模块二 传动系统的检修（教案）《新能源汽车底盘检测与维修》同步精品课堂（劳动版·第3版）

《新能源汽车底盘检测与维修》教案 课 题 模块二 传动系统的检修 课 型 理论课 课 时 2 授课班级 授课时间 授课教师 教材分析 本节课的内容是关于《新能源汽车底盘检测与维修》中的模块二。要求学生理解新能源汽车的功用、结构等，课标要求是掌握新能源汽车的作用。选用的教材是由中国劳动社会保障出版社出版的《新能源汽车底盘检测与维修》（第三版），学习内容是新能源汽车的内容和各项方法。 学情分析 知识储备：对新能源汽车有着初步的了解。 能力水平：熟悉新能源汽车的各项方法。 学习特点：学习、接受新知识能力较弱，尤其是理论性强的知识，不能充分利用课余时间学习。 学习目标 知识目标：理解电动汽车变速器的结构组成。 能力目标：能够掌握混动电车传动系统的工作原理。 素质目标：1.认识到新能源汽车的重要性。 2.积极参与课堂，能够表达自己的观点和想法。 学习重难点 教学重点：1. 电动汽车变速器的结构组成。 2. 混动电车传动系统的工作原理。 教学方法 讲授法、讨论法、演示法、实物教学法 课前准备 教师准备：教学课件 学生准备：课前预习 教学媒体 多媒体教室、多媒体课件 教学过程 教学环节 教师活动设计 学生活动设计 设计意图 活动一： 创设情境 生成问题 1. 情境导入 让学生阅读教材导入情景，引导学生思考： 新能源汽车基本知识。 2. 展示学习目标 认识到新能源汽车底盘的重要性。 掌握新能源汽车的基本知识的具体内容。 1.阅读导入情景，思考教师提问，结合生活中的实际，认真回答。 2.查看并记住本节任务的学习目标。 1.通过情景问话，引出本课主题。同时激发学习兴趣。 2.通过课件展示本节任务，让学生明确课堂任务。 活动二： 调动思维 探究新知 一.导入新课:组织教学、吸引学生注意力，使学生进入上课状态。 二.1.新课讲解:借助PPT讲授钣金件基本知识内容，利用课件进行讲授，对比课件中的构造简图 ，对新能源汽车基本知识有一个初步的了解。 一、纯电动汽车变速系统概述 传统燃油汽车需要变速器改变发动机的输出功率和车轮的转速，而纯电动汽车通常只有一个单速减速器来将电动机的高速低转矩转换为车轮的低速高转矩。这种设计简化了纯电动汽车的传动系统，减少了机械损耗，同时也降低了维护成本。 二、齿轮变速器的组成 1. 齿轮变速器的结构 齿轮变速器主要由差速器、输入轴、输出轴组成，如图所示。 （1）差速器的结构 差速器主要由轴承座、圆锥滚子轴承、差速器壳和主减速器齿圈等组成。 （2）输入轴的结构 输入轴主要由花键、滚珠轴承和常啮合齿轮等组成。 （3）输出轴的结构 输出轴主要由圆锥滚子轴承、输出轴小齿轮、输出轴大齿轮和锁止齿轮等组成。 2. 齿轮变速器的工作原理 （1）N 挡动力传递路线：半轴→差速器齿轮→输出轴小齿轮→输出轴大齿轮→输入轴小齿轮→电动机，如图所示。 （2）D 挡动力传递路线：电动机→输入轴小齿轮→输出轴大齿轮→输出轴小齿轮→差速器齿轮→半轴，如图所示。 （3）R 挡动力传递路线：电动机→输入轴小齿轮→输出轴大齿轮→输出轴小齿轮→差速器齿轮→半轴，如图所示。 三、变速器的拆装 1. 准备工作 （1）做好车辆安全防护与隔离。 （2）准备常用工具套装、绝缘工具套装、数字万用表等。 2. 变速器的拆装 变速器总成的拆装见下表。 