电动汽车结构原理与故障诊断教学课件作者陈黎明混合动力与电动汽车72课件幻灯片

第七章 通用沃蓝达（volt）增程型电动汽车原理与维修,第二节 VOLT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 VOLT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VOLTEC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VOLTEC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VOLTEC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VOLTEC的组成,2、VOLTEC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1 示出了Voltec变速器的杠杆图。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。,一、动力系统VOLTEC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VOLTEC的组成,2、VOLTEC多模式电动变速器,图1示出了两根杠杆: 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之间的比例关系; 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。,一、动力系统VOLTEC的组成,2、VOLTEC多模式电动变速器,对照图2，可看出图1左边那根杠杆从上到下的三个节点依次代表太阳轮(连接牵引电机B)、行星架(连接车桥驱动装置即末端传动的输入轴)和齿圈(通过闭合的2号联轴节连接发电机A）。 1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。,一、动力系统VOLTEC的组成,2、VOLTEC多模式电动变速器,2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力分配装置的功能。值得注意的是.一旦齿圈锁住,便不能再将发电机和齿圈连接在一起;反之亦然。所以，1号联轴节和2号联轴节任何情况下都不可采取相同的连接状态。 3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。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,Voltec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用干驱动汽车。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,1、 E1工作模式,二、动力系统VOLTEC的运行原理,1、 E1工作模式,二、动力系统VOLTEC的运行原理,1、 E1工作模式,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，汽车将会进入E1工作模式。 在E1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B提供动力。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,1、 E1工作模式,C1离合器。C1离合器接合，以保持行星齿轮组的齿圈处于静止状态。 来自高压电池组的直流电逆变为三相交流电，为驱动电机B供电，驱动电机B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.并最终传输到驱动轮上。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,2、 E2工作模式,二、动力系统VOLTEC的运行原理,2、 E2工作模式,二、动力系统VOLTEC的运行原理,2、 E2工作模式,当高压电池组电量较高且条件满足时，汽车可能会进入E2工作模式。 在此工作模式下，发电电机A和驱动电机B均用于驱动汽车行驶，而发动机则仍然处于停机状态。在E2工作模式下，设备运行所需电能来自于高压电池组。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,2、 E2工作模式,此时离合器C2工作，将齿圈与发电电机A相连。两个主电机均与行星齿轮相连。车辆由发电电机A和驱动电机B同时提供动力。 在此工作模式运行时，HPCM可以通过发电电机A来控制齿圈的转速，通过驱动电机B来控制太阳轮的转速。这样就实现了发电电机A和驱动电机B之间的负载平衡，从而实现无级传动。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,2、 E2工作模式,(1)C2离合器。在E2工作模式下，C2离合器接合后，发电电机A和驱动电机B将会提供输出扭矩。 (2)直流电从高压电池组中流向PIM。PIM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B/发电电机A。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,2、 E2工作模式,(3)发电电机A。发电电机A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。 (4)驱动电机B。驱动电机B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速器齿轮。并通过差速器传递至驱动轮。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,3、 S工作模式,二、动力系统VOLTEC的运行原理,3、 S工作模式,二、动力系统VOLTEC的运行原理,3、 S工作模式,当HPCM确定条件满足时，就会启动发动机，汽车将进入S工作模式。 在S工作模式下，车辆首先将会利用发电电机A启动发动机。随后发动机驱动发电电机A发电。车辆运行所需的电能来自发电电机A，此时发电电机A用于产生电能。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,3、 S工作模式,在此模式下离合器C3工作，它用于连接发动机与发电电机A。 同时离合器C1也处于工作状态，车辆由驱动电机B提供动力。 (1)C1离合器。C1离合器运行时将保持行星齿轮组的齿圈处于静止状态。 (2)C3离合器。C3离合器将发电电机A与扭转减振器相连。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,3、 S工作模式,(3)发电电机A。发电电机A用于产生三相交流电，最终电流将输送到驱动电机B和高压电池组。 (4)驱动电机B。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B中。驱动电机B的转子旋转进而驱动太阳轮。由于齿圈保持静止状态，因此旋转扭矩则通过行星架传输到差速器，并通过差速器传输到驱动轮上。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,4、LS工作模式,二、动力系统VOLTEC的运行原理,4、LS工作模式,二、动力系统VOLTEC的运行原理,4、LS工作模式,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LS工作模式。 在此工作模式下，离合器C2、C3处于工作状态，发动机不仅能够驱动发电电机A给高压电池组提供充电，同时还用于驱动车辆，即驱动电机B和发动机都输出扭矩。这种情况通常不易发生。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,4、LS工作模式,在此工作模式下，发电电机A产生的电能直接供给至驱动电机B，同时给高压电池组充电。C3离合器工作，连接发动机与发电电机A，C2离合器工作，连接齿圈与发电电机A。 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B则用于控制太阳轮的转速，这样HPCM就实现了发电电机A和驱动电机B之间的负载平衡，实现无级传动。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,4、LS工作模式,(1)离合器接合过程。S工作模式下，C2和C3离合器同时处于接合状态，驱动电机B和发动机都提供输出扭矩。 （2）发动机驱动发电电机A产生3相交流电，产生的电能将输送到PIM。电能将供应给驱动电机B以及高压电池组，以便保持电池的电量。 （3）机械动力传输方向。发动机输出的扭矩通过C3离合器传递至发电电机A的转子。C2离合器工作，发动机输出的扭矩将直接驱动齿圈。驱动电机B驱动太阳轮，以实现现无级传动。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,四种模式在牵引力中的运行范围,二、动力系统VOLTEC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括倒挡、再生制动、发动机启动。 （1）倒挡工作模式。 当换挡杆切换到倒挡位置时C1离合器接合以保持齿圈处于静止状态。驱动电机B反向旋转，实现倒挡。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,5、附加工作模式,(2)再生制动工作模式。 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/发电电机运行。 驱动电机/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。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,5、附加工作模式,（3）发动机起动 发动机起动。 当高压电池组的电量处于较低水平时，HPCM向变速器控制模块发出激活扭转减振器离合器的指令。 随后变速器控制模块将会使压力控制电磁阀5通电，推动减振器旁通离合器阀来激活扭转减振器液压离合器。 当高压电池组电量低于预设水平时，HPCM将会利用发电电机A来启动发动机。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,5、附加工作模式,（3）发动机起动 发动机起动。 发动机仅在S和LS工作模式下才会运行。当发动机处于运行状态后，发电电机A为驱动电机B提供运行所需的电能，并为高压电池组充电。 C3离合器接合后，将连接扭转减振器与发电电机A的转子。扭转减振器内部的液压离合器用于发动机的启动控制。 发动机启动后，扭转减振器内部的液压离合器即进入释放状态。,二、动力系统VOLTEC的运行原理,5、附加工作模式,（3）发动机起动 发动机停止。 根据高压电池组实际的电量以及汽车的运行工况，HPCM可能会向发动机发出停机指令。 比如在怠速以及减速过程中，发动机将会停机以改善燃油经济性能。 当HPCM确定发动机需要停机时,就会向变速器控制模块发送启动扭转减振器内部液压离合器的指令。,