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南京工程學(xué)院車(chē)輛工程系本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
第一章 緒 論
1.1 混合動(dòng)力汽車(chē)的開(kāi)發(fā)背景
原汽車(chē)工業(yè)蓬勃發(fā)展的百年歷史記載了人類(lèi)文明飛躍發(fā)展的光輝歷程，然而，汽車(chē)保有量的不斷增長(zhǎng)在促進(jìn)世界經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展和給人們提供便利的同時(shí)，又將能源和環(huán)境問(wèn)題推倒了日益嚴(yán)重的處境。能源、環(huán)境和安全成為 21 世紀(jì)世界汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的三大主題[1-4]。 傳統(tǒng)汽車(chē)消耗的能量幾乎完全依賴(lài)于石油的制成品，圖 1.1 為傳統(tǒng)汽車(chē)能量消耗構(gòu)成[5]。從圖中可以看出，僅有 15%的燃油能量被有效地用來(lái)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛和必要的附件，其余大部分被白白損失掉。而根據(jù)已探明的世界石油總存儲(chǔ)量估計(jì)，全世界的石油資源僅能供人類(lèi)充分使用43年左右?？紤]到隨著石油資源的逐漸匱乏，產(chǎn)量的逐漸降低，開(kāi)采成本的逐漸升高，實(shí)際的石油資源有效使用年限將會(huì)更短。
圖1.1 汽車(chē)能量消耗構(gòu)成
同時(shí)，環(huán)境問(wèn)題也日趨嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為空氣污染。據(jù)環(huán)境部門(mén)統(tǒng)計(jì)，目前大氣污染的42%來(lái)源于交通運(yùn)輸，隨著人們生活水平的提高，汽車(chē)保有量會(huì)迅速增加。由于大氣狀況嚴(yán)重惡化引起的一系列異常的自然現(xiàn)象，比如：光化學(xué)煙霧、酸雨以及厄爾尼諾、城市熱島效應(yīng)等嚴(yán)重破壞和影響到人類(lèi)賴(lài)以生存的地球生態(tài)系統(tǒng)。特別是，全球范圍內(nèi)，溫室氣體CO2的排放量引起人們的極大關(guān)注，IPCC 技術(shù)報(bào)告顯示，在過(guò)去的幾百年內(nèi)，地球表面平均氣溫上升了0.3 ℃至0.6 ℃，若對(duì)CO2氣體排放不加限制的話(huà)，到21世紀(jì)末，地球表面平均氣溫將再上升 2 ℃，海平面將再上升大約50 m，嚴(yán)重威脅到人類(lèi)有限的陸地生存空間。
為了適應(yīng)這一形勢(shì)的要求，世界各國(guó)政府，尤其是大的汽車(chē)公司均在開(kāi)發(fā)新型清潔節(jié)能汽車(chē)。清潔節(jié)能汽車(chē)技術(shù)發(fā)展包括清潔節(jié)能內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)技術(shù)、電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)、混合動(dòng)力汽車(chē)技術(shù)以及燃料電池汽車(chē)技術(shù)等。
混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)由于同時(shí)使用汽油或柴油以及電力共同驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛，電功率比可視電池技術(shù)而進(jìn)行靈活的改變等等優(yōu)勢(shì)，作為傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)輛與純電動(dòng)汽車(chē)之間的過(guò)渡產(chǎn)品，在當(dāng)今的汽車(chē)行業(yè)正越來(lái)越受重視，一個(gè)能讓中國(guó)的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)真正屹立于世界汽車(chē)工業(yè)之林的新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)即將崛起。
混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)主要有汽油混合和柴油混合兩種類(lèi)型，該種車(chē)輛同時(shí)采用傳統(tǒng)燃料，利用電機(jī)/發(fā)電機(jī)配合在低速時(shí)提供動(dòng)力輔助，以減少燃油消耗率降低排放[6]。在我國(guó)，科研單位以及企業(yè)單位主要研究開(kāi)發(fā)的為汽油混合動(dòng)力車(chē)型，在歐美，柴油混合動(dòng)力車(chē)型也發(fā)展的很快。
混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)輛和純電動(dòng)汽車(chē)相比，主要具有以下優(yōu)勢(shì)：
(1)與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)車(chē)輛相比，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)由于使用了較小的發(fā)動(dòng)機(jī)，降低了燃油消耗率，減少了碳?xì)浜偷趸衔锏呐欧?。同時(shí)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)采用了先進(jìn)的控制策略和優(yōu)化手段，使得動(dòng)力系統(tǒng)各部件最大程度的工作在高效率區(qū)域，很有效的避免了發(fā)動(dòng)機(jī)工作在低效率高排放的惡劣工作區(qū)域。在排放限制嚴(yán)格的工作區(qū)域，控制系統(tǒng)控制車(chē)輛以純電動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，成為零排的汽車(chē)[7]。
(2)與純電動(dòng)汽車(chē)相比通過(guò)內(nèi)燃機(jī)，可以輕松的解決空調(diào)、取暖、除霜等難題。
(3)與純電動(dòng)汽車(chē)相比，混合動(dòng)力汽車(chē)大量減少了電池容量，不但可以降低整車(chē)質(zhì)量，提高整車(chē)的動(dòng)力性和燃油消耗率，還可以降低電池成本。
(4)采用混合動(dòng)力后可按平均所需功率來(lái)選用內(nèi)燃機(jī)的最大功率，此時(shí)處于低油耗、低排放的良好工作狀況。當(dāng)車(chē)輛需求功率較大時(shí)，由電池驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)提供輔助動(dòng)力;當(dāng)車(chē)輛需求功率較小時(shí)，內(nèi)燃機(jī)多余的功率可通過(guò)發(fā)電機(jī)發(fā)電，存儲(chǔ)在電池內(nèi)，所以混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)輛的續(xù)航里程不會(huì)受到太大影響，很好的解決了在純電動(dòng)汽車(chē)上所遇到的難題。
(5)在車(chē)輛較多市區(qū)路況，車(chē)輛可以關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，由電池單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛，實(shí)現(xiàn)“零”排放。
(6)因?yàn)橛辛穗姵嘏c電機(jī)，因而車(chē)輛可實(shí)現(xiàn)能量回收。
1.2 混合動(dòng)力汽車(chē)簡(jiǎn)介
混合動(dòng)力汽車(chē)布置形式各種各樣，從能量流動(dòng)方向來(lái)分，大致可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式三種。混合動(dòng)力總成對(duì)HEV言是相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，它是發(fā)動(dòng)機(jī)、動(dòng)力電機(jī)和變速箱的集成，因此，從能量流到混合動(dòng)力系統(tǒng)輸出軸的流經(jīng)路線(xiàn)，可將混合動(dòng)力汽車(chē)分為串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式三種[8]。
圖1.2 三種混合動(dòng)力的傳動(dòng)方式
1. 串聯(lián)式
串聯(lián)式(SHEV)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)與基本組成部件如圖1.2 (a)所示，主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)組成，原動(dòng)機(jī)一般為高效內(nèi)燃機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，電能通過(guò)控制器輸送到電池或電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)通過(guò)變速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)。電池在發(fā)動(dòng)機(jī)輸出和電動(dòng)機(jī)需求功率間起到調(diào)峰調(diào)谷的作用。為了滿(mǎn)足汽車(chē)在起
動(dòng)、加速時(shí)的大功率需求，在串聯(lián)式結(jié)構(gòu)中還有加超級(jí)電容等功率密度較大的蓄能裝置，在制動(dòng)能量回收時(shí)也起到快速回收能量的作用。
2．并聯(lián)式
