、车速等。♦控制单元报据换挡规律、离合器控制规律、发动机节气门自适应调节规律产生输出，对节气门开度、离合器、换挡操作三者进行综合控制，有效配合。1.2.1电机与AMT传动AMT二个:轮制器CANBus250K整车控制器电机——AMT控制系统组成电机控|amt控制器加速信I制动fe口丨••…贝-►1.2.1电机与AMT传动换挡过程中电机工作模式及控制策略换挡过程电机工作模式控制策略换挡前转矩模式根据踏板信号输出自标力矩摘空挡自由模式S标力矩为0，电机自由旋转等待同步调速模式给定目标转速换挡操作自由模式目标力矩为0，电机自由旋转换挡完成转矩模式根椐踏板信号输出目标力矩1.2,1电机与AMT传动♦优点：AMT系统集成性好，容易布置，开发时间短，成本低，省油。♦缺点：AMT会因挡位变动引起换挡过程中动力中断，车辆失速快，冲击大，向时，由于AMT控制策略与电机配合的问题，可能出现掉挡、换挡失败及其它机械故障等问题。♦应用：一般用于重型汽车及城市公交车上，如环卫车、奧运大客车等。1.2.2电机与AT传动壳体底亮器助入tt溫合b片瞳度传«#X甩子涌asMSK♦AT传动系统指由液力变矩器加行星齿轮变速器构成的自动变速系统。♦工作原理：通过H动操纵系统控制与行星齿轮传动各构件相连接的离合器和制动器来实现AT的挡位切换。士1.2.2电机与AT传动♦优点：简化操作、起步平稳，动力换挡，技术成熟可靠，应用范围大。♦缺点：结构复杂，制造困难，造价高，传动效率低，油耗大。1.23电机与CVT传动♦机械式无级变速器采用传动带和工作直径可变的主从动轮相配合来传递动力，可以实现传动比的连续改变，从而实现无级变速。功m构动比輸出*1.23电机与CVT传动♦优点：结构简单，体积小，零件少；它的工作速比范围宽，容易形成理想的匹配；有较高传送效率，功率损失少，经济性高。♦缺点：传动带容易损坏，无法承受较大载荷等。♦应用:小&量、低功率汽车。1.2.4电机与DSG传动*入轴1A合BI*入轴2发动机，输曲到发现》-an也（鴯3輕ifi（嗪始♦一台电子控制的手动变速箱装有两套自动控制的离合器。1.2.4电机与DSG传动蝻入袖23杓ft（哦介）决合aI♦DSG装有两根同轴心传动轴：内置实心传动轴和外套空心传动轴。内置传动轴连接了1、3、5及倒挡，而外套空心传动轴则连接2、4及6挡，两套离合器各自负责一根传动轴的啮合动作，动力便会由其屮一根传动轴作出无|H]断的传送。1.2.4电机与DSG传动♦在某一挡位时，离合器1结合，对应的一组齿轮咬合输出动力，在接近换挡时，下一组齿轮己被预选，而与之相连的离合器2仍处于分离状态；♦在换挡时，处于工作状态的离合器1分离，将使用中的齿轮脱离动力，同时离合器2咬合己被预选的齿轮，进入下一挡；♦在整个换挡期间两组离合器轮流工作，确保最少有一组齿轮输出动力，两者的切换在瞬间同时完成。1.2.4电机与DSG传动♦DSG的换挡速度比AT或AMT快。既有像手动挡一样的直接输出，又省去了手动挡进退挡动作所需的时间，动力响应极快，机械转换效率高。♦优点：动力传输连贯，效率较高♦缺点：结构复杂，制造成本较高1.3多电机独立驱动■轮式车辆•轮边驱动、轮毂电机驱动■履带车辆•双侧独立驱动1.3.1轮边驱动♦电机安装在车轮内，个薄型的行星齿轮组可用以降低电机转速，增大转矩。该薄型行星齿轮糾具有高减速比，以及输入输出轴纵向配的优点。♦多轮边电机驱动结构不紧凑，重量、体积大，功率密度优势不明显。|一＜L-(___1.3.2轮毂电机驱动)■——„-CnQ-♦通过完全舍弃电动机和驱动轮之间任何的机械传动装置，应用于轮式驱动的低速外转子型电动机可直接连接至驱动轮。电动机的转速控制等价于车速控制，要求电动机在车辆起动和加速运行时具有高转矩性能。♦轮毂电机多轮驱动受制丁驱动电机的扭矩密度、轮毂与电机集成化制造水平，技术还不成熟。1.3.3双侧独立驱动♦履带车辆双侧独立驱动♦转向通过控制两个电机以不同的转速运转来实现。J1.3.3双侧独立驱动牵引电机利I电机侧传动侧传动履带车俩传动系统组成和原理图1.4双电机耦合驱动1.4.1转矩锅合1.4.2转速耦合1.4.3功率耦合主昭功illUJE动电元―rrz-1^I抟⑰-t_J上处岣rEIHO°IM■LT池;L飪似巾HiMB\-T.轮♦在低速时：齿圈锁止，电机A经较大速比减速增扭后驱动车辆；士.4.2双电机转速耦合A♦当车速达到一定值时，齿圈解锁，电机A和电机B通过行星齿轮转速耦合后驱动车辆。