双模式混合动力系统是可以同时使用汽油和柴油发动机.docx

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双模式混合动力系统是可以同时使用汽油和柴油发动机

双模式混合动力系统是可以同时使用汽油和柴油发动机，其高度一体化、强有力的动力系统将影响自动变速箱和电子控制系统方面的技术。

双模式混合动力系统的核心实质上是一个电控可调变速箱。

作为混合动力技术和顶级传动技术的完美结合，该变速箱的结构精巧，其电机系统大小只有普通单模式混合动力系统的一半左右。

它利用现有的传动系统，配有两个电动机，可以在两种混合动力运行模式之间实现自如切换。

无论在市区还是在高速公路上，都能以更经济、有效的方式源源不断输出动力，在保持车辆高性能的同时进一步优化燃油经济性。

第一种模式适用于低速度和负荷较小的情况，这时汽车可以按照三种方式操控：

仅使用电力驱动，或仅使用发动机驱动，或发动机和电力驱动的任意组合。

如果在交通拥挤，时停时走的状态下，仅使用电力驱动，延长发动机的关闭时间，则可以实现完全意义上的节油。

第二种模式主要适用于高速公路驾驶，除电力驱动辅助外，发动机可以在必要时启动全部8个汽缸，比如超车、拖载或爬坡时。

第二种模式整合了尖端电子控制技术，ActiveFuelManagementTM随选排量技术、凸轮调整以及进气阀延迟启闭系统，使发动机的动力输出更加灵活、有效。

在双模式混合动力系统下，精准的控制机构将决定汽车在特定的行驶状态下采用何种驱动方式。

控制机构输入功率将取决于行驶时所需的扭矩，并向发动机和电动机发出相应的指令。

发动机和电动机将扭矩传送到变速箱中的一系列齿轮，利用与传统自动变速箱类似的原理将扭矩放大，从而推动汽车前进。

但与传统的持续型可变变速箱不同的是，双模式混合动力电子控制系统并不使用皮带或传送带。

两种模式之间是同步切换，即切换模式时无需改变发动机速度，从而实现平稳加速。

而为本系统提供电能的专用电池组，则可以通过车辆的发动机或在车辆制动过程中充电，因此，一般不需要专门为电池组充电。

此外，这项双模式混合动力技术还可以在各种车型上应用，其尺寸和性能参数可根据不同车型的要求进行相应的调整。

双模式混合动力系统.jpg（82KB）

2007-9-1415:

49

单模式混合动力系统只有一种扭矩分配模式，且没有固定机械传动比，它需要通过电传动模式来传送较大的功率。

丰田普拉多电动车窗失灵

一辆丰田普拉多事故车，该车在修复后出现了左后电动车窗控制开关能控制车窗升降，但无自动控制升降和防夹功能，同时驾驶侧的主开关不能控制左后电动车窗升降的故障，其他车窗自动控制升降和防夹功能正常  

欲维修该车的故障，须对该车电动车窗系统的控制原理有所了解。

该车装备了车身局域网，电动车窗控制网络是由多路传输网络主开关（内置于驾驶侧车门）、前排乘客侧多路传输网络开关（内置于前排乘客侧车门）、后车门多路传输网络开关（内置于后排左右侧车门）及ＭＰＸ（车身多路控制）ＥＣＵ组成（图１）。

电动车窗电机总成由霍尔传感器、齿轮部分及电动车窗电机主体构成，电机的动作受多路传输网络主开关和相应的各车门多路传输网络开关控制。

当按下多路传输网络主开关或各车门多路传输网络开关时，开关将通过ＢＥＡＮ通讯线路向相应的车门控制单元传送升降信号，然后由车门控制单元控制电动车窗的升降。

每个电动车窗电机上的霍尔传感器输出信号传输至多路传输网络开关内，多路网络传输开关通过脉冲信号计数检测车窗位置，并通过脉冲信号相位差确定车窗的运动方向，从而实现电动车窗的自动升降和防夹功能。