并聯(lián)式(PHEV)的布置如圖1.2(b)所示，其特點(diǎn)是動(dòng)力系有兩種動(dòng)力源：發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)。當(dāng)汽車(chē)加速、爬坡時(shí)，電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)能夠同時(shí)向傳動(dòng)系提供動(dòng)力；一旦汽車(chē)車(chē)速達(dá)到巡航速度，汽車(chē)將僅僅依靠發(fā)動(dòng)機(jī)維持該速度。并聯(lián)式HEV能設(shè)置成用發(fā)動(dòng)機(jī)在高速公路行駛模式，加速時(shí)由電動(dòng)機(jī)提供額外動(dòng)力。這種結(jié)構(gòu)形式的混合動(dòng)力汽車(chē)較多，如本田工Insight就屬于這種結(jié)構(gòu)。
3．混聯(lián)式
混聯(lián)式(SPHEV)如圖1.2(c)所示，這種布置形式包含了串聯(lián)式和并聯(lián)式的特點(diǎn)，即功率流既可以像串聯(lián)式流動(dòng)，又可像并聯(lián)式流動(dòng)。它的動(dòng)力系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)。根據(jù)助力裝置不同，它又可分為發(fā)動(dòng)機(jī)為主和電機(jī)為主兩種。在發(fā)動(dòng)機(jī)為主形式中，發(fā)動(dòng)機(jī)作為主動(dòng)力源，電機(jī)為輔助動(dòng)力源，日產(chǎn)公司Tino屬于這種情況。在電機(jī)為主形式中，發(fā)動(dòng)機(jī)作為輔助動(dòng)力源，電機(jī)為主動(dòng)力源，Toyota Prius HEV就屬于這種情況。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是控制靈活方便，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。
1.3 國(guó)內(nèi)外混合動(dòng)力汽車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀
1.3.1 國(guó)外混合動(dòng)力汽車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀
國(guó)外混合動(dòng)力車(chē)輛開(kāi)發(fā)較為成功的是日本的本田(Honda)和豐田（Toyota）兩大公司。
本田汽車(chē)公司獨(dú)立研制開(kāi)發(fā)的新一代Civic混合動(dòng)力車(chē)，采用本田獨(dú)特的輕度混合動(dòng)力系統(tǒng) HIS，如圖 1.3所示，將 1.3L正時(shí)可調(diào)（智慧化VTEC）的發(fā)動(dòng)機(jī)作為主要?jiǎng)恿?，采取?0 kW無(wú)刷永磁起動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)一體化(IMAI、SA或ISG)的設(shè)計(jì)，盤(pán)式電機(jī)取代了傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪，既可以作為發(fā)電機(jī)也可以作為電動(dòng)機(jī)來(lái)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)或給發(fā)動(dòng)機(jī)助力。在ISG電機(jī)后，裝備了5速M(fèi)T、CVT或4速AT。自1997年本田公司上市的Insight混合動(dòng)力汽車(chē)，同樣采用Civic的ISG結(jié)構(gòu)，配備了2種變速器：5速M(fèi)T和CVT，實(shí)現(xiàn)了小型化以及世界最高水平的環(huán)保性能。
圖1.3 本田HIS型混合動(dòng)力系統(tǒng)
1997年12月，豐田汽車(chē)公司首先在日本市場(chǎng)上推出了世界上第一款批量生產(chǎn)的混合動(dòng)力汽車(chē)"PRIUS"，該車(chē)型采用豐田THS結(jié)構(gòu)（如圖1.4），屬于混聯(lián)型混合汽車(chē)。它的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)由動(dòng)力分配裝置（行星排）、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和減速器等組成。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力由動(dòng)力分配裝置分為兩部分，一個(gè)動(dòng)力輸出軸與電動(dòng)機(jī)和車(chē)輪連接，另一個(gè)輸出軸與發(fā)電機(jī)相連。這樣，發(fā)動(dòng)機(jī)從兩條路線(xiàn)傳遞動(dòng)力，即機(jī)械路線(xiàn)和電氣路線(xiàn)。動(dòng)力分配裝置采用行星齒輪機(jī)構(gòu)。行星齒輪架的轉(zhuǎn)軸直接與發(fā)動(dòng)機(jī)連接，通過(guò)行星齒輪把動(dòng)力傳給內(nèi)齒圈和內(nèi)太陽(yáng)輪。齒圈的轉(zhuǎn)軸
圖1.4 豐田THS混合動(dòng)力系統(tǒng)
直接與電動(dòng)機(jī)連接，把驅(qū)動(dòng)力傳給車(chē)輪，太陽(yáng)輪直接與發(fā)電機(jī)連接。通過(guò)行星齒輪系把發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)輪連在一起，采用電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng) (ECVT)，將CVT納入整車(chē)進(jìn)行綜合控制。PRIUS的排放水平已經(jīng)到達(dá)了SULEV（超低排放水平）的標(biāo)準(zhǔn)，而當(dāng)它處于純電力驅(qū)動(dòng)模式時(shí)，它的排放為零。與此同時(shí)，它的燃油經(jīng)濟(jì)性也進(jìn)一步提升，在城市和高速兩種工況下分別可以達(dá)到4.7 L/100km和5.5 L/100km，而兩者的綜合油耗也只有5.1 L/100km，僅為同等排量?jī)?nèi)燃機(jī)汽車(chē)的 2/3。
日產(chǎn)公司(Nissan)也繼本田 Insight 混合動(dòng)力轎車(chē)后于 2000 年推出了 TINO混合動(dòng)力轎車(chē)，一個(gè)電機(jī)位于離合器和CVT之間，另一電機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)在發(fā)動(dòng)機(jī)的前部與發(fā)動(dòng)機(jī)相連，起發(fā)電機(jī)和起動(dòng)機(jī)的作用。 斯巴魯（Subaru）Scrambler混合動(dòng)力轎車(chē)采用獨(dú)特的雙向離合器，使得系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換[9]。
福特公司（Ford）率先推出了全球首款混合動(dòng)力多功能越野車(chē)（SUV）Escape，它采用了類(lèi)似于豐田"PRIUS"的THS技術(shù)，配以ECVT，使該車(chē)既比傳統(tǒng)的 SUV車(chē)輛省油，又有良好的動(dòng)力性能[10-11]。福特(Ford)的Prodigy和戴母勒-克賴(lài)斯勒(Daimler Chrysler)的ESX3混合動(dòng)力汽車(chē)也都是 ISG 形式[12]。其中，ESX3 采用3缸1.5L直噴式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，配以20 kW ISG電動(dòng)機(jī)。變速器采用5速 AMT，使該車(chē)既具有自動(dòng)變速器的舒適性，又具有手動(dòng)變速器的經(jīng)濟(jì)性，可達(dá)到每升汽油行駛30 km的低油耗。
2004年5月底，美國(guó)通用汽車(chē)公司開(kāi)始銷(xiāo)售"全球首款"混合動(dòng)力皮卡車(chē)[13] "雪佛萊Silverado"，該車(chē)的主要設(shè)計(jì)目的是提高皮卡車(chē)高速公路工況的油耗，因此采用了起動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)一體化技術(shù)（ISA），在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速及制動(dòng)時(shí)均可進(jìn)行能量回收。在怠速行駛中制動(dòng)時(shí)，便會(huì)切斷燃料供給，利用電機(jī)控制振動(dòng)，但是電機(jī)不能單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛。與通用汽車(chē)公司的大型皮卡車(chē)相比，燃油效率提高了10%~12%左右，其在高速公路上的燃油效率比目前通用汽車(chē)公司銷(xiāo)售的任意一款皮卡車(chē)都高。
