混合动力汽车的电机驱动系统
混合动力汽车双电机驱动系统分析
混合动力汽车双电机驱动系统分析1前言为了有效降低汽车燃油消耗量和尾气排放，满足双积分政策的要求，越来越多的汽车厂商进行推广和研发混合动力汽车。
混合动力汽车利用电池给电机提供动力来源，并通过电机来调节发动机的工作点，可以有效降低油耗和排放，进一步提高整车动力性和经济性[1-2]。
同时，混合动力汽车利用电机制动，借助新增零部件，可以进行有效的能量回收和能量管理，不同的混合动力系统构型方案可以实现不同的扭矩分配功能[3]。
在构型方案上，混合动力汽车可以采用单电机动力系统构型也可以采用双电机动力系统构型，而深混的混合动力系统多采用双电机构型，以便实现全部的混合动力功能，比如串联功能、并联功能和串并联混合功能等。
本文通过对两款典型的双电机系统车型进行技术分析，包括构型方案、系统功能及工作模式等，旨在为后续混合动力系统开发提供借鉴意义。
2本田i-MMD双电机系统构型本田雅阁i-MMD（IntelligentMulti-ModeDrive）系统技术方案结构如图1所示[4]，其动力驱动系统主要包括2.0L发动机、驱动电机、发电机、离合器以及传动机构等。
其中，驱动电机、发电机以及离合器集成形成了电动耦合e-CVT，取代了传统的变速箱，发电机始终与发动机相连，主要用于发电，驱动电机与驱动车轮相连，主要用于驱动车辆行驶，在制动的时候，电机可以回收能量对电池进行充电。
雅阁混合动力汽车搭载了i-MMD双电机系统，整车动力来源采用了以驱动电机为主，发动机为辅的设计，可以实现纯电动、混合动力以及发动机直驱的模式功能。
纯电动模式下利用驱动电机驱动车轮；混动模式下发动机启动通过发电机给驱动电机充电，再让驱动电机驱动车轮；发动机直驱模式下离合器闭合，发动机作为动力源与传动系相连驱动车轮。
通过三种模式有效切换，使得车辆表现出了更为出色的动力与节油优势。
图1i-MMD系统技术方案结构[4] 3本田i-MMD双电机系统工作模式3.1纯电动模式驱动。
混合动力汽车基本结构
混合动力汽车是结合了传统燃油发动机和电动机的动力系统，以提高燃油效率和减少排放的一种汽车。
下面是混合动力汽车的基本结构和相关参考内容。
1.发动机：混合动力汽车通常采用汽油或柴油发动机作为主要动力源。
发动机可以采用内燃机或燃料电池等技术。
发动机负责提供主要的驱动力，在需要更高功率时可以辅助电机提供动力。
2.电动机：混合动力汽车中的电动机一般由电池供电，使用电能来驱动车辆行驶。
电动机可以分为交流电动机和直流电动机两种类型。
电动机负责提供低速高扭矩的动力，起到辅助驱动的作用，尤其在城市拥堵的情况下更加有效。
3.电池系统：电池系统是混合动力汽车的核心部分，电池负责储存并提供电能给电动机使用。
常见的电池类型包括镍氢电池、锂离子电池等。
电池系统的设计和性能将直接影响到混合动力汽车的续航里程和功率输出能力。
4.控制系统：混合动力汽车的控制系统起到整个动力系统的调度和控制作用。
包括电力系统、燃油系统、冷却系统等的协调工作，使两个系统之间能够高效配合，实现最佳的能量利用和排放控制。
5.能量回收系统：混合动力汽车采用能量回收系统来利用制动能量和引擎过剩动力等浪费能量，将其转化为电能储存在电池中。
能量回收系统可以提高燃油利用率和续航里程。
6.能量转换系统：混合动力汽车的能量转换系统用于将燃油能量和电能之间相互转换。
在需要更高动力输出时，汽车通过燃油发动机将燃油能量转换为机械能；而在需要低速行驶或动力需求较小时，汽车则通过电动机将储存的电能转换为机械能。