　　既然该车的其他车窗可以实现自动升降功能，惟独左后门不能，那么故障的范围基本上可以确定是在左后门和左后门相关联的线路。

为此，笔者先检查了与电动车窗系统电路及车身网络相关的熔丝，但均正常。

后来笔者在检查中发现，左后门控制开关上的指示灯在有规律地闪烁，而此车的电动车窗系统是可以通过控制开关上的指示灯显示系统故障码的，于是笔者决定根据闪烁的故障码来确定具体的故障点。

经查阅维修手册，得知指示灯闪烁的故障码的含义为脉冲传感器电路故障。

根据故障码的提示，笔者对电动车窗电机的脉冲传感器进行了检查，结果脉冲传感器的供电电源为１３Ｖ正常，检查２根脉冲传感器信号输出导线，与车身也无短路现象。

　　                          图2故障波图

　　为了准确快速地判定电动车窗电机是否损坏，笔者决定用示波器对电动车窗电机的输出信号波形进行分析，于是用２通道示波器分别测量了电动车窗电机在运转时ＰＬＳ１、ＰＬＳ２端子输出的信号波形（图２）。

由于维修手册中没有提供标准的波形图，笔者测量了右后门电动车窗电机运转时的波形（图３）进行参考。

通过对比，发现左后车窗电动车窗电机运转时输出的信号波形异常，由此可以确定电动车窗电机损坏。

　　                          图3正常波图

　　在更换电动车窗电机总成（图４）后，我们做了脉冲传感器的初始化设定。

设定的方法如下：

打开点火开关（ＯＮ或ＩＧ位置），用开关将电动车窗打开到半程（车窗落到１／２位置）完全推上开关直至电动车窗完全关闭，并在电动车窗完全关闭之后将开关继续保持１ｓ或更长时间。