歐洲也在混合動(dòng)力汽車(chē)開(kāi)發(fā)和研制方面做了大量的投入。德國(guó)戴姆勒·克賴(lài)斯勒在 2005 年底特律車(chē)展上，展出了油電混合動(dòng)力的"S級(jí)"奔馳。該系統(tǒng)采用了 V8柴油機(jī)和兩臺(tái)電機(jī)，車(chē)輛起動(dòng)時(shí)由柴油機(jī)一側(cè)的電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，行駛時(shí)變速器一側(cè)的電機(jī)參與驅(qū)動(dòng)，得到了15~25%的燃效改善，使燃效達(dá)到了 14.46 km/L左右。變速器方面使用了 7 檔自動(dòng)變速器"7G-Tronic"，通過(guò)追加新的閥門(mén)，能夠?qū)崿F(xiàn)"CVT 模式"。該 CVT 模式并不使用金屬帶，而是利用 7G-Tronic 所帶的行星齒輪進(jìn)行變速，具有低速與高速區(qū)2種CVT模式，據(jù)稱(chēng)實(shí)現(xiàn)了與Prius系統(tǒng)相同的結(jié)構(gòu)。雪鐵龍公司(Citron)推出新型 HEV：Xsara（薩拉）并聯(lián)混合動(dòng)力轎車(chē)，變速器采用AT，但考慮到整體結(jié)構(gòu)，將液力變矩器替換為濕式離合器[14]。該公司還推出了柴油混合動(dòng)力型C4 轎車(chē)，在發(fā)動(dòng)機(jī)和和 ISG 電動(dòng)機(jī)之間放置自動(dòng)離合器，在ISG電動(dòng)機(jī)后采用AMT，使該車(chē)具有純電動(dòng)工況，能更有效的回收制動(dòng)能量。另外，德國(guó)保時(shí)捷的"Cayenne"、法國(guó)雷諾的"KANGOO"、意大利依維柯的"Daily Ecodriver"、德國(guó)奧迪的"Q7"、德國(guó)大眾的"Golf ECO. Power"等混合動(dòng)力車(chē)都即將上市[15]。
2004年 10月1日，韓國(guó)現(xiàn)代汽車(chē)公司在漢城舉行的“未來(lái)型汽車(chē)開(kāi)發(fā)紀(jì)念儀式”上推出了韓國(guó)第一輛混合動(dòng)力汽車(chē)“混合動(dòng)力"CLICK"。這種混合動(dòng)力車(chē)可交替使用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)，能大幅降低能源消耗，其耗油量為每升 18 公里，最高時(shí)速為161公里。該公司又于2005年4月芝加哥汽車(chē)展上展出了自己的混合動(dòng)力概念車(chē) Portico。它采用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)前后輪，并配以6速AT。
1.3.2 國(guó)內(nèi)混合動(dòng)力汽車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀
在國(guó)內(nèi)，"八五"和"九五"期間都有計(jì)劃地開(kāi)展了電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和整車(chē)研制，將混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)列入了“十五”和“十一五”計(jì)劃，各大汽車(chē)公司和科研院所均在進(jìn)行混合動(dòng)力車(chē)輛的研制開(kāi)發(fā)。東風(fēng)、一汽、奇瑞和長(zhǎng)安等汽車(chē)公司紛紛推出了自己開(kāi)發(fā)的混合動(dòng)力汽車(chē)。
EQ7200HEV混合動(dòng)力轎車(chē)是東風(fēng)汽車(chē)公司以EQ7200-Ⅱ車(chē)型為基礎(chǔ)，其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用康明斯ISBe150四缸共軌電控汽油機(jī)，以永磁同步ISG和驅(qū)動(dòng)電機(jī)、高性能鎳氫電池作為輔助動(dòng)力，形成新型雙驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的混聯(lián)方案。并應(yīng)用了 AMT自動(dòng)變速器、CAN總線(xiàn)光纖通訊、強(qiáng)電安全系統(tǒng)、智能儀表顯示、停車(chē)斷油、制動(dòng)能量回收等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)。該車(chē)型在“十五期”間通過(guò)產(chǎn)品的型式認(rèn)證，形成我國(guó)自主產(chǎn)權(quán)的混合動(dòng)力轎車(chē)品牌。一汽集團(tuán)與吉林大學(xué)等科研院所自主研發(fā)的混合動(dòng)力客車(chē)的動(dòng)力總成采用雙軸并聯(lián)結(jié)構(gòu)，裝備一汽大柴全電控歐 III 發(fā)動(dòng)機(jī)，自主開(kāi)發(fā)的機(jī)械式自動(dòng)變速器(AMT)，整車(chē)控制系統(tǒng)通過(guò)CANBUS（車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)）協(xié)調(diào)各總成工作，并對(duì)整車(chē)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了集成與優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了混合動(dòng)力汽車(chē)的各種工作模式，駕駛性能良好。
長(zhǎng)安公司采用輕度混合方案，使用額定功率為10 kW的永磁無(wú)刷直流電機(jī)，配備手動(dòng)變速器，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)起停功能、功率補(bǔ)償功能、以及高效大功率電能輸出功能，預(yù)計(jì)在2008年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。比亞迪也推出了自己的Hybrid-S混合動(dòng)力轎車(chē)，它以福萊爾微型轎車(chē)QC7081底盤(pán)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)而成，采用串聯(lián)式，配置了 29.5 kW0.8升4沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)以及288V/20Ah 鋰離子動(dòng)力電池組和30 kW永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。吉利集團(tuán)旗下的上海華普汽車(chē)已與同濟(jì)大學(xué)汽車(chē)學(xué)院簽署合作協(xié)議，預(yù)計(jì)3年內(nèi)完成混合動(dòng)力轎車(chē)商業(yè)化生產(chǎn)。豐田Prius混合動(dòng)力轎車(chē)于 2006年1月，在國(guó)內(nèi)正式上市，大大促進(jìn)了中國(guó)混合動(dòng)力技術(shù)的發(fā)展。國(guó)內(nèi)諸多大學(xué)，如清華大學(xué)、吉林大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、上海交通大學(xué)、江蘇理工大學(xué)和重慶大學(xué)等，都積極開(kāi)展混合動(dòng)力汽車(chē)的研究，為國(guó)產(chǎn)混合動(dòng)力技術(shù)的發(fā)展提供了理論保證。
由此可見(jiàn)，混合動(dòng)力汽車(chē)日益成為全球范圍的研究熱點(diǎn)，當(dāng)前，混合動(dòng)力傳動(dòng)有三中發(fā)展趨勢(shì)，一是混合度增大，電動(dòng)工況增多，追求良好的排放和燃油經(jīng)濟(jì)性能；二是ISG化，減小電機(jī)功率、輕度混合、追求有一定節(jié)能、環(huán)保效果下的性?xún)r(jià)比；三是采用CVT無(wú)級(jí)自動(dòng)變速，以提高能量利用率，并改善排放和乘坐舒適性能。
1.4 本課題的研究意義和目的
本課題對(duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)的進(jìn)行了研究，針對(duì)一款弱中度混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)展了機(jī)械部分的設(shè)計(jì)計(jì)算，其研究意義如下：
1、 整個(gè)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)：縱觀整個(gè)汽車(chē)市場(chǎng)的發(fā)展，不難發(fā)現(xiàn)，雖然混合動(dòng)力汽車(chē)仍舊處在起步階段，但是依據(jù)國(guó)家的宏觀政策和企業(yè)的自身發(fā)展需求以及消費(fèi)者的購(gòu)買(mǎi)心理，混合動(dòng)力汽車(chē)都將作為新能源汽車(chē)的代表日趨步入人們的生活舞臺(tái)。
2、 國(guó)內(nèi)混合動(dòng)力車(chē)相比國(guó)外技術(shù)的差距：日本的混合動(dòng)力車(chē)起步的較早，也最為成熟，尤以豐田的THS系統(tǒng)最為出色。目前國(guó)內(nèi)較為成熟的幾家汽車(chē)制造企業(yè)所研制的系統(tǒng)在價(jià)格上比豐田略勝一籌，但是功能上實(shí)現(xiàn)不了豐田混合動(dòng)力車(chē)所具有的功能，例如無(wú)級(jí)變速和制動(dòng)能量回收等。而本文所研究的行星齒輪功率分流式混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)能夠在靜止和怠速實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)起步；在無(wú)級(jí)調(diào)速過(guò)程中能夠根據(jù)發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的配合實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳動(dòng)力性，最優(yōu)經(jīng)濟(jì)型等；在汽車(chē)減速制動(dòng)時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)能量的回收。因此本系統(tǒng)具有非常好的性能優(yōu)勢(shì)。
3、項(xiàng)目的可行性：本系統(tǒng)在材質(zhì)和工藝上能夠完全自主生產(chǎn)，從而突破國(guó)外的技術(shù)和價(jià)格壟斷，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)汽車(chē)混合動(dòng)力車(chē)的平民化。
