混合动力车中少齿差行星齿轮耦合控制设计【文献综述】.doc

1、 毕业论文 文献综述 电气工程及自动化 混合动力车中少齿差行星齿轮耦合控制设计 摘要： 首先介绍了少齿差行星齿轮的原理，分析了它的优点，并把它的优点与汽车的启动和低速状态下的运行相结合，使汽车能达到更平稳启动的目的，使之能使传动效率提高。 关键词： 少齿差行星齿轮；原理； 混合动力 ；趋势 1 引言： 兼具传动汽车和电动汽车综合优势的混合动力汽车（ hybrid electric vehicle， HEV）被公认为当前最具有价值的新能源汽车。行星齿轮机构作为混连式， HEV 的耦合机构易实现多输入输出，通过调整控制策略 ，课满足弱混，中混，强混的不同需求，实现多能源最佳匹配，且其本身具有结构紧

2、凑，传动效率高遗迹承载能力强的诸多优势，因而成为混合动力耦合机构的首选。 1 少齿差行星齿轮传动原理 1 少齿差行星齿轮传动是行星齿轮传动中的一种。由 一个外齿轮与一个内齿轮组成一对内啮合齿轮副它采用的是渐开线齿形，内外齿轮的齿数相差很小，简称为 少齿差传动。一般所讲的少齿差行星齿轮传动是专指渐 开线少齿差行星齿轮传动而言的。渐开线少齿差行星齿 轮传动以其适用于一切功率 、速度范围和一切 T 作条件，受到了世界各国的广泛关注成为世界各 国在机械传动 方面的重点研究方向之一。 1 少齿差传动 行星齿轮传动是动轴齿轮传动的一种主要方式，其最基本的形式 是 2KH 型 (即两个中心轮 a,b 和 个

3、转臂 H)，如图 l 所示，传动比为 iaH=1+Zh/Zn. 它演变出两种典型的少齿差行星齿轮传动形式 如 图 2 所示 :KHV 行星齿轮传动如图 2(a)所示 基本构件为中心轮 b、转臂 H 和构件 V,当中心轮 b 固定，转臂 H 主动，构件 V 从动时，传动比为 iHg= - Zg/(Zb-Zg).。把构件 V 固定转臂 H 主动，中心轮 b 输出如图 2（ b）所示 ,其传动比 iHb=Zb/(Zb-Zg)。为少齿差行星齿轮传动机构实质是一个由平面四连杆机构和内啮合齿轮副组成的齿轮连杆机 构。通过对不同构件作不同限制，可以设计出多种少齿差行星齿轮传动结构形式。 2 少齿差行星齿轮传

4、动的特点 2 少齿差行星齿轮传动具有以下优点： (I)加工方便、制 造成本较低 渐开线少齿差传动的特点是用普通的渐开线齿轮刀具和齿轮机床就可以加工齿轮，不需要特殊的刀具与专用设备，材料也可采用普通齿轮材料料 。 (2)传动比范围大，单级传动比为 10 1000 以上 。 (3)结构形式多样，应用范围广，由于其输入轴与输出轴可在同一轴线上，也 可以不在同一轴线上，所以能适应各种机械的需要 。 (4) 结构紧凑 、体积小、重量轻 ，由于采用内啮合行星传动，所以结构紧凑；当传动比相等时，与同功率的普通圆柱齿轮减速器相比，体积和重量均可减少 1/3 2 3。 (5)效率高。 当传动比为 10 200

5、时，效率为 80 94。效率随着传动比的增加而降低 4。 (6)运转平稳、噪音小、承载能力大，由于是内啮合传动两啮合轮齿一为凹齿 、一为凸齿两齿的曲率中心在同一方向曲率半径义接 近相等，因此接触面积大，使轮齿的接触强度大为提高，又采用短齿制轮 齿的弯曲强度也提高了。此外，少齿差传动时，不是一对 轮齿啮合，而是 3-9对轮齿同时接触受力所以运转平稳，噪 声小，并且在相同的模数情况下其传递力矩比普 通同柱齿轮减速器大。 第一 减速部分： 当电动机带动偏心轴转动时，由于内齿轮与机壳固定不动，迫使行星齿轮绕内齿轮作行星运动（即作公转又作自转）；又由于行星齿轮与内齿轮的齿数差很少，所以行星齿轮绕偏心轴中