设定完成后，故障排除。

　　                        图4电动车窗电机

　　附：

电动车窗开关操作后开关指示灯闪烁说明。

　　模式１：

电动窗开关操作后闪烁大约４３ｓ，然后再次点亮，此时防夹功能不工作区域偏离指定区域（向下），防夹功能不工作区域：

离车窗全关位置４ｍｍ。

　　模式２：

电动窗开关操作后闪烁大约４３ｓ，然后再次点亮，电动车窗电机中的脉冲传感器回路（霍尔ＩＣ）故障。

　　模式３：

电动窗开关操作后连续闪烁直到关闭点火开关，此时上述故障同时发生，应重新连接蓄电池端子。

电动车用电机的技术发展概况

蒸汽机启动了18世纪第一次产业革命以后，19世纪末到20世纪上半叶电机又引发了第二次产业革命，使人类进入了电气化时代。

20世纪下半叶的信息技术引发了第三次产业革命，使生产和消费从工业化向自动化、智能化时代转变；推动了新一代高性能电机驱动系统与伺服系统的研究与发展。

21世纪伊始，世界汽车工业又站在了革命的门槛上。

虽然，汽车工业是推动社会现代化进程的重要动力；然而，汽车工业的发展也带来了环境污染愈烈和能源消耗过多两大问题。

而对于我国日益扩大的汽车市场，这种危机就更明显。

据了解，2000年我国进口汽油7000万吨，预计2010年后将超过1亿吨，相当于科威特一年的总产量。

目前世界上空气污染最严重的10个城市中有7个在中国，而国家环保中心预测，2010年汽车尾气排放量将占空气污染源的64%。

虽然，加剧使用传统内燃机技术发展汽车工业，将会给我国的能源安全和环境保护造成巨大的影响。

为此，国家科技部启动了十五“863”电动汽车重大专项。

高密度、高效率、宽调速的车辆牵引电机及其控制系统既是电动汽车的心脏又是电动汽车研制的关键技术之一，已被列为863电动汽车重大专项的共性关键技术课题。

20世纪80年代前，几乎所有的车辆牵引电机均为直流电机，这是因为直流牵引电机具有起步加速牵引力大，控制系统较简单等优点。

直流电机的缺点是有机械换向器，当在高速大负载下运行时，换向器表面会产生火花，所以电机的运转不能太高。

由于直流电机的换向器需保养，又不适合高速运转，除小型车外，目前一般已不采用。

近十年来，主要发展交流异步电机和无刷永磁电机系统。

与原有的直流牵引电机系统相比，具有明显优势，其突出优点是体积小，质量轻（其比质量为0.5-1.0kg/Kw）、效率高、基本免维护、调速范围广。

其研究开发现状和发展趋势如下。

1.异步电机驱动系统

异步电机其特点是结构简单、坚固耐用、成本低廉、运行可靠，低转矩脉动，低噪声，不需要位置传感器，转速极限高。

异步电机矢量控制调速技术比较成熟，使得异步电机驱动系统具有明显的优势，因此被较早应用于电动汽车的驱动系统，目前仍然是电动汽车驱动系统的主流产品（尤其在美国），但已被其它新型无刷永磁牵引电机驱动系统逐步取代。

最大缺点是驱动电路复杂，成本高；相对永磁电机而言，异步电机效率和功率密度偏低。

2.无刷永磁同步电机驱动系统

无刷永磁同步电机可采用圆柱形径向磁场结构或盘式轴向磁场结构，由于具有较高的功率密度和效率以及宽广的调速范围，发展前景十分广阔，在电动车辆牵引电机中是强有力的竞争者，已在国内外多种电动车辆中获得应用。

内置式永磁同步电机也称为混合式永磁磁阻电机。

该电机在永磁转矩的基础上迭加了磁阻转矩，磁阻转矩的存在有助于提高电机的过载能力和功率密度，而且易于弱磁调速，扩大恒功率范围运行。

内置式永磁同步电机驱动系统的设计理论正在不断完善和继续深入，该机结构灵活，设计自由度大，有望得到高性能，适合用作电动汽车高效、高密度、宽调速牵引驱动。

这些引起了各大汽车公司同行们的关注，特别是获得了日本汽车公司同行的青睐。

当前，美国汽车公司同行在新车型设计中主要采用内置式永磁同步电机。

表面凸出式永磁同步电机也称为永磁转矩电机，相对内置式永磁同步电机而言，其弱磁调速范围小，功率密度低。

该结构电机动态响应快，并可望得到低转矩脉动，适合用作汽车的电子伺服驱动，如汽车电子动力方向盘的伺服电机。

无位置传感器永磁同步电机驱动系统也是当前永磁同步电机驱动系统研究的一个热点，将成为永磁同步电机驱动系统的发展趋势之一，具有潜在的竞争优势。

永磁同步电机驱动系统低速时常采用矢量控制，高速时用弱磁控制。

3.新一代牵引电机驱动系统

从20世纪80年代开关磁阻电机驱动系统问世后，打破了传统的电机设计理论和正弦波电压源供电方式；并随着磁阻电机，永磁电机、电力电子技术和计算机技术的发展，交流电机驱动系统设计进入一个新的黄金时代；新的电机拓朴结构与控制方式层出不究，推出了新一代机电一体化电机驱动系统迅猛发展。

高密度、高效率、轻量化、低成本、宽调速牵引电机驱动系统已成为各国研究和开发的主要热点之一。

SRD开关磁阻电机驱动系统的主要特点是电机结构紧凑牢固，适合于高速运行，并且驱动电路简单成本低、性能可靠，在宽广的转速范围内效率都比较高，而且可以方便地实现四象限控制。