綜上，可以看出本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)國(guó)內(nèi)混合動(dòng)力的研究取得一定的進(jìn)步，對(duì)于混合動(dòng)力汽車(chē)的后期研發(fā)提供一定的參考。
第二章 混合動(dòng)力城市客車(chē)的參數(shù)匹配
2.1 城市客車(chē)運(yùn)行工況分析
在車(chē)輛的選型、設(shè)計(jì)、匹配和性能測(cè)試中，要選擇能夠較好反映車(chē)輛實(shí)際運(yùn)行條件的駕駛循環(huán)，通過(guò)軟件仿真、臺(tái)架試驗(yàn)和道路試驗(yàn)，對(duì)車(chē)輛的性能進(jìn)行全面評(píng)價(jià)。國(guó)內(nèi)在此方面已進(jìn)行了一些工作。文獻(xiàn)[16-18]對(duì)北京、上海、武漢等城市的車(chē)輛運(yùn)行條件進(jìn)行了調(diào)查，分別制定了上海市普通城區(qū)道路和高架橋的駕駛循環(huán)。為了開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力客車(chē)，國(guó)內(nèi)制定了北京市兩條小公共汽車(chē)、武漢兩條典型公交車(chē)線(xiàn)路的駕駛循環(huán)。文獻(xiàn)[19]以某段道路為例，對(duì)車(chē)輛的實(shí)際運(yùn)行駕駛循環(huán)與ECE十五工況等駕駛循環(huán)進(jìn)行了對(duì)比分析。
依據(jù)歐洲市區(qū)駕駛循環(huán)、中國(guó)城市四工況駕駛循環(huán)、北京城市公交駕駛循環(huán)以及武漢城市公交典型駕駛循環(huán)，對(duì)混合動(dòng)力城市公交車(chē)(HEB)的能量經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了預(yù)測(cè)，分析了產(chǎn)生不同結(jié)果的原因。這些工作對(duì)車(chē)輛的選型、整個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)系的匹配、控制策略的確定和相關(guān)零部件的設(shè)計(jì)有重要的意義。
圖2.1 (a) ECU_EDUC_low駕駛循環(huán)
圖2.1 (b) ECU_EDUC_low 駕駛循環(huán)統(tǒng)計(jì)圖
首先分析駕駛循環(huán)對(duì)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)性能的影響。城市客車(chē)駕駛循環(huán)的特點(diǎn)是人多、車(chē)多、道路擁擠、車(chē)速低。歐洲ECE駕駛循環(huán)是適合城市公交特點(diǎn)駕駛循環(huán)，如圖2.1所示，ECE Ⅰ是一市區(qū)循環(huán)，ECE Ⅱ 是一市郊循環(huán)，循環(huán)Ⅰ代表繁華路段，循環(huán)Ⅱ全程無(wú)停車(chē)、道路寬，行駛速度高，城市公交汽車(chē)循環(huán)主要是市區(qū)循環(huán)。
駕駛循環(huán)工況對(duì)汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性有很大影響，武漢是我國(guó)混合動(dòng)力汽車(chē)的示范運(yùn)營(yíng)區(qū)之一，為使混合動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配的結(jié)果更適合實(shí)際運(yùn)營(yíng)工況，有針對(duì)性地自主開(kāi)發(fā)了武漢公交實(shí)際駕駛循環(huán)。如圖2.2所示，該循環(huán)的最高車(chē)速為62 km/h,平均車(chē)速16.5 km/h，平均加速度0.39 m/s2，平均減速度-0.48 m/s2，循環(huán)時(shí)間1314 s,行駛距離6.01 km。
圖2.2 (a) 武漢市區(qū)典型城市公交駕駛循環(huán)
圖2.2 (b) 武漢城市公交駕駛循環(huán)統(tǒng)計(jì)圖
2.2 混合動(dòng)力城市客車(chē)的選型
根據(jù)混合動(dòng)力城市客車(chē)的運(yùn)行特點(diǎn)和發(fā)動(dòng)機(jī)功率使用情況，同時(shí)考慮到盡量對(duì)現(xiàn)有客車(chē)底盤(pán)改動(dòng)小以及控制混合動(dòng)力系統(tǒng)成本等問(wèn)題，決定采用并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)。它的主要特點(diǎn)是在電機(jī)的輔助驅(qū)動(dòng)下，同樣底盤(pán)的城市客車(chē)在滿(mǎn)足動(dòng)力性的前提下可以采用更小的發(fā)動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)“小馬拉大車(chē)”，同時(shí)降低客車(chē)的油耗和排放。
并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)有多種方式實(shí)現(xiàn)動(dòng)力合成，而部件參數(shù)匹配的任務(wù)是協(xié)調(diào)部件間的關(guān)系，合理確定各部件的參數(shù)，以滿(mǎn)足在保證整車(chē)的動(dòng)力性指標(biāo)前提下提高整車(chē)經(jīng)濟(jì)性的排放性能。所以設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)是滿(mǎn)足車(chē)輛的動(dòng)力性能，可以用以下三個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)[20]：
(1)起步加速性能，即車(chē)輛能在設(shè)定時(shí)間內(nèi)由靜止持續(xù)加速到額定車(chē)速的性能。
(2)以額定車(chē)速穩(wěn)定行駛的能力。對(duì)于并聯(lián)混合動(dòng)力車(chē)輛來(lái)說(shuō)，發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)該
能夠提供車(chē)輛以額定車(chē)速穩(wěn)定行駛的全部功率，并能克服坡度大于3%的路面阻
力。
(3)以最高車(chē)速穩(wěn)定行駛的能力。在并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)上，電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的
輸出功率總和應(yīng)能滿(mǎn)足車(chē)輛以最高車(chē)速行駛時(shí)需求的功率。
本章將根據(jù)以上三條原則對(duì)動(dòng)力總成的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，完成混合動(dòng)力總成元件的參數(shù)設(shè)計(jì)和匹配。
本文以6120城市客車(chē)為基礎(chǔ)車(chē)型，其基本性能參數(shù)如表2-1所示。
表2-1 6120整車(chē)參數(shù)
整車(chē)型號(hào)
6120
車(chē)輛外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）
11990mm×2500mm×3200mm
軸距
6100mm
前懸/后懸
2620mm/3230mm
前輪距/后輪距
2037mm/1860mm
接近角/離去角
7/7
廠定最大總質(zhì)量
整車(chē)
17700kg
前軸
6200kg
后軸
11500kg
整車(chē)整備質(zhì)量
整車(chē)
11000kg,11500kg
前軸
11500kg
后軸
11500kg
最小轉(zhuǎn)彎直徑
22m
最大爬坡度
36%
最小離地間隙
350mm
最高車(chē)速
70km/h
底盤(pán)主要配置
發(fā)動(dòng)機(jī)
型號(hào)
YC6G240-20
額定功率
177/2200kw
最大扭矩
950/1400~1600
離合器
420螺旋彈簧，JL420IF
變速箱
QJ805/i=1.00~5.82 R=4.97
懸架
多片（可選少片）
前橋
6.5T
后橋
13T,i=4.875
輪胎
樣車(chē)：275/70R22.5
制動(dòng)
氣壓雙管路，氣管用尼龍管，不帶ABS，可選國(guó)產(chǎn)自動(dòng)調(diào)整臂
輔助制動(dòng)
不帶排氣制動(dòng)，不帶緩速器。
轉(zhuǎn)向
樣車(chē)：ZF8098
傳動(dòng)軸
車(chē)架
五段式
油箱
160L
上海柴油機(jī)股份有限公司
SC8DK230Q3型柴油機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)
用途：車(chē)用 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：Q/SC1617-2007
排放滿(mǎn)足：GB1769-2005(第三階段) 標(biāo)定功率：170（15%）kW
試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 18297 標(biāo)定轉(zhuǎn)速：2200r/min
柴油標(biāo)準(zhǔn)：GB252 或 GB/T 19147 最大扭矩：830（16%）
機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)：Q/SC 677 上柴專(zhuān)用機(jī)油（API CF-4）
最大扭矩轉(zhuǎn)速：13001500r/min
2.3 總體方案分析