1电机A.4.3双电机功率耦合♦电机A驱动模式：C1接合，C2锁止，C3分离♦电机B驱动模式：C2分离，C3锁止♦转速耦合模式：C1接合，C2分离，C3分离♦转矩耦合模式：C1分离，C2接合，C3锁止2混合动力车辆机电传动系统■串联式混合动力■并联式混合动力•转矩耦合、转速耦合、功率耦合■混联式混合动力-典型动力耦合方式的特点■典型实例•丰田THS系统、通用雪佛兰Volt2.1串联式混合动力♦串联式混合动力电驱动系统是一个由两个能源向单个电动机供电，以推进车辆的驱动系。2.2并联式混合动力O转矩耦合、转速耦合、功率耦合2.2.1转矩耦合♦转矩耦合：系统机构简单，传动效率高。主要有定轴齿轮式、皮带轮或链式组合件、传动轴式三种结构。n_丁⑽=k(Tin'+k'k2机械转矩TlAil^/LiWTim*:,耦合2.2-1a轮式传动装買2.2.1转矩耦合发动机转子I传动轴式传动装貫电动机2.2.2转速耦合■转速耦合：无需无级变速器便可实现整车的无级变速，主要有行星齿轮式、具有浮动定子的电动机两种型式。**机械转速Fi+iirr/?ihi►耦合2.2.2转速耦合发动机电动机｝——行星齿轮式I槌I2.2.2转速耦合一具有浮动定子的电动机电动机锁定■纯电动模式：1接合，2分离■发动机模式：1分离，2接合，电动机转子定子结合为一体■转速輻合：1、2分离2.2.3功率耦合■纯电动模式：C1接合，C2锁止，C3分离■发动机模式：C2分离，C3锁止■转速耦合：C1接合，C2分离，C3分离■转矩耦合：C1分离，C2接合，C3锁止I没动机14^1rt合器11离合；L2.2.3功率耦合电动机兮|tLWtf(•忒■纯电动模式：锁定器锁止，2分离■发动机模式：锁定器锁止，2接合，1分离■转速耦合：1接合，2分离，锁定器解锁■转矩耦合：1分离，2接合，锁定器锁止2.3混联式混合动力传动装罝定轴齿轮扭矩耦合式磁场耦合链或带行单齿轮转速耦■人n

差速器式牵引力耦合式浞合耦合式+2.4典型动力耦合方式的特点耦合方式结合平结构复杂耦合效控制难顺性程度率度低低低低中高中好好好中屮l"j低低中中低低低|U]中低1WJ中低i«i中高较高中2.5.1典型实例一丰田THS叫控制器卜＞1溶电池I内燃机车轮「功申分流，喁合装）1kWH_」动吻机「发电机_->•传动箱讲方分RSI2.5.1典型实例一丰田THS启动时充分利用电动机启动时的低速杻矩LJ-_L当汽车启动时.loroiA油电混合劫力系统仅使用由HVB电池提珙能口的电动机的动力后动，这时发动机并不运转，因为发动机不能在低啶转带瑜出大扭矩，而电动机可以炅敏、颛杨、高效地进行启动.2.5.1典型实例一丰田THS低速一中速行驶时由高效利用能S的电动机驱动行驶对于发动机而言，在低速一中速带的效率并不理想，而另一面.电动机在低速中速带性能仇越因此.在用诋速中速行眈油电混合动力系统使用HV蓄电池的电力，驱动电动机行驶-►RTra2.5.1典型实例一丰田THS一般行驶时低油耗的驾驶.使用发动机作为主要动力源TCWOTA油电混合动力系统采用发动机，噇它在能产生fi鬲效功奎的速度带畢动，由发动机产生的动力直接驱动车轮.依照驾驶状况部分动力被分配i合发电机、由发电机产生的动力用来驵动电动机和耩助发动机，利用发动机和电动机达一双S传动系统.发动机产生的动力以最小消耗被传向地面©J©一般行驶时/剩余能量充电将剩余能¥用干HV蓄电池充电因为TOYOTA油电混合动力系统在高速运转时是采用发动机来駆动.而发动机有时会A生多余的能置。这时多余的能虽由发电机转換成电力.用子悚存在HV瘙电池中开进行驶）吋全速开进（行驶）时利用双动力来获得更高一级的加速2.5.1典型实例一丰田THS内«机f在霜要强劲加速力，如爬陡坡及超车）时.HV曹电池也播供电力.来加大电动机的驱动力通过发动机和电动机双动力的结合使用+TOTOTA油电混合动力系统得以买现与离一级发动机同等水平的强劲而流畅的加速性能.2.5.1典型实例一丰田THS发电机减速/能量再生时将减速时的能量回收到HV蓄电池中用于再利用在踩制动器和松油门时，TOYOTA油电混合动力系统使车轮的旋转力带动电动机运转.将其作为发电机使用减速时通甫作为摩摞热敗失挿的能摩.在此披转换成电能.回收到HV蓄电池中进行再利用、2.5.1典型实例一丰田THS停车时停车时动力系统全部停止在停东时，发动机，电动机，发电机全部自动停止运转t不会因怠速而浪篑険懂，•透HV曹电浼的充电鑿»11吋，逛功机将城缝筠种以论霱黽池充电，界升因与交A开关邊确发动祧金仍铌ttffi籍.X2.5.2典型实例一通用雪佛兰VoltematicArchitectureratio离合器3-£}-3Ci;■，