并聯(lián)式混合動力汽車傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

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1、輕型汽車技術(shù)2011(5／6)總261／262技術(shù)縱橫17并聯(lián)式混合動力汽車傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析占澤晟杜曉梅賈輝(武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室)摘要分析混合動力汽車傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，是對混合動力車輛進(jìn)行選型、優(yōu)化設(shè)計及控制策略開發(fā)的基礎(chǔ)，對整個汽車產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計也具有十分重要的意義。本文對比分析了幾種常見的并聯(lián)式混合動力傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其工作原理，建立了傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)、動力耦合裝置、動力傳輸裝置以及電動機(jī)／發(fā)電機(jī)之間的關(guān)系模型，為并聯(lián)式混合動力車輛傳動系統(tǒng)的設(shè)計和控制策略提供了參考依據(jù)。關(guān)鍵詞：混合動力傳動系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計混合動力汽車

2、的傳動系統(tǒng)與傳統(tǒng)燃油汽車一1轉(zhuǎn)矩耦合的并聯(lián)式混合動力樣，都是將動力源提供的動力通過機(jī)械傳動裝置傳遞到車輪上。由于混合動力車輛的動力源是傳統(tǒng)的傳動系統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)和由電池帶動的電機(jī)組成，因此它們的動力轉(zhuǎn)矩耦合是將發(fā)動機(jī)和電動機(jī)的扭矩加劍一通常由機(jī)械耦合裝置合并并進(jìn)行傳輸，即發(fā)動機(jī)和起或?qū)l(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩分成兩部分：一部分用于推動電動機(jī)提供的動力是通過機(jī)械耦合方式耦合在一起車輛行駛，另一部分則給電池充電。機(jī)械轉(zhuǎn)矩耦合的，其結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。將發(fā)動機(jī)和電動機(jī)的動的原理圖如圖2所示，此種狀態(tài)下發(fā)動機(jī)和電動機(jī)力進(jìn)行機(jī)械耦合有以下三種不同的方式：轉(zhuǎn)矩耦合同時提供動力，并將其

3、傳遞到機(jī)械傳動系統(tǒng)。如果方式、速度耦合方式以及轉(zhuǎn)矩耦合與速度耦合并存忽略傳遞過程中的損耗，輸出的轉(zhuǎn)矩和速度可以表的方式示為：T：kT+k2Tn2：一inl：KlK2其中，k和k：是由轉(zhuǎn)矩耦合參數(shù)確定的常數(shù)囂常見的機(jī)械轉(zhuǎn)矩耦合器工作原理圖如3所示。在混合動力汽車中轉(zhuǎn)矩耦合有多種結(jié)構(gòu)形式，通?？梢苑譃閮奢S的和一軸的兩種形式。耦合器的不同位置以及齒輪的不同結(jié)合方式都會產(chǎn)生不同的牽引特性，因此常需根據(jù)車輛牽引的需求、發(fā)動機(jī)性能以及電機(jī)特性等因素來選取合適的耦合方式傳輸池充電圖1并聯(lián)式混合動力傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖圖2轉(zhuǎn)矩耦合原理圖18技術(shù)縱橫輕型汽車技術(shù)2011(5

4、／6)總26i／262速范圍內(nèi)工作，即高速電機(jī)也可以在這種結(jié)構(gòu)中使用。因此這種配置適用于低速發(fā)動機(jī)與電動機(jī)一起===》《?‘取二攀：毋使用，在低速時使用多級傳遞來提高車輛牽引力。七'-妻量．=量魯·=魯‘老zl-矗輪曲囊量圖3常見的機(jī)械轉(zhuǎn)矩耦合器工作原理圖兩軸機(jī)械轉(zhuǎn)矩耦合器的結(jié)構(gòu)形式如圖4所示，兩個變速器分別安裝在發(fā)動機(jī)和轉(zhuǎn)矩耦合器之間以及電機(jī)和轉(zhuǎn)矩耦合器之間。這兩個變速器既可以是單級傳動也可以是多級傳動。由于多級齒輪傳輸能圖5兩軸式轉(zhuǎn)矩耦合器的另一種結(jié)構(gòu)夠提供更大范圍的牽引力輸出，因此這種條件下車輛的傳動效能和整體性能就要優(yōu)于其他的形式，并并聯(lián)式混合動