本文以YBL6110GH車(chē)型為基礎(chǔ)，使軸距加長(zhǎng)400mm，后懸加長(zhǎng)160 mm，發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)于后軸后移82 mm，發(fā)動(dòng)機(jī)角度為3度。車(chē)架前段及中段在YBL6110GH基礎(chǔ)上軸距縮短10 mm，該縮短尺寸各用兩塊5 mm鋼板塞和車(chē)架中段與外連接板中間來(lái)補(bǔ)償。在此基礎(chǔ)上選用上海柴油機(jī)股份有限公司SC8DK230Q3型柴油機(jī)為發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)變速器、主減速器和差速器進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)并進(jìn)行強(qiáng)度校核。
基于城市公交車(chē)輛運(yùn)行工況復(fù)雜，需頻繁啟停而造成大量的能量消耗于車(chē)輛制動(dòng)，本文提出一種機(jī)電復(fù)合制動(dòng)能量回收理論，得用飛輪、電機(jī)、蓄電池協(xié)同工作，在控制系統(tǒng)控制下進(jìn)行機(jī)械能的轉(zhuǎn)移和機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量的回收利用和二次牽引功能，達(dá)到起步助力的目的。
機(jī)電復(fù)合制動(dòng)能量回收系統(tǒng)設(shè)置在汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋，結(jié)構(gòu)如圖2.3所示[21]。系統(tǒng)通過(guò)連接齒輪1與公交車(chē)傳動(dòng)軸6相連，連接齒輪1通過(guò)升速機(jī)構(gòu)5、離合器4與飛輪2連接，飛輪與電機(jī)3連接。其工作原理為：其工作過(guò)程可以分為4個(gè)狀態(tài)，即制動(dòng)能量回收、飛輪保持高速轉(zhuǎn)動(dòng)、飛輪釋放能量及飛輪為自由狀態(tài)。具體如下：檢測(cè)到車(chē)輛制動(dòng)時(shí)，離合器接合，飛輪被整車(chē)驅(qū)動(dòng)，飛輪的比功率大，可以以短時(shí)間內(nèi)吸收大量的能量，并以高速轉(zhuǎn)動(dòng)形式存儲(chǔ)能量，因此原消耗于制動(dòng)器的動(dòng)能就被轉(zhuǎn)移為飛輪的動(dòng)能;電機(jī)采用發(fā)電機(jī)工況，吸收飛輪的動(dòng)能，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艽嬗谛铍姵?，?dāng)飛輪轉(zhuǎn)速下降到設(shè)定閡值，電機(jī)采用電驅(qū)動(dòng)模式，保持飛輪穩(wěn)定在該轉(zhuǎn)速，以準(zhǔn)備供給車(chē)輛起步時(shí)輔助能量;根據(jù)車(chē)速和飛輪的轉(zhuǎn)速情況，在合適的時(shí)間離合器分離，飛輪吸收制動(dòng)能量的過(guò)程結(jié)束:檢測(cè)到車(chē)輛起步，接合離合器，飛輪釋放其動(dòng)能，實(shí)現(xiàn)起步助力的功能;若車(chē)輛小需再次加速或起步(例如可通過(guò)檢測(cè)車(chē)輛停車(chē)后較長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有起步)，則由電機(jī)吸收飛輪能量，直到最后飛輪轉(zhuǎn)速低于一較小值。
城市公交車(chē)在制動(dòng)時(shí)其動(dòng)能由于制動(dòng)器摩擦片摩擦轉(zhuǎn)化為熱能耗散入周?chē)h(huán)境，而采用本系統(tǒng)，部分制動(dòng)能量直接轉(zhuǎn)移為飛輪的動(dòng)能，該動(dòng)能短時(shí)間內(nèi)在車(chē)輛起步時(shí)又轉(zhuǎn)移為整車(chē)的動(dòng)能，沒(méi)有能量形式的轉(zhuǎn)化，因此能量效率高。
圖2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
1.連接齒輪 2.飛輪 3.電機(jī)
4.離合器 5.升速機(jī)構(gòu) 6.傳動(dòng)軸
當(dāng)汽車(chē)至停車(chē)狀態(tài)開(kāi)始重新起動(dòng)時(shí)，由飛輪吸收能量所提供的動(dòng)力有一定限度，為了提高車(chē)輛起動(dòng)時(shí)的制動(dòng)能量利用率，在飛輪和連接齒輪之間接入兩排行星排作為升速機(jī)構(gòu)，通過(guò)速度傳感器與電子控制單元的自動(dòng)控制，在離合器主、從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速達(dá)到相同時(shí)進(jìn)行兩級(jí)提速，可以進(jìn)一步提高制
第三章 飛輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理
機(jī)電復(fù)合制動(dòng)能量回收系統(tǒng)設(shè)置在汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋，結(jié)構(gòu)如圖3.1所示[21]。系統(tǒng)通過(guò)連接齒輪1與公交車(chē)傳動(dòng)軸6相連，連接齒輪1通過(guò)升速機(jī)構(gòu)5、離合器4與飛輪2連接，飛輪與電機(jī)3連接。其工作原理為:其工作過(guò)程可以分為4個(gè)狀態(tài)，即制動(dòng)能量回收、飛輪保持高速轉(zhuǎn)動(dòng)、飛輪釋放能量及飛輪為自由狀態(tài)。
具體如下：檢測(cè)到車(chē)輛制動(dòng)時(shí)，離合器接合，飛輪被整車(chē)驅(qū)動(dòng)，飛輪的比功率大，可以短時(shí)間內(nèi)吸收大量的能量，并以高速轉(zhuǎn)動(dòng)形式存儲(chǔ)能量，因此原消耗于制動(dòng)器的動(dòng)能就被轉(zhuǎn)移為飛輪的動(dòng)能；電機(jī)采用發(fā)電機(jī)工況，吸收飛輪的動(dòng)能，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艽嬗谛铍姵兀?dāng)飛輪轉(zhuǎn)速下降到設(shè)定閡值，電機(jī)采用電驅(qū)動(dòng)模式，保持飛輪穩(wěn)定在該轉(zhuǎn)速，以準(zhǔn)備供給車(chē)輛起步時(shí)輔助能量；根據(jù)車(chē)速和飛輪的轉(zhuǎn)速情況，在合適的時(shí)間離合器分離，飛輪吸收制動(dòng)能量的過(guò)程結(jié)束；檢測(cè)到車(chē)輛起步，接合離合器，飛輪釋放其動(dòng)能，實(shí)現(xiàn)起步助力的功能；若車(chē)輛不需再次加速或起步(例如可通過(guò)檢測(cè)車(chē)輛停車(chē)后較長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有起步)，則由電機(jī)吸收飛輪能量，直到最后飛輪轉(zhuǎn)速低于一較小值。
城市公交車(chē)在制動(dòng)時(shí)其動(dòng)能由于制動(dòng)器摩擦片的摩擦轉(zhuǎn)化為熱能耗散入周?chē)h(huán)境，而采用本系統(tǒng)，部分制動(dòng)能量直接轉(zhuǎn)移為飛輪的動(dòng)能，該動(dòng)能短時(shí)間內(nèi)在車(chē)輛起步時(shí)又轉(zhuǎn)移為整車(chē)的動(dòng)能，沒(méi)有能量形式的轉(zhuǎn)化，因此能量效率高。
圖3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
1.連接齒輪 2.飛輪 3.電機(jī)
4.離合器 5.升速機(jī)構(gòu) 6.傳動(dòng)軸
3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)
飛輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以動(dòng)能形式存儲(chǔ)能量，其大小為:
（3-1）
式中，為飛輪存儲(chǔ)的能量，；為飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，；為飛輪的轉(zhuǎn)速，。
從上式中可以看出飛輪存儲(chǔ)的能量與轉(zhuǎn)速的平方成正比，提高飛輪的轉(zhuǎn)速可以大大提高其存儲(chǔ)能量，因此超高速飛輪(轉(zhuǎn)速一般高于10000)具有較強(qiáng)的優(yōu)越性，但是，要實(shí)現(xiàn)飛輪的超高速運(yùn)轉(zhuǎn)，必須采用殼體內(nèi)抽真空、磁懸浮軸承、高強(qiáng)度復(fù)合材料和小間斷電源等技術(shù)，使其成本較高難以在汽車(chē)上推少、一使用，特別是磁懸浮軸承，如何解決在車(chē)輛行駛時(shí)振動(dòng)較大和彎道行駛有離心力的情況下使用，難度是較大的?？紤]飛輪材料易得性及軸承和空氣阻力小，系統(tǒng)維護(hù)少等因索，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)飛輪最高轉(zhuǎn)速為6000，系統(tǒng)需要抽真空和磁懸浮等技術(shù)。
飛輪吸收或釋放的能量是根據(jù)其轉(zhuǎn)速的變化來(lái)確定的，其功率容量可以根據(jù)上述公式對(duì)時(shí)間的微分求得：
（3-2）
式中，為功率容量，；為汽車(chē)傳動(dòng)系傳遞給系統(tǒng)的扭矩，。
圖3.2 不同速度下對(duì)應(yīng)的公交車(chē)動(dòng)能
扭矩的上下限可以設(shè)計(jì)得較寬，通過(guò)離合裝置控制整車(chē)傳動(dòng)系與飛輪之間傳遞扭矩的大小，因此功率容量范圍廣，可以適應(yīng)不同類(lèi)型的城市公交車(chē)。
系統(tǒng)吸收或釋放的能量與飛輪的轉(zhuǎn)速變化有關(guān)，其計(jì)算公式為：
（3-3）
以一輛城市公交車(chē)為例，其質(zhì)量為12500 kg,主傳動(dòng)比為6.2，輪胎直徑為0.93m，在不同車(chē)速時(shí)具有的動(dòng)能、傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速(即本系統(tǒng)的輸入轉(zhuǎn)速)與車(chē)速關(guān)系如圖3.2所示。