7.传动系统：混合动力汽车的传动系统一般采用变速器和电动变速器的结合。
变速器根据车速和路况等信息，调节发动机和电动机的输出功率比例。
电动变速器则负责将电动机提供的转矩传递给车轮。
综上所述，混合动力汽车的基本结构包括发动机、电动机、电池系统、控制系统、能量回收系统、能量转换系统和传动系统。
以上只是对混合动力汽车结构的基本介绍，实际的混合动力汽车系统会因不同品牌和型号的车辆存在一定的差异。
混合动力汽车电机驱动系统
混合动力汽车电机驱动系统一、混合动力汽车电机驱动系统的特点混合动力汽车以电机驱动为辅助动力，来降低燃料消耗，实现低污染、低燃油消耗。
相较于纯电动汽车，混合动力汽车使用的电驱动系统一般有以下特点：1、混合动力汽车使用的电机的响应要求更高，混合动力汽车上的电机往往要求频繁启停、频繁加速以及频繁切换工作模式。
2、混合动力汽车的电驱动系统具有体积小、质量轻、功率密度和工作效率高等性能，这是因为汽车内部空间有限。
3、相较于纯电动汽车上的电动机，混合动力汽车的电机具有更高的可靠性、抗震性和抗干扰性。
混合动力汽车的电驱动系统的工作环境更为恶劣，干扰更大。
4、传统电动机一般工作在额定功率附近，而混合动力汽车的电机的工作范围相对宽泛。
二、混合动力汽车对驱动电机的要求汽车行驶时需要频繁地启动、加速、减速、停车等，在低速行驶和爬坡时需要大转矩，在高速行驶时需要降低转矩和功率。
为了满足汽车行驶动力性的需要，获得好的经济性和环境指标等，就对电机提出了十分严格的要求。
1. 电压高。
采用高电压可以减少电机和导线等装备的尺寸、降低逆变器的成本和提高能量转换效率等。
2. 高转速。
电机的功率 P 与其转矩 M 和转速 n 成正比，即 P ∝M.n，因此，在 M 一定的情况下，提高 n 则可以提高 P；而在 P 一定的情况下，提高 n 则可降低电动机的 M，采用小质量和小体积的电机。
因此采用高速电机是电动汽车发展的趋势之一。
现代电动汽车的高转速电机的转速可以达到 8000-12000r/ min，由于体积和质量都小，有利于降低整车的装备质量。
3. 转矩密度、功率密度大，质量轻，体积小。
转矩密度、功率密度大指最大转矩体积比和最大功率体积比。
转矩密度、功率密度越大，HEV 电机驱动系统占用的空间越小。
采用铝合金外壳等降低电动机的质量。
各种控制装置和冷却系统的材料等也应尽可能选用轻质材料。
4. 具有较大的启动转矩和较大范围的调速性能，以满足启动、加速、行驶、减速、制动等所需的功率与转矩；应具有自动调速功能，减轻操纵强度，提高舒适性，能达到与内燃机汽车同样的控制响应。
混合动力电动汽车的动力系统设计与仿真
混合动力电动汽车的动力系统设计与仿真一、本文概述随着全球对环境保护和能源可持续发展的日益关注，混合动力电动汽车（Hybrid Electric Vehicle, HEV）作为一种能够有效降低燃油消耗、减少尾气排放并提升能源利用效率的交通工具，受到了广泛的关注和研究。
本文旨在深入探讨混合动力电动汽车的动力系统设计，包括其主要组成部分、设计原则、关键技术以及仿真模型的构建与验证。
本文首先将对混合动力电动汽车的基本概念和分类进行简要介绍，明确研究背景和研究意义。
随后，将详细阐述混合动力电动汽车动力系统的核心组成部分，如内燃机、电动机、电池组、能量管理系统等，并分析这些部件在车辆运行过程中的相互作用和影响。
在设计原则方面，本文将强调混合动力电动汽车动力系统的整体优化和性能平衡，包括动力性、经济性、排放性等多方面的考量。