5、力轉(zhuǎn)矩耦合器的另一種形式：單且也為發(fā)動機(jī)和電氣牽引系統(tǒng)(電機(jī)和電池)工作軸式結(jié)構(gòu)是一種簡單緊湊的配置，其中電動機(jī)的轉(zhuǎn)在其最佳區(qū)域提供了更多的機(jī)會。這種結(jié)構(gòu)形式也子即是轉(zhuǎn)矩耦合器，其結(jié)構(gòu)如圖6、7、8所示。圖6為發(fā)動機(jī)和電動機(jī)設(shè)計及選擇提供了更大的靈活中，變速器安裝在電動機(jī)之后，并通過離合器與發(fā)性。它的缺點就是整個傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。在實動機(jī)連接，即變速器后置式；圖7中，變速器放在發(fā)際混合動力傳動系統(tǒng)中，變速器1通常用單級齒輪動機(jī)和電動機(jī)之間，即變速器前置式。傳動，而變速器2多用多級齒輪傳動。因為單級齒輪傳動可充分發(fā)揮電機(jī)在低速時高轉(zhuǎn)矩特性的內(nèi)在優(yōu)勢，而

6、多級齒輪傳輸可以彌補發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速一扭矩特性的一些缺陷(發(fā)動機(jī)高轉(zhuǎn)速時扭矩不增加等)，此時多級齒輪傳動可以提高發(fā)動機(jī)的效率，從而也可以降低電池的放電量。另一種兩軸轉(zhuǎn)矩耦合器結(jié)構(gòu)如圖5所示，其中變速器位于轉(zhuǎn)矩耦合器和驅(qū)動軸之間。在傳遞驅(qū)動力時，它同時加強(qiáng)了發(fā)動機(jī)和電動機(jī)的扭矩。此時電動機(jī)和發(fā)動機(jī)可以在不同的轉(zhuǎn)圖6變速器后置式轉(zhuǎn)矩耦合圖7變速器前置式轉(zhuǎn)矩耦合在變速器后置的結(jié)構(gòu)中，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和電機(jī)圖4兩軸式轉(zhuǎn)矩耦合器結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)矩都通過變速器來傳輸，這就要求發(fā)動機(jī)和電機(jī)輕型汽車技術(shù)2011(5／6)總261／262技術(shù)縱橫19必須有相同的速度范圍。這種結(jié)構(gòu)通常是在小功

7、率陽輪，齒圈以及行星齒輪的傳動而輸出的。該常數(shù)電機(jī)的情況下使用，稱為輕度混合動力傳動系統(tǒng)，其K和K取決于齒輪的半徑和齒數(shù)。中電機(jī)是作為發(fā)動機(jī)起動機(jī)、發(fā)電機(jī)和發(fā)動機(jī)的能量輔助以及回收再生制動能。而在圖7所示的變速Tlnl·∞1器前置結(jié)構(gòu)中，傳動軸只改變發(fā)動機(jī)扭矩，而電動機(jī)速度·(1)轉(zhuǎn)矩直接傳遞到驅(qū)動車輪。這種配置常用于大功率T。(1)越耦合器電機(jī)的傳動系統(tǒng)中，傳輸僅用于改變發(fā)動機(jī)的工作管點，提高車輛性能和發(fā)動機(jī)的運行效率。在這種結(jié)構(gòu)圖9速度耦合器原理圖中，當(dāng)汽車處于停止?fàn)顟B(tài)時，發(fā)動機(jī)不能作為發(fā)電機(jī)運行電動機(jī)給電池充電。蠶圖8分離軸式轉(zhuǎn)矩耦合另一種單軸式轉(zhuǎn)

8、矩耦合的傳動系統(tǒng)是分離軸結(jié)構(gòu)的，如圖8所示。兩個獨立的變速器分別由發(fā)動機(jī)圖10帶