從圖中可以看出，該輛車(chē)在35 時(shí)具有的動(dòng)能約為0.2 ，進(jìn)行制動(dòng)能量回收時(shí)，公交車(chē)的速度一般為10 -25 ，因而其對(duì)應(yīng)的動(dòng)能小于0.2 。本系統(tǒng)與公交車(chē)傳動(dòng)軸采用的是并聯(lián)方式，即制動(dòng)時(shí)能量回收系統(tǒng)與車(chē)輪制動(dòng)器共同作用使汽車(chē)減速，因此只能回收一部分制動(dòng)能量，系統(tǒng)中設(shè)置行星齒輪升速機(jī)構(gòu)使得系統(tǒng)的輸入轉(zhuǎn)速得到加倍，因此系統(tǒng)采用一個(gè)外徑為320 ，質(zhì)量為27的飛輪就可以有效地實(shí)現(xiàn)能量回收。
飛輪吸收能量后，如果其轉(zhuǎn)速高于設(shè)定值，可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)，將飛輪動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)于蓄電池。城市公交車(chē)制動(dòng)時(shí)，其平均制動(dòng)減速度統(tǒng)計(jì)為0.43 ，取公交車(chē)質(zhì)量為11500 kg,制動(dòng)時(shí)的速度為20 ，則制動(dòng)的功率約為20 ，用額定電壓500 蓄電池組吸收其制動(dòng)能量，電流達(dá)40。本系統(tǒng)則通過(guò)飛輪
轉(zhuǎn)速的快速提高吸收了制動(dòng)能量，其后通過(guò)一500 的小電機(jī)吸收飛輪動(dòng)能，不會(huì)出現(xiàn)短時(shí)間大電流的充電情況，使得采用小功率電機(jī)和小容量蓄電池成為可能。某些方案(例如蓄電池和超級(jí)電容復(fù)合制動(dòng)能量回收方案)就需要一個(gè)大功率的電機(jī)，同時(shí)也需要一個(gè)大容量的蓄電池，本文所提理論可以避免這些限制，從而降低了系統(tǒng)成本和使用成本。
在車(chē)輛起步時(shí)，飛輪釋放其動(dòng)能，給予車(chē)輛起步助力，其釋放扭矩的大小由離合機(jī)構(gòu)的最大扭矩決定。傳動(dòng)軸輸入本系統(tǒng)后，要經(jīng)過(guò)升速機(jī)構(gòu)后到達(dá)離合器，從飛輪到驅(qū)動(dòng)輪的減速比與一擋發(fā)動(dòng)機(jī)到驅(qū)動(dòng)輪的減速比相比，本系統(tǒng)減速比稍大。
3.2.1 汽車(chē)制動(dòng)時(shí)飛輪吸收的能量
由于離合器處的效率最低，為關(guān)鍵部件，故主要計(jì)算離合器處的效率。如圖3.3所示，如果飛輪起始轉(zhuǎn)速為零，則離合器端的主從動(dòng)件的轉(zhuǎn)速如下圖，其效率的理論上限為25%，放能過(guò)程效率的理論上限也為25%，總效率會(huì)低于6.25%，由于實(shí)在太低，故不予考慮。
已知公交車(chē)質(zhì)量以的車(chē)速靠近站牌，并勻減速至0，制動(dòng)行程。設(shè)離合器提供扭矩為，飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為，飛輪起始轉(zhuǎn)速為，車(chē)速與離合器一端的比值為（此為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)決定的常量），已知車(chē)輪半徑，主減速器傳動(dòng)比假設(shè)制動(dòng)過(guò)程分為兩部分：1.以飛輪吸能減速；2.剎車(chē)制動(dòng)
圖3.3 制動(dòng)時(shí)離合器主從動(dòng)部件轉(zhuǎn)速變化圖
以下是在滿(mǎn)足之前假設(shè)的前提下為實(shí)現(xiàn)吸收最多制動(dòng)能力所做的計(jì)算，如圖3.3所示：汽車(chē)從制動(dòng)開(kāi)始直至停車(chē)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間為
（3-4）
又
（3-5）
與車(chē)輪相連的離合器主動(dòng)盤(pán)的轉(zhuǎn)速
（3-6）
的斜率為
（3-7）
為吸收較多能量并簡(jiǎn)化操作機(jī)構(gòu)，令之前離合器承當(dāng)全部減速阻力，則
（3-8）
斜率為
（3-9）
飛輪吸收能量終止所需要的時(shí)間
(3-10)
由，則飛輪吸收的能量為
(3-11)
由圖可知的斜率越小吸收的能量越多，即盡可能大，但增加會(huì)大幅增加飛輪的成本。先取用文件[21]中的飛輪。
則的斜率為
(3-12)
將、代入公式，得
(3-13)
由，化簡(jiǎn)
后其為的二次函數(shù)，取時(shí)，有最大值
(3-14)
該式為關(guān)于R的單調(diào)減函數(shù)，故R值越小越好，但R的值受到飛輪轉(zhuǎn)速范圍的限制（0～6000r/min），則與飛輪相連的從動(dòng)盤(pán)的轉(zhuǎn)速應(yīng)滿(mǎn)足條件：
(3-15)
此式為關(guān)于的方程，由仿真結(jié)果可取為
將代入公式，得
將代入公式，得
將代入公式，得
由，，，，可求得
此處定義的 (車(chē)輪半徑/主減速器傳動(dòng)比/行星輪系傳動(dòng)比)，故行星輪系傳動(dòng)比
汽車(chē)制動(dòng)時(shí)失去總能量為
故效率為
（此效率為理想狀況下，未考慮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率，汽車(chē)的行駛阻力）。
3.2.2 起步過(guò)程中汽車(chē)從飛輪吸收的能量：
由之前決定的不可變數(shù)值為，，求得，
為了避免發(fā)動(dòng)機(jī)在起步初工作，并使飛輪釋放最多能量，假設(shè)飛輪提供起步初所有動(dòng)力，待離合器同步后由發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。
圖3.4 啟動(dòng)時(shí)離合器主從動(dòng)部件轉(zhuǎn)速變化圖
如圖3.4中，假設(shè)與車(chē)輪相連的離合器主動(dòng)盤(pán)起始轉(zhuǎn)速為0，與飛輪相連的離合器從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速勻減速下降。
因，兩邊微分得，即為與斜率的成積，
故的斜率為
的斜率為
飛輪釋放能量終止所需要的時(shí)間
飛輪釋放能量終止時(shí)主、從動(dòng)盤(pán)的轉(zhuǎn)速為
此時(shí)車(chē)速
效率為
為簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，使
，則
實(shí)際過(guò)程中，當(dāng)和車(chē)輪相連的離合器主動(dòng)盤(pán)的轉(zhuǎn)速?gòu)南陆抵梁?，由于離合器分離，從動(dòng)盤(pán)會(huì)在空氣阻力和扭矩作用下速度逐漸下降，設(shè)下降至1000，因?yàn)檫@部分能量消耗不大，故可以通過(guò)電機(jī)使轉(zhuǎn)速維持在1000左右，如圖3.5所示。
圖3.5 啟動(dòng)時(shí)離合器主從動(dòng)部件轉(zhuǎn)速變化圖
設(shè)其他參數(shù)同上，此時(shí)汽車(chē)從飛輪中吸收能量的效率為
可見(jiàn)，能量的利用率顯著提高。
綜上所訴，在所給數(shù)據(jù)下選擇行星輪系傳動(dòng)比為9.58時(shí)，可以取得較高效率，考慮到制動(dòng)時(shí)的摩擦力，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的能量損耗總效率為20%左右。
以溫州公交車(chē)為例，每輛車(chē)每天平均行駛240公里，百公里油耗為18升，有69%消耗于制動(dòng)，考慮到起步階段燃油利用率低，那么采用此系統(tǒng)的客車(chē)每年省油超過(guò)2500升。
此系統(tǒng)可以避免發(fā)動(dòng)機(jī)低效工作，大量減少有害氣體排放。
3.2.3 飛輪尺寸的確定
已知飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，設(shè)飛輪外徑為，輪緣內(nèi)徑為，輪緣質(zhì)量為，則輪緣的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為
(3-16)
取，，代入計(jì)算得，。
設(shè)飛輪寬度為()，輪緣厚度為()，平均直徑為()，材料密度為()，則
(3-17)
式中，為平均直徑，。
取，得。
取飛輪材料為灰鑄鐵，，
則飛輪體積為，飛輪質(zhì)量為
3.3 增速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
為了獲得更高效率可以將升速機(jī)構(gòu)分為多檔，以如3.6所示的三檔為例繼續(xù)計(jì)算：
圖3.6 啟動(dòng)時(shí)離合器主從動(dòng)部件轉(zhuǎn)速變化圖
為了獲得較高效率，假設(shè)各檔的持續(xù)時(shí)間比值為4：2：1：1（空檔），各
檔的傳動(dòng)效率為98%、87%、75%，則三檔的效率為1/8*75%+2/8*87%+4/8*98%=80%。
考慮到變速器的效率比較低，摩擦力做功，其他傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的能量損耗其效率大概為70%。
在起步過(guò)程中由于飛輪從動(dòng)摩擦片從零開(kāi)始加速效率會(huì)略低，大概為65%，則其總效率為45%。
同樣以溫州公交車(chē)為例，每輛車(chē)每天平均行駛240公里，百公里油耗為18升，有69%消耗于制動(dòng)，考慮到起步階段燃油利用率低，那么采用此系統(tǒng)的客車(chē)每年省油超過(guò)5625升。
此系統(tǒng)同樣可以更好的避免發(fā)動(dòng)機(jī)低效工作，大量減少有害氣體排放
行星排機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3.7所示.