同时，还将探讨动力系统设计的关键技术，如能量管理策略、电池管理系统、控制算法等，并分析这些技术在提升车辆性能和效率方面的作用。
为了验证和评估混合动力电动汽车动力系统的性能，本文将构建相应的仿真模型。
该模型将基于实际车辆参数和运行状态，综合考虑各种外部因素，如道路条件、驾驶员行为、环境温度等。
通过仿真模型的运行和分析，可以预测车辆在不同场景下的性能表现，并为后续的优化和改进提供依据。
本文将总结混合动力电动汽车动力系统设计的挑战和趋势，展望未来的发展方向和应用前景。
通过本文的研究，旨在为混合动力电动汽车的设计和开发提供有益的参考和启示。
二、混合动力电动汽车概述混合动力电动汽车（Hybrid Electric Vehicles, HEVs）是一种结合了传统内燃机车辆和纯电动车辆优点的汽车类型。
它们通常配备有内燃机和一个或多个电动机，能够根据行驶条件自动或手动地在不同的动力源之间切换。
本节将概述混合动力电动汽车的基本概念、分类、工作原理以及其在现代交通系统中的重要性。
混合动力电动汽车结合了内燃机车辆和纯电动车辆的特点，旨在提高燃油效率和减少排放。
混合动力汽车发动机及驱动电机系统
（二轮驱动（前轮驱动）认
证模式）
混合动力汽车发动机和驱动电机系统检修
混合动力汽车配备了高压电系统，在进行驱动电机系统检修的时候要注 意以下几点：
1）维修人员必须经过高压电安全的专业训练后，方可工作。 2）车辆高压电系统线路和连接器均为橙色，注意与普通线路进行区分。 3）在检查或维修高压系统之前，务必遵守所有的安全措施。例如佩戴绝缘手 套、使用绝缘工具。 4）按照维修规范进行高压电断电，确认安全后方可进行检查或维修。
增程器（发动机+发电机）
电动机
串联式混合动力汽车发动机技术参数
雪弗兰沃蓝达的发动机是一台输出功率63千瓦的1.4升直列四缸传统汽油 发动机
最大马力（ps） 排量（L）
最大功率 (kW/ rpm)
最大扭矩 (N·m/ rpm)
工作方式
气缸数
升功率
86 1.4 63/4800
126/4250 自然吸气
发动机和驱动电机系统检查项目
燃油压力测试 1）卸掉燃油管路里的压力。 2）连接燃油压力表。
燃油压力表连接示意图
混合动力汽车发动机和驱动电机系统检修
燃油压力测试 3）连接智能诊断仪，执行主动测试功能，使燃油泵持续工作。
发动机和驱动电机系统检查项目
燃油压力测试 4）测量燃油压力。 标准燃油压力值：304~343kPa（参照丰田卡罗拉混动版） 如果燃油压力值大于标准值，则更换燃油压力调节器总成。 如果燃油压力值小于标准值，则需要对燃油供给系统进行检查。 5）退出智能诊断仪的主动测试功能，使燃油泵停止工作。 6）将发动机置于保养模式。
逆变器主要的功能是将动力电池输入的直流电（DC）转换为三相交流电（AC）。
电机控制器可变电压系统
混合动力汽车驱动系统方案设计及控制策略研究
2驱动系统总体设计方案混合动力汽车驱动系统的部件特性、参数以及控制策略对于车的性能具有十分重要的作用。
但是充电设备的限制以及蓄电池组容量还是不能够忽视的，如果使用容量小的蓄电池，在行驶时电池荷电状态在一定范围内变动，而不用借助外部电网。
所以本方案属于电量维持型混动汽车[2]。
混合动力汽车驱动系统主要包括发电机、电池组、电动第二种布置形式，如图3，动力输出的扭矩主要在变速器的输出轴前端进行耦合，变速器的作用是传递发动机的输出功率，其额定功率比第一种形式小。
这两种布置形式，扭矩耦合装置主要是通过齿轮传动来实现。
齿轮传动效率高，结构紧凑，带传动布置灵活，具有防过载的特点，在实际中采用较多。