变速器总成的拆装步骤1 变速器总成的拆装步骤2 变速器总成的拆装步骤3 变速器总成的拆装步骤4 变速器总成的拆装步骤5 变速器总成的拆装步骤6 变速器总成的拆装步骤7 课题二混合动力电动汽车传动系统的结构组成与拆装 一、混合动力电动汽车传动系统 混合动力电动汽车可以节省燃油、降低二氧化碳和有害物质排放，同时也可以提高驾驶乐趣和行驶舒适性。混合动力电动汽车不仅使用内燃机，还使用至少一台电动机作为驱动装置。 1. 分类及工作原理 混合动力电动汽车一般情况下分为微混合型混合动力电动汽车、轻度混合型混合动力电动汽车和全混合型混合动力电动汽车，按照其功能只有后两种形式的混合动力电动汽车可以进行纯电动行驶。 微混合型混合动力电动汽车是在传统内燃机上加装了用带传动驱动的电动机，这种电动机是启动、发电一体式的，可以用来迅速启动发动机，因此该类车型取消了发动机怠速，降低了油耗与排放。轻度混合型混合动力电动汽车使用电动机对内燃机提供支持，其在不同工作状态下提供附加的驱动功率和制动功率。全混合型混合动力电动汽车将内燃机与一台（或两台）电动机组合在一起，其除依靠内燃机提供动力行驶及依靠电动机提供支持外，也可以纯电动行驶。 轻度混合型混合动力驱动系统和全混合型混合动力驱动系统都需要一个给电动机供电的蓄电池，一般来说，使用电压相对高的牵引蓄电池作为蓄能器。 相对于传统的驱动系统，轻度混合型混合动力汽车与全混合型混合动力汽车的电动机和内燃机驱动源的组合有下列优势：电动机在低转速下持续提供高转矩，对内燃机提供理想的支持，其转矩从平均转速起才开始升高，电动机和内燃机可在所有行驶状况下提供高的行驶动力；通过电动机的辅助作用可让内燃机在最佳效率范围内进行驱动或者处于较低污染物排放的范围内；与一台电动机组合在一起可在总功率不变的情况下使用一台较小的内燃机，以缩减设备尺寸；与一台电动机组合在一起可在总功率不变的情况下使用一台传动比较大的变速器。 2. 工作模式 根据工作状态和所需转矩，内燃机和电动机各自负责不同程度的驱动功率，混合动力控制系统根据车辆行驶状况来自动控制内燃机和电动机的转矩分配。内燃机、电动机和蓄电池协作的方式规定了不同的工作模式，即包括纯电动行驶模式、混合动力行驶模式、发电机运行模式、加速或爬坡运行模式、再生制动运行模式。 （1）纯电动行驶模式 当汽车启动时，混合动力系统仅使用由动力蓄电池提供能量的电动机的动力，这时发动机并不运转，因为发动机不能在低速时输出大转矩，而电动机可以灵敏、顺畅、高效地启动，如图所示。 对于发动机而言，在低中速时的效率并不理想，而电动机在低中速时性能优越。因此，低中速行驶时，混合动力系统使用动力蓄电池的电力驱动电动机行驶，如图所示。 （2）混合动力行驶模式 混合动力系统使用发动机为主要动力源，由发动机产生的动力直接驱动车轮，依照驾驶状况部分动力被分配给发电机，发电机产生的动力用来驱动电动机和辅助发动机驱动，如图所示。 （3）发电机运行模式 混合动力系统在高速运转时是采用发动机来驱动的，而发动机有时会产生多余的能量，这时多余的能量由发电机转换成电力，用于储存在动力蓄电池中，如图所示。 （4）加速或爬坡行驶模式 在需要强劲加速力（如爬陡坡或超车）时，动力蓄电池也提供电力，来加大电动机的驱动力，如图所示。发动机和电动机双动力结合输出的最大转矩使车辆得到最大牵引转矩，混合动力系统使车辆得以实现与高一级发动机相同的加速性能。 （5）再生制动运行模式 在踩制动踏板和松开加速踏板时，混合动力系统使车轮的旋转力带动电动机运转，将其作为发电机使用。减速时，在传统汽车中通常作为摩擦热散失掉的能量，在再生制动运行模式下被转换成电能，回收到动力蓄电池中进行再利用，如图所示。 