選擇齒輪的材料：20CrMnTi調(diào)質(zhì)后處理后表面滲碳、齒寬系數(shù)=1，初選螺旋角=13°，精度等級(jí)為：由轉(zhuǎn)速中等，載荷中等初選精度為7級(jí)。
1.行星排齒數(shù)的選擇
（1）傳動(dòng)比條件
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[22]第二章表17.2-1行星輪數(shù)目與傳動(dòng)經(jīng)范圍的關(guān)系，選取4個(gè)行星輪，即，知行星輪系傳動(dòng)比為2.16.5。
H
c
a
a
c
b
b
H
圖3.7 行星排機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
（2）同心條件
保證中心輪和行星架軸線(xiàn)重合條件下的正確嚙合，為此各對(duì)嚙合輪齒間的中心距必須相等。如圖6.5，當(dāng)中心輪和行星架軸線(xiàn)重合，為保證行星輪c與兩個(gè)中心輪a、b同時(shí)正確嚙合，就要求外嚙合齒輪a-c的中心距等于內(nèi)嚙合齒輪b-c的中心距，即此時(shí)同心條件為
(3-18)
由此，得
或 (3-19)
上式表明，為保證同心條件，兩中心輪的齒數(shù)和必須同時(shí)為偶數(shù)或奇數(shù)，否則行星輪齒數(shù)不可能為整數(shù)。
（3）裝配條件
保證各行星輪能均布地安裝在兩中心輪之間，為此各輪齒數(shù)與行星輪個(gè)數(shù)必須滿(mǎn)足裝配條件，否則當(dāng)?shù)谝粋€(gè)行星輪裝入嚙合位置后，其他幾個(gè)行星輪裝不進(jìn)去。
兩個(gè)相鄰行星輪所夾中心角等于，已知行星輪的齒數(shù)為偶數(shù)，當(dāng)兩中心輪的輪齒中線(xiàn)位于同一條線(xiàn)時(shí)，行星輪便可裝入。然后，固定中心輪b將行星架H由初始位置轉(zhuǎn)到終止位置時(shí)，設(shè)轉(zhuǎn)角，而中心輪a相應(yīng)轉(zhuǎn)過(guò)角，其某一輪齒中線(xiàn)應(yīng)正好轉(zhuǎn)至初始位置時(shí)，仍與中心輪b的輪齒相對(duì)，這時(shí)第二個(gè)行星輪才能裝入嚙合位置。為此，角必須等于中心輪a轉(zhuǎn)過(guò)C個(gè)（整數(shù)）齒所對(duì)應(yīng)的中心角，即
(3-20)
顯然，當(dāng)中心輪a與行星架H由初始位置轉(zhuǎn)到終止位置時(shí)，該輪系的傳動(dòng)比為 (3-21)
將和代入上式并整理，得
(3-22)
因此，單排2K-H行星輪的裝配條件是：兩中心輪的齒數(shù)之和應(yīng)為行星輪數(shù)目的
整數(shù)倍。
（4）保證相鄰兩行星輪的齒頂不相碰，應(yīng)滿(mǎn)足
(3-23)
式中，為行星輪的齒頂圓直徑。
（5）行星齒數(shù)的配齒
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[22]第二章表17.2-4 NGW型行星齒輪傳動(dòng)的齒數(shù)組合，選取，，，。
（6）多級(jí)行星輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比分配
多級(jí)行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比分配原則是各級(jí)傳動(dòng)之間等強(qiáng)度，并希望獲得最小的外廓尺寸。對(duì)于兩級(jí)NGW型行星齒輪傳動(dòng)，欲使徑向尺寸最小，可使低速級(jí)內(nèi)齒輪分度圓直徑與高速級(jí)齒輪分度圓直徑之比接近于1，通常令。這里令其值為1。
由于此增速機(jī)構(gòu)是采用三擋兩級(jí)提速，一擋即直接擋傳動(dòng)比為1，二擋傳動(dòng)比取為3.13，三擋傳動(dòng)比為9.58。
2.齒輪主要參數(shù)選擇
初算模數(shù)
(3-24)
式中，——載荷系數(shù)， 初選1.5；
——齒輪受到的轉(zhuǎn)矩；
——重合度系數(shù)=0.7；
——螺旋角系數(shù)=0.86；
——齒形系數(shù)；取作2.5；
——應(yīng)力修正系數(shù)，取作1.6；
——許用應(yīng)力，= /
其中，為大小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限,查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[23]中圖6.9得= =500；、為彎曲疲勞強(qiáng)度，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[23]中圖6.6得= =0.85；為彎曲疲勞安全系數(shù)，取=1.4；為應(yīng)力修正系數(shù)，取=2。所以， ==607.142871。
代入式(3-24)中，得
(3-25)
計(jì)算載荷系數(shù)
(3-26)
式中，——查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[23]中表6.2得， =1. 5；
——根據(jù)v=4.113m/s，精度7級(jí)查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[23]中圖6.10得 =1.05；
——斜齒輪傳動(dòng)，=1.2；
——查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[23]中圖6.13得，=1.05；
代入式(3-36)得，
校正并確定模數(shù)
=≈1.96
則 取=2mm
齒輪模數(shù)=2mm ；
齒輪壓力角=20°；
分度圓柱的螺旋角=20°；
齒頂高系數(shù)=1；
頂隙系數(shù)=0.25。
由于采用斜齒輪，因此：
端面模數(shù)==2.13
端面壓力角=）=21.5
法面齒距=2
端面齒距=2.13
齒頂高=2mm
齒根高=2.5mm
分度圓直徑d： =46.86mm
=103.04mm
=27.69mm
齒寬b： ≈27mm
=28mm
=33mm
3.齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度的校核
作為中間齒輪的行星輪c在行星齒輪傳動(dòng)中總是承受雙向彎曲載荷。因此，行星輪c易出現(xiàn)輪齒疲勞折斷。必須指出：在行星傳動(dòng)中的輪齒折斷具有很大的破壞性。如果行星輪c中的某個(gè)輪齒折斷，其碎塊掉落在內(nèi)齒輪b的輪齒上，當(dāng)行星輪c與輪b相嚙合時(shí)．使得c-b嚙合傳動(dòng)卡死，從而產(chǎn)生超載現(xiàn)象而燒毀電機(jī)，或使整個(gè)行星減速器全部損壞。所以，在設(shè)計(jì)行星齒輪傳動(dòng)時(shí)，合理地提高輪齒的彎曲強(qiáng)度，增加其工作的可靠性是非常重要的。
輪齒的強(qiáng)度計(jì)算有齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算，應(yīng)用材料力學(xué)彎曲強(qiáng)度公式 進(jìn)行計(jì)算。數(shù)學(xué)模型：將輪齒看成懸臂梁，對(duì)齒根進(jìn)行計(jì)算，針對(duì)齒根折斷失效；輪齒表面接觸疲勞計(jì)算。由赫茲公式進(jìn)行計(jì)算。將一對(duì)相互嚙合的齒看成兩個(gè)圓柱體，針對(duì)齒面點(diǎn)蝕失效。
（1）齒面接觸強(qiáng)度校核
輪齒的許用接觸應(yīng)力為
= (3-27)
式中,按齒面硬度查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[23]中圖6.8得==1700；
、——彎曲疲勞強(qiáng)度，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[23]中圖6.6得= =0.9；
——安全系數(shù)，取=1
計(jì)算所得== / =1530
=（+）/2=1530
齒面接觸應(yīng)力為
(3-28)
(3-29)
式中，——節(jié)點(diǎn)系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[23]中圖6.19得 =2.44；
——重合度系數(shù)，取=0.8；
——螺旋角系數(shù)，取==0.97；
——材料系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[23]中表6.3得=189.8。
代入式(3-28)、(3-29)，得，。
故滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
（2）齒根彎曲強(qiáng)度校核
輪齒的許用彎曲應(yīng)力為
(3-30)
式中：——試驗(yàn)齒輪的齒根彎曲疲勞極限,因?yàn)辇X輪材料為20CrMnTi調(diào)質(zhì)后處理后表面滲碳，而且質(zhì)量要求為中級(jí)，因此查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[23]表6.9，取500；
——試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)，取為2.0；