第三种布置形式，如图4，发动机和电机通过各自的传动系驱动车轮。
但是存在控制复杂的缺点，本文并联式———————————————————————基金项目:广东省普通高校青年创新人才类项目（2019GKQNCX93）。
图2变速器输入轴耦合形式油箱电池发动机离合器扭矩耦合装置电动机变速器差速器图1混合动力汽车动力总成结构图HV 蓄电池动力控制单元电动机发电机动力分离装置发动机减速机图3变速器输出轴耦合形式油箱电池发动机离合器扭矩耦合装置电动机变速器差速器混合动力汽车驱动系统采用第二种布置形式，扭矩通过带传动装置在变速器输出轴处进行扭矩耦合。
3混合动力汽车驱动系统部件参数确定对于混合动力汽车驱动系统的主要部件参数，要在动力性能满足的前提下，根据动力系统的控制策略，整车参数来确定[3]。
本文所选车型基础参数如表1所示。
式中，P c 为发动机单独驱动产生的功率；率，取为0.9；m 为整车质量；g 为重力加速度；力系数；v c 为巡航速度；C D 为空气阻力系数；3.2电动机参数确定如图5所示。
驱动电机典型的输出特性主要包括两个工作区：①速以下恒转矩区，主要作用是对混合动力汽车的载重能力速空间。
驱动电机功率可由下式计算[3]：式中，P d 为电动机功率；η2为电机传动效率；低速行驶时的速度。
任务二 混合动力汽车驱动电机系统故障诊断与排除1
增压前电压和增压后电压 一致：0-10% ♦发动机停止：0 ♦发动机将要停止：1 ♦发动机将要起动：2 ♦发动机工作：3 ♦装载运行：4 ♦P档加快转速：6
——
—— 如果数值是0V：传感器 电路开路或GND短路如 果数值是510V：传感器 电路+B短路 如果数值是0V：传感器 电路开路或GND短路如 果数值是765V：传感器 电路+B短路 ——
获取信息
①断开H13 HV ECU连接器,和角度传感器连接器。 ②打开点火开关。 ③测量HV ECU连接器端子与车身接地间的电压[ MRF（H13-34）-车身接地、MRFG（H13-33 ）-车身接地、MSN（H13-20）-车身接地、MSNG（H13-19）-车身接地、MCS（H13-32）-车身接 地、MCSG（H13-31）-车身接地均应该小于1V。]，均应该小于1V。 ④关闭点火开关。 ⑤检查线束侧连接器间的电阻，均应该导通[ MRF（H13-34）- MRF（M8-1）、MRFG（H1333）- MRFG（M8-4）、MSN（H13-20）- MSN（M8-2）、MSNG（H13-19）- MSNG（M8-5）、 MCS（H13-32）- MCS（M8-3）、MCSG（H13-31）- MCSG（M8-6）均应该小于1Ω。]，测量数 据小于1Ω。与车身接地绝缘，测量出来的电阻很大。
蓄电池充电状态/最小：0%，最 大：100%
WOUT控制器电源（WOUT 放电控制电源值/最小0W，最大
Ctrl Power）
：81600W
WIN 控制器电源（WIN Ctrl 充电控制电源值/最小-40800W
Power）
，最大： 0W
请求放电至SOC（Dehg
插电混动驱动原理
插电混动驱动原理
插电式混合动力汽车的驱动原理融合了内燃机和电动机两种动力源，其核心技术要点如下：
1.双动力系统：插电式混合动力汽车拥有两套独立且可以协同工作的动力系统，一套是传统的燃油发动机，另一套则是电动机和电池组成的电动驱动系统。
2.电动优先：在电池电量充足的情况下，插电混动车通常优先采用电动机驱动车辆运行，此时车辆如同纯电动汽车一样，零排放、安静且高效。
