1. 研究目的与意义(文献综述)
众所周知,中国石油能源供应短缺危机日趋明显。同时,汽车尾气造成的雾霾、酸雨等环境问题愈发严重。除此之外,内燃机效率低,造成巨大能源浪费。而电动汽车主要使用电能作为能源,而电能来源广泛,这就一举缓解了能源不足的危机,又大大改善了传统内燃机汽车的污染问题。同时,电动汽车整车效率非常高,大大减少了能源浪费。相比于纯电动汽车,混合动力电动汽车将传统内燃机、电动机、能量储存装置(蓄电池)有机的组合在一起,并在它们之间的实现良好的动力匹配和优化控制,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。
动力耦合系统是混合动力汽车的核心部分。动力耦合系统是混合动力汽车上使多个动力源输出与整车动力输出之间产生一定影响关系的机构,也就是对发动机和电动机产生的动力进行耦合并输出的装置[1],所以它的重要性不言而喻。动力耦合系统主要功能包括四点:1. 动力合成功能;2. 动力分解功能;3. 制动能量回收功能;4. 控制发动机的负载和转速,让发动机工作在经济区域,实现较高的燃油经济性能。所以动力耦合系统对混合动力汽车的平顺性、整车能量利用效率、续驶里程、燃油消耗率、电池及整车寿命等都起着至关重要的作用。动力耦合系统已成为衡量混合动力汽车性能优劣的重要指标,也是是提升混合动力汽车整车性能的关键所在。所以动力耦合系统各项性能指标的提升对于改善环境污染问题、节约能源、推广电动汽车都具有重要意义。
混合动力汽车动力耦合系统近20年的研究热点,全球学者以及各大汽车公司都对动力耦合系统进行了广泛的研究。国外的研究还是走在了前列,日本丰田公司早在1997就推出了混合动力汽车普锐斯,其装备了丰田公司开发的ths混合动力系统,ths系统采用的行星排齿轮装置耦合,现已经发展到了第三代[1];本田公司的ima混合动力系统是采用串联式电机集成动力耦合系统,依靠电磁力进行动力耦合;美国通用汽车公司也长期致力于研究带有行星式动力耦合系统的hev,不同于丰田的是,通用公司的混合动力汽车多采用双行星排,甚至是三行星排作为动力耦合系统。这种构型被称为“双模”构型[2];法国的c mansour和d clodic基于第二代普锐斯的机械结构设计了一套动力耦合系统,并对其进行建模和仿真,性能优秀[12];埃及学者abdelsalam ahmed采用模糊控制的方法对双转子电机动力耦合系统的能量控制策略进行改进,证明了双转子电机动力耦合系统性能比丰田普锐斯系统更为优秀[16]。
2. 研究的基本内容与方案
2.1设计的基本内容
本设计主要研究内容如下:
1. 根据给定的7160混合动力轿车性能参数进行动力性计算。
2. 根据动力性计算的结果,对现有的各类混合动力耦合系统进行对比分析,分析各种类型系统的优缺点,选出合适的的动力耦合系统构型。
3. 根据选出的系统构型,完成动力耦合系统的传动分析。
4. 根据动力性计算及传动分析结果完成对系统内各组成部件包括齿轮具体参数设计,并齿轮等零件进行强度分析,并撰写动力耦合系统计算说明书书。
5. 在CATIA软件平台上根据设计参数完成系统各零件建模,并完成动力耦合系统的总装配,绘制系统的总装配图以及齿轮图。
2.2设计目标
本设计的设计目标是是设计出一套完整的混合动力轿车动力耦合系统,并使系统满足给定的混合动力轿车的动力性等性能要求,同时使设计的动力耦合系统具有优秀的性能以及良好的可靠性。
2.3拟采用的技术方案及措施
先根据给定的性能参数完成该车的动力性计算,再根据计算结果选出合适的构型,再具体设计各部件及各齿轮的具体参数,并进行受力及强度分析,满足要求后使用CATIA软件平台根据设计参数建模,完成总装配图,并绘制总装配图和齿轮图。具体方案如下:
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3. 研究计划与安排
第一步(1-3周):本人将利用图书馆用书及期刊网等途径查阅文献,进行大量相关的文献阅读,明确设计内容和任务,完成文献检索和文献翻译。
第二步(2-5周):先根据给定的性能参数对整车进行动力性计算,对现有的各种混合动力汽车动力耦合系统进行对比分析,分析各种构型的优缺点,根据动力性计算结果选择合适的构型,并对系统进行传动分析。
第三步(6-8周):根据动力计算结果以及传动分析结果完成对整个动力耦合系统内各组成部件的具体参数设计,重点是各齿轮的设计计算,并完成其受力和强度分析。
4. 参考文献(12篇以上)
[1] 钱立军,赵韩,鲁付俊. 混合动力汽车传动系结构分析[j]. 合肥工业大学学报(自然科学版),2003,06:1121-1126.
[2] 罗玉涛,旷鹏. 基于对转双转子电机的无级变速并联混合驱动系统[j]. 机械传动,2010,01:22-26.
[3] 蒋科军,何 仁,束 驰,王群山. 混合动力汽车动力耦合技术综述[j]. 机械传动,2015,04:175-7181.
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