二、混合动力电动汽车的混合度 混合动力电动汽车的混合度说明了在某种程度上内燃机和电动机之间驱动功率的分配是可以变化的。混合动力汽车的混合度可分为微混合动力、轻度混合动力和全混合动力，其根本区别在于，电动机的功率或者涉及电动驱动装置的功率占总驱动功率的比例。另外，混合度不同，其动力蓄电池的能量含量也不一样。 1. 微混合型混合动力传动系统 （1）功能 停车时，发动机电子控制单元进行如下检查：是否未挂入任何挡位；防抱死系统的转速传感器是否显示为零；蓄电池电子传感器是否报告有启动车辆所需的足够能量。如满足这些条件，发动机会自动关闭。当松开制动踏板时，起动机收到信号，发动机便会再次启动，且启动迅速、平稳并立即处于准备工作状态。 （2）结构 启动 / 停止系统用增强型起动机代替了传统起动机。启动 / 停止系统需要一个具有与起动机和传感器附加接口匹配的发动机电子控制单元。由于启动 / 停止系统是一个与排放有关的系统，因此其必须满足车载诊断系统的要求，也就是说必须在行驶模式下对其进行监控并将与废气相关的故障存储在控制单元的故障存储器中。 （3）燃油消耗 相对传统车辆，在行驶过程中的微混合型混合动力系统可以节约 3.5%～4.5% 的燃油。 2. 轻度混合型混合动力传动系统 （1）功能 除了启动 / 停止功能外，轻度混合型混合动力系统也可进行再生制动以及通过电动机进行转矩支持，电动机提供一种叠加在内燃机转矩之上的附加转矩。在这种情况下，动力蓄电池提供不超过 20 kW 的电功率，一般将其用于起步或在发动机转速低时进行加速。 （2）结构 轻度混合型混合动力汽车的传动系统为并联式混合动力传动系统，即内燃机和电动机位于同一个轴（曲轴）。除了向用电设备供电的常见低压车载电网（12 V）之外，还有一个为电动驱动装置供电的、电压明显更高的电动车载电网。 （3）燃油消耗 相对于传统车辆，在行驶过程中的轻度混合型混合动力汽车最多可节约 15% 的燃油。 3. 全混合型混合动力传动系统 （1）功能 相对于轻度混合型混合动力传动系统，全混合型混合动力传动系统可在较长的行驶里程上仅利用电驱动装置行驶，且在电动行驶期间，内燃机不工作。电动车载电网或动力蓄电池的电压大多为 200～350 V。 （2）结构 可通过并联式或串联式能量流以及并联式和串联式能量流的组合实现全混合动力，也可以通过电传动装置产生并联式能量流。为了实现串联式能量流，动力传动机构中必须有两个电传动装置。 （3）燃油消耗 在行驶过程中，全混合型混合动力汽车最多可节约 30% 的燃油。 三、混合动力电动汽车的传动装置配置 根据混合动力传动的联结方式，混合动力系统主要分为串联式混合动力传动系统、并联式混合动力传动系统、混联式混合动力传动系统。 1. 串联式混合动力传动系统 串联式混合动力传动系统即用电动机驱动车轮，电动机的电力来自发动机。串联式混合动力传动系统由电动机、发动机、发电机、动力蓄电池、变压器等组成，如图所示。由一个小输出功率的发动机运转来带动发电机，直接向电动机提供电力，或一边给动力蓄电池充电一边行驶。由于发动机的动力是以串联的方式传给电动机，因此称为串联式混合动力传动系统。 2. 并联式混合动力传动系统 并联式混合动力传动系统即用电动机和发动机来驱动车轮，用发动机给动力蓄电池充电。 并联式混合动力传动系统由电动机、发动机、动力蓄电池、变压器和减速器组成，如图所示。并联式混合动力传动系统中利用动力蓄电池的电力来驱动电动机，电动机兼用为发电机，不能一边发电一边行驶。动力的流向为并联，因此称为并联式混合动力传动系统。 