3.充电能力：插电混动车的电池可通过电网充电，车主可以在家中、公共充电站等地方为车辆充电，纯电模式下，车辆可以行驶数十至上百公里不等的续航里程。
4.混动驾驶模式：当电池电量消耗到一定程度时，系统会自动切换至混合动力模式，此时内燃机和电动机根据路况和负荷需求协同工作，内燃机一方面提供动力输出，另一方面也可为电池充电（通过发电机或直驱式充电方式）。
5.能量回收：车辆在减速或制动时，电动机可以充当发电机角色，通过再生制动技术回收动能，将这部分能量转化为电能存储到电池中。
6.智能管理系统：插电混动汽车配备先进的能量管理和控制系统，可以根据驾驶条件、路况和驾驶员需求自动或手动切换工作模式，以实现最优能耗和行驶效率。
7.燃油备用：在长途驾驶或电池电量耗尽且无法立即充电的情况下，内燃机作为备用动力源，确保车辆能够继续行驶不受限。
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驱动电机及其控制系统是新能源汽车的核心部件（电 池、电机、电控）之一，其驱动特性决定了汽车行驶 的主要性能指标
混合动力汽车电机驱动系统的组合形式:机械驱动式、 机电集成化驱动系统、机电一体化驱动系统、轮毂点 击驱动。
二、混合动力汽车的电机驱动系统的要求
关的周期的比值）有关。 开关电源可以用于升压和降压。
DC/AC的转换器（逆变器）
将电池组的直流电源转化成输出电压和频率稳定的交流电源。
PWM（脉冲宽度调节）
通过调节脉冲宽度实现电压的调节 指利用电容、电感的储能的特性，通过可控开关进行高频开关的
动作，将输入的电能储存在电容（感）里，当开关断开时，电能 再释放给负载，提供能量。
１、转矩、功率密度大
无论是纯电动汽车还是混合动力汽车，动力总成结构都非常紧 凑，留给电机驱动系统的空间非常小，在减小电机体积的同时， 还要求电机具有足够的转矩和功率。
２、电机工作速域宽
在电机和输出到轮毂的轴之间设有主减速齿轮，要达到车辆的 最高转速，驱动电机的理想机械特性是：
基速以下输出大转矩，以适应车辆的启动、加速、负荷爬坡、频 繁起停等复杂工况；
2、换向磁极：
由磁极铁心和绕组两部分组成
产生附加磁场，在电动机换向时，减小电刷与换 向器之间的火花，避免烧坏换向器。
3、电刷和电刷架
与换向器保持滑动接触，是将电流引入电枢使之 产生定向转矩
电刷一般是四个，相对安装是同极，分别为绝缘 电刷和搭铁电刷。
4、前后端盖与轴承
前端盖用钢板压制，内装电刷架。
四、驱动电机及控制系统的发展趋势
1、电机永磁化
永磁电机效率高、比功率大、功率因数高、可靠性高、便于维 护
2、逆变器数字化
电动汽车中，蓄电池直流电通过逆变器转换成交流电给电动机， 其核心原件为TGBT和电容占电机驱动控制器成本的50%以上
3、系统集成化
在电动汽车中，系统集成化是降低成本的需要。电机驱动系统 的集成化包括两个方面：
磁极铁心上套有磁场绕组，4个（6个）绕组按一 定方向连接，绕组通电后产生磁场，将磁极磁化，各 磁极的内侧形成N、S极相间排列的形式，在磁极、 外壳和电枢铁心之间形成磁路
磁场绕组的连接方式有两种方式：
一种是四个绕组依次串联后再与电枢绕组串联；
另一种是磁场绕组两两串联后再并联，然后与电枢绕 组串联，这一种电动机内阻小，可以获得更大的电枢 电流。
５、电磁兼容性好
电机驱动系统在汽车上是比较大的干扰源，在电机和驱动器设计 及整车布置上要充分考虑电磁兼容和屏蔽，尽量避免和减小驱动 系统对其他电器的影响。另外也要避免和减小点火系统等干扰源 对电机驱动系统的影响。
６、性价比高