这些特点使SRD开关磁阻电机驱动系统很适合电动车辆的各种工况下运行，是电动车辆中极具有潜力的机种。

SRD的最大特点是转矩脉动大，噪声大；此外，相对永磁电机而言，功率密度和效率偏低；另一个缺点是要使用位置传感器，增加了结构复杂性，降低了可靠性。

因此无传感器的SRD也是未来的发展趋势之一。

永磁式开关磁阻电机也称为双凸极永磁电机，永磁式开关磁阻电机可采用圆柱形径向磁场结构、盘式轴向磁场结构和环形横向磁场结构。

该电机在磁阻转矩的基础上迭加了永磁转矩，永磁转矩的存在有助于提高电机的功率密度和减小转矩脉动，以利于它在电动车辆驱动系统中应用。

转子磁极分割型混合励磁结构同步电机这一概念一提出就引起国际电工界和各大汽车公司研发中心的极大关注。

转子磁极分割型混合励磁结构同步电机具有磁场控制能力，类似直流电机的低速助磁控制和高速弱磁控制，符合电动车辆牵引电机低速大力矩和恒功率宽调速的需求。

目前该电机的研究处于探索阶段，电机的机理和设计理论有待于进一步深入研究与完善，作为假选的电动车辆牵引电机具有较强的潜在的竞争优势。

此外，正在研发的热点课题还有：

具有磁场控制能力的永磁同步电机驱动系统；

车轮电机驱动系统；

动力传动一体化部件（电机、减速齿轮、传动轴）；

双馈电异步电机驱动系统和双馈电永磁同步电机驱动系统。

4.下一代汽车电子伺服系统及其车用伺服电机

1993年美国能源部、商务部、贸易部、国防部、环保局、宇航局、国家科学基金会七个政府部门下美国三个最大的汽车制造公司，克莱斯勒、福特和通用，建立了新一代车辆伙伴关系（PNGV，PartnershipforaNewGenerationofVehicles），目标是开发新一代机动车技术，以增强美国汽车工业的实力。

1998年至2002年期间，美国国家自然科学基金（NSF）资助美国国家电力电子中心（由美国Virginia和美国Wisconsin等四所大学组建）研发车辆电子动力驱动系统、电子伺服控制系统和各种车辆专用IC模块，提高汽车电子电气部件的可靠性，降低其成本和抢占车辆电气自动化技术的制高点，增强在国际市场的竞争力。

线控的汽车电子伺服系统（X-by-wire）在未来将是十分重要的技术，该技术可将各种独立的系统（如转向、制动、悬挂等）集成到一起由计算机调控，使汽车的操纵性、安全性以及汽车的总体结构大大改善，设计的灵活度也大大增加。

目前，电子动力方向盘和线控刹车已经在一些欧洲车型上被采用，在这个系统中已经削减了相当多的机械部件，如液压泵等。

汽车电子伺服技术是具有革命性的技术，随着这个技术的使用，许多传统的机械部件将会在未来的汽车上消失，而越来越多的车用伺服电机将出现在未来的汽车上。

全球最大的汽车零部件企业一美国德尔福汽车系统公司预计，在未来的3-5年内全世界的汽车将逐步采用电子伺服驱动系统，如电子动力方向盘和线控刹车伺服驱动系统。

目前，美国德尔福汽车系统公司正在全球范围内寻找年产300万台以上的电子动力方向盘的交流伺服电机合作伙伴。

B-ISG混合动力汽车

B-ISG（Belt-drivenIntegratedStartedGenerator）技术采用皮带驱动起动/发电机一体化，对现有汽车动力总成结构改动尽量小，改善汽车燃油经济性、排放等各方面的指标。

这是ISG（IntegratedStartedGenerator）轻度混合动力汽车的全新发展。

　　在诸多新能源汽车解决方案中，成功实现了产业化的只有混合动力汽车，发动机和电机驱动相结合已经成为混合动力车的主流。

混合动力汽车可分为轻度混合型、中度混合型和重度混合型三类，在三类混合动力车型之中,尽管轻度混合动力汽车在降低油耗和改善排放方面的能力有限,但由于其对现有内燃机汽车的改造成本最低,效果明显，适合推向市场。

皮带驱动的起动/发电机一体化B-ISG（Belt-drivenIntegratedStartedGenerator）是在ISG（IntegratedStartedGenerator）轻度混合动力汽车技术的基础上用皮带驱动技术，拥有其独特的工作特性与优点。