并联式混合动力传动系统包括传统的内燃机驱动系统和电动机驱动系统。两个系统既可以同时协调工作，也可以各自单独工作驱动汽车，并联式混合动力传动系统适用于多种不同的行驶工况，尤其适用于复杂的路况。 3. 混联式混合动力传动系统 混联式混合动力传动系统利用电动机和发动机来驱动车轮，并可用发电机来发电，同时电动机在行驶中也可用来发电。 根据行驶条件不同，混联式混合动力传动系统可以仅靠电动机驱动力来行驶，也可同时利用发动机和电动机驱动行驶。另外，还安装有发电机，可以一边行驶，一边给动力蓄电池充电。混联式混合动力传动系统由电动机、发动机、动力蓄电池、发电机、动力分离装置、电子控制单元（变压器、转换器）等组成，如图所示。 四、混合动力变速驱动桥的组成 1. 概述 驱动系统是新能源汽车最主要的系统之一，新能源汽车运行性能的好坏主要是由其驱动系统决定的。新能源汽车驱动系统通常由驱动电机、电机控制器、机械传动装置、车轮等组成，它的储能动力源是动力电池组，电机控制器接收从加速踏板、制动踏板和控制手柄传来的输入信号，控制驱动电机的旋转，通过减速器、传动轴、差速器、半轴等机械传动装置带动车轮。 2. 复合齿轮机构 复合齿轮机构由电动机减速行星轮和动力分配行星轮组成，每个行星齿圈与复合齿轮整合在一起，同时复合齿轮与中间轴主动齿轮和驻车挡齿轮整合在一起，如图所示。行星轮机构中各部件的连接关系见下表。 行星轮机构与驱动桥的连接关系 （1）动力分配行星轮机构 复合齿轮机构中的动力分配行星轮机构以下述三种方式传输原动力。 1）由行星架输入的发动机原动力被输出到齿圈上，通过电动机减速行星轮将 MG2原动力输出到齿圈上，两种原动力汇集在一起以驱动车轮，如图所示。 2）MG2 原动力通过电动机减速行星轮被输出到齿圈上，用来驱动车轮，如图所示。 3） 由行星架输入的发动机原动力被输出到太阳轮上，传输原动力使 MG1 作为发电机工作，如图所示。 （2）电动机减速行星轮机构 位于复合齿轮机构内的电动机减速行星架是固定的，如图所示。由太阳轮输入的 MG2 原动力被输出到齿圈上以驱动车轮。因此，电动机减速行星轮可以根据固定传动比降低 MG2 的转速，增大转矩。 3. 齿轮系 P410 混合动力驱动桥将发动机和 MG2 产生的原动力经过减速齿轮传输到复合齿轮机构的中间轴主动齿轮、中间轴从动齿轮、主减速器主动齿轮，然后传输到差速器齿轮机构，以驱动前轮，如图所示。 4. 差速器齿轮机构 差速器齿轮机构采用了类似于常规型驱动桥差速器装置的双小齿轮。 5. 变速驱动桥阻尼器 变速驱动桥阻尼器包含四个具有低扭转特性的螺旋弹簧，用来吸收发动机驱动力的转矩波动，转矩波动吸收机构采用干式、单盘摩擦材料，如图所示。 6. MG1 和 MG2 MG1 和 MG2 同轴且位于复合齿轮机构的两端，MG1 与动力分配行星轮机构的太阳轮连接，MG2 与电动机减速行星轮机构的太阳轮连接。 MG 定子采用三相线圈结构（U 相、V 相、W 相）。当施加三相交流电时，电动机内部会产生旋转磁场，根据转子的方向和速度控制旋转磁场，设置在转子中的永磁体被旋转磁场吸引，从而产生转矩。发电时，转子（永磁体）的转动导致磁场发生变化，产生感应电动势，从而驱动感应电流在定子线圈中流动并通过定子绕组流回电源。 7. 冷却系统 混合动力变速驱动桥的冷却系统采用强制循环式水冷系统，由电动水泵提供循环动力，并独立于发动机冷却系统，如图所示。当车辆启动后，水泵一直运转，通过冷却液来冷却变频器、MG1、MG2，保证整个车辆各系统散热良好，工作温度在正常范围内。 