——彎曲疲勞壽命安全系數(shù)，由于應(yīng)力循環(huán)次數(shù)一般都在，因此查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[23]表6.7，取=0.95；
——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù),取為1.4。
代入式(3-30)計(jì)算可得，=678。
齒根彎曲應(yīng)力為
(3-31)
式中：——載荷系數(shù),具體數(shù)值見(jiàn)前面疲勞強(qiáng)度的校核計(jì)算；
——齒輪所受到的扭矩；
——齒形系數(shù)；
——應(yīng)力修正系數(shù)；
——齒寬系數(shù)；
——齒輪齒數(shù)；
——齒輪模數(shù)；
計(jì)算中心輪a、b以及行星輪c，得它們的齒根彎曲應(yīng)力分別為780、188.5、604，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
4.傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)
傳動(dòng)軸應(yīng)該滿(mǎn)足強(qiáng)度和剛度的要求，由于汽車(chē)傳動(dòng)系的要求較高，為確保軸上的零件正常工作，傳動(dòng)軸的變形（扭轉(zhuǎn)、彎曲）應(yīng)小。通常，軸的剛度能滿(mǎn)足要求時(shí)強(qiáng)度也能滿(mǎn)足要求，即只要計(jì)算軸的剛度，不必驗(yàn)算其強(qiáng)度。
（1）傳動(dòng)軸的直徑估算
(3-32)
式中：——軸上受到的最大扭矩；
——切變模量，鋼材的G值約為80Mpa；
為軸限定的最大允許扭轉(zhuǎn)角，一般傳動(dòng)軸每米長(zhǎng)度允許的扭轉(zhuǎn)角為；
計(jì)算可得， 12.6mm；對(duì)計(jì)算出的進(jìn)行適當(dāng)修正，取主傳動(dòng)軸最小直徑=13。
（2）傳動(dòng)軸剛度校核
由于軸的兩端承載軸的部件的重力，因此會(huì)受到彎曲轉(zhuǎn)矩的作用，但是由于這一作用較小，因此對(duì)于軸的校核主要針對(duì)于軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計(jì)算。
由于是階梯軸，因此校核計(jì)算采用下式：
(3-33)
式中：——軸所受的扭矩，；
——軸的材料的剪切彈性模量，,對(duì)于鋼材，；
——軸截面的極慣性矩，,對(duì)于圓軸，；
——階梯軸受扭矩作用的長(zhǎng)度，；
、、——分別代表階梯軸第段上所受的扭矩、長(zhǎng)度和極慣性矩，單位同前；
——階梯軸受扭矩作用的軸段數(shù)。
計(jì)算可得，，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要
第四章 變速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
4.1 變速器主要參數(shù)選擇
1. 擋數(shù)
增加變速器的擋數(shù)，能夠改善汽車(chē)的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性以及平均車(chē)速。擋數(shù)越多，變速器的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，并使輪廓尺寸和質(zhì)量加大，同時(shí)操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜，而且在使用時(shí)換擋頻率增高并增加了換擋難度。
在最低擋傳動(dòng)比不變的條件下，增加變速器的擋數(shù)會(huì)使變速器相鄰的低擋與高擋之間的傳動(dòng)比比值減小，使換擋工作容易進(jìn)行。要求相鄰擋位之間的傳動(dòng)比比值在1.8以下，該值越小換擋工作越容易進(jìn)行。因高擋使用頻繁，所以又要求高擋區(qū)相鄰擋拉之間的傳動(dòng)比比值，要比低擋區(qū)相鄰擋位之間的傳動(dòng)比比值小。商用車(chē)變速器采用4~5個(gè)擋或多擋。
本設(shè)計(jì)采用五擋變速器。
2. 傳動(dòng)比范圍
變速器的傳動(dòng)比范圍是指變速器最低擋傳動(dòng)比與最高擋傳動(dòng)比的比值。最高擋通常是直接擋，傳動(dòng)比為1.0；有的變速器最高擋是超速擋，傳動(dòng)比為0.7~0.8.影響最低擋傳動(dòng)比選取的因素有：發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速所要求的汽車(chē)最大爬坡能力、驅(qū)動(dòng)輪與路面間的附著力、主減速比和驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑以及所要求達(dá)到的最低穩(wěn)定行駛車(chē)速等。目前乘用車(chē)的傳動(dòng)比范圍在3.0~4.5之間，總質(zhì)量輕些的商用車(chē)在5.0~8.0之間，其他商用車(chē)則更大。
參照QJ805，選取傳動(dòng)比范圍為1.00~5.82。
3. 中心距A
對(duì)中間軸式變速器，是將中間軸與第二軸軸線(xiàn)之間的距離稱(chēng)為變速器中心距A。它是一個(gè)基本的參數(shù)，其大小不僅對(duì)變速器的外形尺寸、體積和質(zhì)量大小有影響，而且對(duì)輪齒的接觸強(qiáng)度有影響。中心距越小，輪齒的接觸應(yīng)力越大，齒輪壽命越短。因此，最小允許中心距應(yīng)當(dāng)由保證輪齒有必要的接觸強(qiáng)度來(lái)確定。變速器軸經(jīng)軸承安裝在殼體上，從布置軸承的可能與方便和不因同一垂直面上的兩軸承孔之間的距離過(guò)小而影響殼體的強(qiáng)度考慮，要求中心距取大些。此外，受一擋小齒輪齒數(shù)不能過(guò)少的限制，要求中心距也要取大些。還有，變速器中心距取得過(guò)小，會(huì)使變速器長(zhǎng)度增加，并因此而使軸的剛度被削弱和使齒輪的嚙合狀態(tài)變壞。
乘用車(chē)的變速器中心距在60~80范圍內(nèi)變化，而商用車(chē)的變速器中心距在80~170內(nèi)變化。原則上，總質(zhì)量小的汽車(chē)，變速器中心距也小些。
中間軸式變速器中心距A的確定
初選中心距A時(shí)，可根據(jù)下述經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
(4-1)
式中，A為變速器中心距（mm）；為中心距系數(shù)，乘用車(chē)：=8.9~9.3，商用車(chē)：=8.6~9.6；為發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)距（）；為變速器一擋傳動(dòng)比；為變速器傳動(dòng)效率，取96%。
取=9.5，=830，=5.82，求得，
滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
4. 外形尺寸
變速器的橫向外形尺寸，可根據(jù)齒輪直徑以及倒擋中間（過(guò)渡）齒輪和換擋機(jī)構(gòu)的布置初步確定。影響變速器殼體軸向尺寸的因素有擋數(shù)、換擋機(jī)構(gòu)形式以及齒輪形式。
變速器殼體的軸向尺寸可參考下列數(shù)據(jù)選用：
乘用車(chē)：四擋(3.0~3.4)A
商用車(chē)：四擋(2.2~2.7)A
五擋(2.7~3.0)A
六擋(3.2~3.5)A
當(dāng)變速器選用的擋數(shù)和同步器多時(shí)，上述中心距系數(shù)就取給出范圍的上限。為了檢測(cè)方便，中心距A最好取為整數(shù)。
這里取A為160mm,并取軸向尺寸為3.0A=480mm。
5. 齒輪參數(shù)
（1）模數(shù)
選取齒輪模數(shù)時(shí)一般要遵守的原則是：在變速器中心距相同的條件下，選取較小的模數(shù)，就可以增加齒輪的齒數(shù)，同時(shí)增加齒寬可使齒輪嚙合的重合度增加，并減少齒輪噪聲，所以為了減少噪聲就合理減小模數(shù)，同時(shí)增加齒寬；為使質(zhì)量小些，就該增加模數(shù)，同時(shí)減小齒寬；從工藝方面考慮，各擋齒輪應(yīng)該選用一種模數(shù)，而從強(qiáng)度方面考慮，各擋齒輪應(yīng)有不同的模數(shù)；減少乘用車(chē)工作噪聲有較為重要的意義，因此齒輪的模數(shù)應(yīng)選得小些。變速器低擋齒輪應(yīng)選用大些的模數(shù)，其他擋位選用另一種模數(shù)。變速器用齒輪模數(shù)的范圍見(jiàn)表4-1。
表4-1 汽車(chē)變速器齒輪的法向模數(shù)
車(chē)型
乘用車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)排量V/L
貨車(chē)的最大總質(zhì)量/t
1.0＜V≤1.6
1.6＜V≤2.5
6.0＜≤14.0
＞14.0
模數(shù)/mm
2.25~2.75
2.75~3.0
3.50~4.50
4.50~6.0
所選模數(shù)值就符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1357-1987的規(guī)定，見(jiàn)表4-2。選用時(shí)，就優(yōu)先選用第一系列，括號(hào)內(nèi)的模數(shù)盡可能不用。
表4-2 汽車(chē)變速器常用的齒輪模數(shù)（摘自GB/T1357-1987）