6、心所作的运动为反向低速自转运动。利用输出机构将行星轮的自转运动传递给输出轴，就可 以达到减速的目的 5。 第二 输出部分： 从结构上保证行星轮上的销孔直径比销轴套的外径大二倍偏 心距。在运动过程中，销轴套始终与行星齿轮上的销孔壁接触，从而使行星齿轮的自转运动通过轴套传给输出轴，以实现与 输入轴方向相反的减速运动。 少齿差减速器的结构型式较多，常见的型式可按输出的型式、减速器的级数、行星齿轮的数目、使用安装的型式分类。 其中按输出型式可分为： （ 1） 销轴式 这种减速器使用历史较长，应用范围较广，实践证明效率较高；在高速连续运转，功率较大或扭矩较大的使用场合下，可采用销轴式输 出机构 （ 2）

7、十字滑块式 这种结构形式较简单，加工方便，但是承载能力及效率较销轴式低， 常用于小功率、只有一个行星齿轮的结构中。 （ 3）浮动盘式 这种结构形式较新颖，比销轴式容易加工，使用效果好。但对其效率 和承载能力还缺乏测试数据。 8 （ 4）零齿差式 零齿差式输出机构的零件数量要少一些，结构紧凑、制造方便； （ 5）双曲柄式 高速轴减速后带动行星齿轮，动负荷小。这种结构的轴向尺寸较大，加工精度要求高； 3 少齿差行星齿轮在混合动力车中的应用情况 混合动力是提高汽车的燃料经济性及降低排放的有效途径，它的布置形式主要有串联式、并联式及混联式。串联式的布置形式在城市客车应用广泛，国外首先是从城市公交车开始

8、进行混合动力技术的研究，其中的控制策略对燃料经济性及降低排放起着重要的作用。串联混合动力汽车功率流模型如图 1 所示，它表示了电机、 电池 以及 发动机 之间的功率输入输出关系，串联混合动力汽车的控制策略目的是为了控制它们之间的分配，使汽车不仅能够满足路面的功率要求，而且能够使各功率源之间功率的合理分配。 图 1 串联混合动力汽车功率流 模型 首先介绍发动机 -发电机组，电池和驱动电机三者动力源之间的功率定义： Pfc：发动机 -发电机组输出功率。它只能单方向向下传递给驱动系统动力链（简称驱动链）。 Pmc_in：电机的输入 /输出功率。它是双向的，即可以向后传递，表示驱动功率，符号设定为正。

9、也可以向前传递，表示再生制动情况下驱动电机当作发电机使用时输出的功率，向电池进行充电，符号设定为负。 Pess：电池的充放电功率。它也是双向的，当向功率总线（ power bus ）放电，然后再与发电机组发出的功率组合在一起对驱动电机进行放电时，符号设定 为正。而当它充电时，符号设定为负。在这里称 向下传递 ，指从发动机或电池等向驱动车轮传递动力的方向。 向上传递 指动力源从驱动轮向电池动力源传递动力的方向。 4 发展趋势 3 齿轮传动技术是机械工程技术的重要组成部分 ,在一定程度上标志着机械工程技术的水平 ,因此 ,齿轮被公认为工业和工业化的象征。为了提高机械的承载能力和 传动效率 ,减少外

10、形尺寸质量及增大减速机传动比等 ,国内外的少齿差行星齿轮传动正沿着高承载能力、高精度、高速度、高可靠性、高传动效率、小型化、低振动、低噪音、低成本、标准化和多样化的方向发展的 总趋势。 少齿差行星齿轮传动具有体积小、重量轻、结构紧凑、传动比大、效率高等优点 ,广泛应用于矿山、冶金、飞机、轮船、汽车、机床、起重运输、电工机械、仪表、化工、农业等许多领域 ,少齿差行星齿轮传动有着广泛的发展前景。 在汽车混合动力领域 6： （ 1）国内 各大汽车集团都在进行混合动力电动汽车研发，多数以混合动力电动客车为主，这种研发方向符合我国国情，有利于我国电动汽车的研究发展。 一汽研发的红旗 HQ3 将于2006