8. 润滑系统 P410 混合动力变速驱动桥通过设在主轴上的机油泵来润滑，其润滑系统由一个风冷型机油冷却器组成。此外，P410 混合动力驱动桥还利用减速齿轮，通过存油腔采取挡油圈的润滑方式，该结构减小了机油泵的驱动转矩，从而减少了驱动损失。存油腔暂时存储被抛掷的油液，并向齿轮系的不同部位供油，存油腔内设有油孔，可向 MG1 和 MG2提供油液，如图所示。 五、变速驱动桥的拆装 1. 准备工作 （1）做好车辆安全防护与隔离。 （2）准备常用工具套装、绝缘工具套装、数字万用表、装饰板拆装工具等。 （3）关闭电源开关。 2. 变速驱动桥的拆装 以丰田普锐斯车型为例，变速驱动桥的拆装见下表。 变速驱动桥的拆装步骤1 变速驱动桥的拆装步骤2 变速驱动桥的拆装步骤3 变速驱动桥的拆装步骤4 课题三混合动力电动汽车变速驱动桥的检修 一、丰田普锐斯混合动力驱动系统的基本组成 1. 蓄电池 由 168 个单格镍氢电池（1.2 V×6 个单体电池 ×28 个模块）组成，额定电压 DC 201.6 V，安装在车辆行李舱内。在车辆起步、加速和上坡时，蓄电池将电能提供给驱动电机。 2. 混合动力变速驱动桥 混合动力变速驱动桥由发电机 MG1、驱动电机 MG2 和行星轮组成。 3. 变频器 由增压转换器、逆变整流器、直流转换器、空调变频器组成。 （1）增压转换器。将蓄电池 DC 201.6 V 电压增压到 DC 500 V，反之从 DC 500 V降压到 DC 201.6 V。 （2）逆变整流器。将 DC 500 V 转换成 AC 500 V，给电动机 MG2 供电，反之将AC 500 V 转换成 DC 500 V，降压后给蓄电池充电。 （3）直流转换器。将蓄电池 DC 201.6 V 降为 DC 12 V，为车身电气设备供电，同时为辅助蓄电池充电。 （4）空调变频器。将蓄电池 DC 201.6 V 转换成 AC 201.6 V，为空调系统中电动变频压缩机供电。 二、丰田普锐斯混合动力电动汽车驱动电机的工作原理 交流伺服驱动系统中，应用的交流永磁驱动电机有两大类，一类称为无刷直流同步电动机，另一类称为三相永磁同步电动机，丰田普锐斯混合动力电动汽车驱动系统的电动机（MG1、MG2）属于无刷直流同步电动机。 无刷直流同步电动机用永磁体转子代替了有刷直流电动机的定子磁极，并将逆变器产生的三相方波交流电流直接输入电动机定子绕组，省去了机械换向器和电刷。 无刷直流同步电动机定子绕组中通入三相方波交流电流后，定子绕组上会产生感应电动势，生成与转子磁场在空间位置成正交的电枢反应磁场。在转子磁场的作用下，电枢反应磁场以反作用电磁力驱动永磁转子同步旋转，如图所示。三个定子线圈都有一个固定的位置，转子是一个永久磁铁，有北极和南极，电动机的每个定子线圈被分成 4 个子线圈间隔 90°，这样圆周上有 12 个极，在转子圆周的外面有 8 个永久磁铁，即 8 个磁极。 三、丰田普锐斯混合动力电动汽车驱动桥电动机的结构 1. MG1、MG2 定子绕组 MG1、MG2 定子绕组采用三相 Y 形连接，每相由 4 个绕组并联，可以在给电动机输入较大电流下，获得最大转矩和最小转矩脉动。 2. MG1、MG2 永磁体转子 MG1、MG2 永磁体转子采用稀土永磁材料制成，安装在转子铁芯内部，呈 V 形，这样永磁体既有径向充磁，又有横向充磁，有效集中了磁通量，可提高电动机的转矩，如图所示。 3. MG1、MG2 转速传感器 为了满足电动机静止启动和全转速范围内转矩脉动的控制目的，需要利用转速传感器精确地测量 MG1、MG2 永磁转子磁极的位置和速度。