　　结构简介

　　ISG技术是基于起动机/发电机一体化的轻度混合动力汽车。

它将盘式一体化起动机/发电机直接安装在内燃机曲轴输出端（ISG转子与曲轴联结）,取代了飞轮以及原有的起动机和发电机,作为汽车的辅助动力源。

如图1左所示。

本田（Honda）混合动力汽车Insight车即使用了ISG系统。

　　图1右所示的就是B-ISG（Belt-drivenIntegratedStartedGenerator）系统结构。

在发动机前端用一个皮带传动的机构，将交流发电机和发动机联结起来，并把起动机（starter）同样连接在交流发电机的机构中，节省了内部空间。

同时，皮带具有质量轻的特点，与齿轮传动比较，大大降低了整个动力总成结构的质量。

这样的结构布置相比ISG系统，发动机和其他的动力总成结构没有改变，可以沿用传统车辆的飞轮、离合器和变速器等机构，可以在现有传统的动力总成结构上进行很小的改动获得，大大减小了机构的复杂程度。

　　工作过程

　　B-ISG轻度混合动力汽车在不同行驶工况下的工作情况：

　　减速工况：

驾驶员的脚离开加速踏板，踩下制动踏板，制动能量回收马上开始工作，向起动/发电机传送了一个信号，使其将车辆的动能转化成电能并存储起来，驾驶员将档位挂至空档，车辆不再向发动机供油，关闭发动机，车辆逐渐停止。

　　停车工况：

控制系统自动切断内燃机供油,发动机处于关闭状态（车内其他附属设备，如空调系统等可由蓄电池供电）。

　　起动工况：

重新起动车辆，驾驶员挂一档，B-ISG系统马上由起动/发电机带动皮带拖动发动机，使发动机达到怠速转速，发动机供油开始，脚踩加速踏板（从怠速到起动的过程中，会有约250ms的延迟，给驾驶者的感觉是发动机并没有关闭过）。

　　正常行驶工况：

发动机正常工作，驱动汽车。

　　如图2所示为B-ISG系统各种能量流传递示意图。

B-ISG由动力电子设备控制，42V蓄电池一方面为电子设备控制系统提供电力，另一方面，通过DC/DC转换器，变换成12V，为车辆其他电子系统提供电力。

　　系统特点

　　B-ISG系统兼有ISG系统的很多优点，如支持42V电源系统，满足目前正在日益提高的汽车电器负荷，车辆上的辅助设备都可以改成直接用电来控制，提高设备效率。

可以实现发动机自动起停、电动助力、高效大功率电能输出和制动能量回收等功能,既可改善整车的燃油效率和排放性能,又可提高整车的动力性。

与ISG相比B-ISG又有其自身的特点：

（1）ISG系统技术需要在现有内燃机汽车的动力总成上进行很大的改动，这为以后的维修保养带来了极大的不便，大大提高了使用ISG技术的混合动力汽车的成本。

B-ISG系统结构较之ISG结构更加简单，特别是对原有发动机的动力总成的改装相对比较容易，对于汽车厂商来说更加适合推向市场，适合大规模的生产。

（2）B-ISG采用皮带驱动作为中间挠性件来传递动力,相对于采用齿轮传动装置，皮带驱动平稳、无噪声,而且结构简单，方便维修。

皮带具有轻质，易拆卸更换、相对造价较低的特点。

但是皮带驱动需要增加一定的附件，如张紧装置。

同时，皮带的滑动以及其迟滞效应，会出现功率损失，皮带的发热、磨损损坏等问题，皮带的寿命也是一个比较重要的因素。

　　（3）B-ISG系统能够改善燃油的经济性。

其最主要的就是它改善了汽车在起步时候的工作状况，取消了怠速工况，可以使燃料消耗量在城市工况下下降15%～25%，降低CO2的排放。

但B-ISG汽车在加速时，电机并不助力，所以对燃油经济性的改善能力有限，只适合在城市工况下使用。

　　（4）在起动能力方面，传统的起动机在冷起动时的表现要优于B-ISG系统，而B-ISG系统则更适合在已经起动的发动机的起动。

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