电机驱动系统作为整车的一个元件，在保证性能的前提下，造价 不能太高，尤其是当前世界汽车行业竞争激烈的环境下，提高驱 动电机的性价比才能为电动车的产品化铺平道路。
（1）机电集成：电动机与发动机集成、电动机与变速器 （2）控制元件集成：电机驱动系统所有控制元件集成
活动二 直流电机及其控制系统
直流电机是指能将直流电能转换成机械能（直流电动 机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋 转电机。
它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。
作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能； 作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。
后端盖用灰铸铁或用铝合金铸造，内装电机传 动机构，设拨叉座及驱动齿轮行程调整螺钉。
5、机壳
机壳为基础件，并起导磁作用，用钢管制成，其 一端开有窗口，作为观察电刷与换向器之用，壳 上只有一个与外壳绝缘的电源接线柱，并在机壳 内部与磁场绕组的一端相接。
（二）电枢（转动部分）： 电枢又称转子，它用来产生电磁转矩 由铁心、电枢绕组、电枢轴及换向器组成
功率转换器按所选电机类型，有DC/DC、DC/AC、 PWM功率转换器。其作用按电动机驱动电流要求，将 蓄电池的直流电转换为相应电压等级的直流、交流或 脉冲电源
DC/DC是直流斩波电路
将直流电变为另一固定电压的直流电或可调电压的直流电。 其输出的功率或电压的能力与占空比（由开关导通时间与整个开
一、直流电动机结构
主要由电枢、磁极、电刷及电刷架、壳体及前后 端盖等组成
现代汽车起动机一般使用直流串励式电动机， 这种直流电动机其励磁绕组与电枢绕组串联。
电枢
磁极
电刷及 电刷架
换向器
（一）定子（静止部分):产生主磁场和电动机的机 械支撑
1、磁极 由磁极铁心和磁场绕组两部分组成 磁极是用来产生电动机的磁场
二、直流电动机的工作原理
（一）直流电动机的作用与基本原理
直流电动机是将电能转化为机械能的装置，其 作用是产生发动机起动时所需要的电磁转矩。
直流电动机是利用载流导体在磁场中受力运动 的原理制造的。
电流方向为：蓄电池正极 →正电刷→换向片A→线 圈abcd→换向片B→负电 刷→蓄电池负极。电流方 向为a→d，由左手定则可 以确定，线圈受到逆时针 以上为恒功率运行，以适应最高车速、超车等要求。
３、系统效率高
电动车供电电源能量有限，提高电驱动系统的效率是提高汽车 续航里程和经济型的重要手段。
４、系统适应环境能力强
电机及其驱动器要防水、防尘、防震，具有很强的适应环境能力。 电机结构要坚固、体积尽可能小、重量尽可能轻、具有良好的环 境适应性和高可靠性。
三、电机驱动系统的电机及其控制器
电机是应用电磁感应原理运行的旋转电磁机械，用于 实现电能与机械能的转换。
电动机一般按要求具有电动和发电两项功能，按类型 可选用直流电动机、感应电动机、永磁同步电动机、 开关磁阻电动机四大类
三、电机驱动系统的电机及其控制器
电机的控制系统主要起到调节电机运行状态，使其满 足整车不同运行要求的目的。
1、电枢铁心
电枢铁心由多片互相绝缘的硅钢片叠成，借内圆 面的花键槽压装在电枢轴上，其外圆表面有槽， 用来安装电枢绕组。
2、电枢绕组
励磁绕组通电后，在磁场的作用下，产生感应 电流，产生电磁转矩，实现电能转化为机械能
3、换向器
压装在电枢轴上，作用是把电刷的直流电转变 为电枢绕组中的导体所需要的交变电流。