转速传感器是采用电磁感应原理制成的旋转型感应传感器，其由定子和转子组成，如图所示。 四、丰田普锐斯驱动桥控制原理 当电动机运行时，绝缘栅双极晶体管根据转子的位置（永磁体）接通，产生与转子位置相适应的三相交流电，当三相交流电通过定子线圈的三相绕组时，在电动机中产生一个旋转磁场，根据转子的旋转位置和转速控制旋转磁场，使转子内的永磁体受到旋转磁场的磁力作用，产生转矩，使转子转动，绝缘栅双极晶体管的控制基础信号由 MG 电动机各自的转速传感器提供，如图所示。 当电动机再生制动时，车轮带动转子（永磁体）旋转产生一个移动的磁场，并且由于电磁感应在定子线圈 U 相、V 相和 W 相产生三相交流电压，电流以整流后的直流电形式从二极管流出，用来给蓄电池充电，此时变频器将交流电转换为直流电，如图所示，逆变器的绝缘栅双极晶体管每个都有并联的二极管，每个二极管就是发电机的三相整流桥，两个 MG 电动机发出的电能被整流为直流电到可变电压系统。 五、混合动力电动汽车变速驱动桥的检修 1. 准备工作 （1）做好车辆安全防护与隔离。 （2）准备常用工具套装、绝缘工具套装、数字万用表、游标高度卡尺等。 2. 变速驱动桥的检修 以丰田普锐斯车型为例，变速驱动桥的检修见下表。 变速驱动桥的检修步骤1 变速驱动桥的检修步骤2 变速驱动桥的检修步骤3 变速驱动桥的检修步骤4 变速驱动桥的检修步骤5 变速驱动桥的检修步骤6 三.课堂互动: 组织学生进行小组讨论，分享学习心得和体会，教师进行点评和指导。 四.巩固练习:布置相关练习题和思考题，让学生巩固所学知识，教师进行个别辅导 学习新能源汽车基本知识的总体认知 学生以小组为单位，巩固旧课，展示预习情况 (1) 听课、思考、结合生活实际，认真回答教师提出的问题。 (2) 听课、理解新能源汽车基本知识的总体认知 积极发言 (3) 结合生活实际，思考现代新能源汽车基本知识的总体构造及作用。 请学生先结合教材自行归纳分类 观看PPT、图片及动画，学生自主分析，各小组派代表阐述本组学习成果。 针对特点，提出相应的保育要点 注意要点，提醒学生结合生活经验分析。 通过视频、多媒体学习。以小组为单位进行阐述。 小组讨论，根据所学知识进行总结，阐述。 1.通过导入情景以及学生思考结果引出新能源汽车基本知识的总体内容。为进一步学习本课重点奠定基础。 2.教师讲述新能源汽车基本知识总体认知等重点知识。 活动三： 巩固练习 素质提升 1.提问学生纯电动汽车变速器的结构组成。 2.提问学生混合动力电动汽车的工作模式。 学生课上复习，并完成本节教学重点。 加深对本节内容的理解并加强课堂知识点的记忆。 课堂小结 作业布置 1.课堂小结： 本节课通过讲解、示范、小组讨论和案例分析等多种教学方法和手段，使学生掌握了新能源汽车基本知识等内容，培养了学生对于新能源汽车概述这门课程的兴趣，树立了良好的职业道德观念。同时，也让学生认识到新能源汽车的基本内容，为今后的学习和工作打下坚实的基础。 2.作业： (1)简述纯电动汽车变速器的结构组成。 (2)简述混合动力电动汽车的工作模式。 板书设计 三、混合动力电动汽车的传动装置 1.概述 2..组成 3.拆装步骤 一、纯电动汽车变速系统 1.概述 2.组成 3.工作原理 4.拆装 二、混合动力电动汽车传动系统 1.概述 2.工作模式 3.行驶模式 4.运行模式 教学反思 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$