11、 年投产；东风集团的混合动力公交车已于 2005 年 7 月完成最终产品定型样车试验并通过验收；长安集团具有 完全自主知识产权的羚羊混合电动车已产出样车，其装备混合动力技术的长安 CV9 已经下线；奇瑞集团成立了国家节能环保汽车工程技术研究中心，将在 2006年下半年重点推出第一自主品牌真正意义上的混合动力车，代号为 BSG的混合动力车；吉利集团旗下的上海华普汽车已与同济大学汽车学院签署合作协议，预计 3 年内完成混合动力轿车商业化生产；深圳五洲龙汽车有限公司也表示，中国规模最大、投放车辆最多的混合动力示范运营线路即将在深圳市龙岗区开通。而广州本田更是紧跟丰田的步伐，于 2006 年中下旬推出

12、国产雅阁混合动力车。上汽集团与通用 签署协议，将联手开发混合动力轿车和公交客车。来自中兴汽车的消息，中兴汽车与美国在 汽车混合动力技术、转子发动机技术及飞行汽车技术 等方面有着雄厚的技术实力的梅尔莱普顿集团签订了合作意向书，正式介入 油汽混合动力技术 领域。与此同时，新能源汽车作为未来汽车的主要发展方向，国家一向给予支持和鼓励。如汽车产业发展政策、 十一五 汽车产业发展规划等政策和文件都鼓励清洁汽车、代用燃料及汽车节油技术的发展 10。 （ 2 1） 日本混合动力汽车的发展现状 从目前世界范围内的整个形势来看，日本是电动 汽车技术发展速度最快的少数几个国家之一，特别是在发展混合动力汽车方面，日

13、本居世界领先地位。目前，世界上能够批量产销混合动力汽车的企业，只有日本的丰田和本田两家汽车公司。1997 年 12月，丰田汽车公司首先在日本市场上推出了世界上第一款批量生产的混合动力轿车 PRIUS。到 2012 年时，其所有的车型将全部装上混合动力发动机。丰田汽车公司在实现混合动力系统的低能耗、低排放和改进行驶性能方面已经走在了世界的前列 11 。 （ 2 2） 美国混合动力汽车的发展现状 美国三大汽车公司只是小批量生产、销售过纯电动 汽车，而混合动力和燃料电池电动汽车目前还未能实现产业化，日本的混合动力电动汽车在美国市场上占据了主导地位。美国能源部与三大汽车公司于 1993 年签订了混合动

14、力电动汽车开发合同，进行为期 5 年的研发工作，并于 1998 年在北美国际汽车展上展出了样车。在此基础上，现已推出 3 款混合动力概念车：通用 Precept、福特Prodigy、戴 -克 DodgeESX3。 2004 年，通用汽车公司与戴 -克汽车公司对外宣布双方将在开发混合动力电动汽车的技术领域携手，共同推进此项技术的发展 12。 参考文献 1 学会论文 .1 王 利花 .并联混合动力汽车用行星齿轮机构的研究 D.西安 .西安理工大学 .20080301 2 期刊 .2 朱福堂 陈利 殷承良 唐林 混合动力汽车行星齿轮机构的方案设计与优选 中国机械工程， 2010.1,21： 1 21

15、 3 百度百科 .3 混 合 少 齿 差 行 星 齿 轮 减 速 机 EB/OL,2009-9-26. http:/ 4 百度百科 .4混合动力汽车 EB/OL,2009-9-26. http:/ 5 常思勤 .车辆动力装置 M. 北京：机械工业出版社 2006.1 223. 6 Zou Naiwei, Simulation of Control Strategy for HEV Coupler with Planetary Mechanism, Transactions of the Chinese Society of Agricultural Machinery J, 2008, 39(

16、3),5 9. 7 李晓英等串联混合动力 汽车控制策略 J .吉林大学学报， 2005.35(2)： 122 126. 8 朱元，田光宇行星齿轮结构的混合动力汽车的系统效率 J汽车工程， 2004,26(6):260265 9 王其政 结构耦合动力学 M. 北京：宇航出版社 1999.12 323. 10 曾小华 王庆年 王伟华 初亮 .串联混合动力串联分析 J.吉林大学 2003,26(6):111 125. 11 张世亮 . 车辆制动能量回收装置的研究 J机械设计与制造工程 99， 28(4)： 22 23 12 Wang Yong-bin,et al. Design and Development of Few-Tooth-Deference Planetary Gear Powertrain Coupling System with Biased Bent Shaft in Electric and HEV for All-Terrain VehiclesIEEE Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC), Sept. 3-5, 2008,68 71.