轉(zhuǎn)矩耦合的并聯(lián)式混合動力電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置

1、轉(zhuǎn)矩耦合的并聯(lián)式混合動力電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置1轉(zhuǎn)矩耦合配置圖 5-4 概念性地表明了一個機械轉(zhuǎn)矩耦合方案，它是三端口、兩自由度的機械配置。端口 1 為單向的輸入；端 口 2 和端口 3 為雙向的輸入或輸出，但兩者不能同時為輸入。這里，輸入意味著能量流進(jìn)入機械配置，而輸出意 味著能量流流出機械配置。在混合動力電動汽車應(yīng)用中，端口1 直接地或通過機械傳動裝置連接到內(nèi)燃機；端口 2 直接地或通過機械傳動裝置連接到電動機軸；端口 3 則通過機械耦合裝置連接到驅(qū)動輪。圖 5-4 轉(zhuǎn)矩耦合配置若在穩(wěn)定運行狀態(tài)下忽略損耗，則對轉(zhuǎn)矩耦合器而言，其輸入功率始終等于其輸出功率。這 時，設(shè)端口 2 處于驅(qū)動狀況（電

2、動機），即輸入功率，那么向驅(qū)動輪輸出的功率為t3w3=t1w1+t2w2 (5-1)從而，轉(zhuǎn)矩耦合器可表示為t3 =ki ti +k2t2 (5-2)式中，ki .k2 為轉(zhuǎn)矩耦合器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，由傳動比予以描述，且當(dāng)該裝置設(shè)計不變時，通常為常數(shù)。就轉(zhuǎn)矩耦合 器而言，t3 為載荷轉(zhuǎn)矩；ti 和 t2 為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，它們彼此無關(guān)，并可分別獨立控制。但由于式(5 -1)的約束， 角速度1、倒 2 和3 相互關(guān)聯(lián)在一起，且不能獨立控制，其關(guān)聯(lián)式為w3=w1/k1=w2/k2圖 5-5 為一些常用的機械轉(zhuǎn)矩耦合裝置。2轉(zhuǎn)矩耦合的電驅(qū)動系結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)矩耦合的并聯(lián)式混合劫力電驅(qū)動系可有多種不同的結(jié)構(gòu)。它們可分類為兩

3、軸或單軸式 、設(shè)計，在每一類內(nèi)，傳 動裝置可配置在不同的位置，并設(shè)計為不同的排擋數(shù)，從而導(dǎo)致相異的牽引特性。優(yōu)化設(shè)計主要取決于牽引需求、 發(fā)動機尺寸、純電動汽車電動機尺寸及其轉(zhuǎn)速一轉(zhuǎn)矩特性等。圖 5-6 為一個兩軸式的結(jié)構(gòu)，其中應(yīng)用了兩個傳動 裝置：其一位于發(fā)動機和轉(zhuǎn)矩耦合裝置之間；另一位于電動機和轉(zhuǎn)矩耦合裝置之間。兩個傳動裝置可以是單擋或 多擋的傳動裝置。圖 5-7 給出了具有不同傳動裝置參數(shù)的車輛總牽引力一轉(zhuǎn)速特性曲線。顯然，兩個多擋傳動裝 置形成了眾多的牽引力一轉(zhuǎn)速特性曲線。因為兩個多擋傳動裝置為發(fā)動機和電牽引系統(tǒng)（電設(shè)備和蓄電池組）， 兩者運行于其最佳區(qū)域，提供了更多的可能性，故此電驅(qū)

4、動系的性能和整體效率可超過其他類型的設(shè)計。這一設(shè) 計也在發(fā)動機和電動機特性的設(shè)計中提供了很大的靈活性。但是，兩個多擋傳動裝置將使電驅(qū)動系明顯復(fù)雜化， 并為選擇每個傳動裝置特定的排擋而增加了控制系統(tǒng)的難度。兩軸式結(jié)構(gòu)在圖 5-6 中，可應(yīng)用多擋傳動裝置 1 和單擋傳動裝置 2 0 關(guān)于傳動裝置和電動機的相對位置，該結(jié)構(gòu)被歸人前 傳動裝置類結(jié)構(gòu)（電動機在傳動裝置之前）o 其牽引力一轉(zhuǎn)速特性曲線如圖 5 -7(b)所示。在混舍動力電驅(qū)動系 設(shè)計中，與傳動裝置配置相聯(lián)系的最大牽引力可足以滿足車輛爬坡性能的要求，由于輪胎與地面接觸的附著力的 限制，并不需要更大的牽引力。單擋傳動裝置 2 的應(yīng)用是利用了低

5、速時電動機高轉(zhuǎn)矩特性的內(nèi)在優(yōu)點。采用多擋 傳動裝置 1 可用以克服內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速一轉(zhuǎn)矩特性的缺陷（在其整個轉(zhuǎn)速變化范圍內(nèi)無明顯變動的轉(zhuǎn)矩輸出）。多速 的傳動裝置 1 也有助于改進(jìn)發(fā)動機的效率，并減小車速范圍（此時，電動機必須單獨驅(qū)動車輛），從而也就防止 了蓄電池迅速放電。與上述設(shè)計相對照，圖 5- 7(c)所表明的電驅(qū)動系的牽引力一轉(zhuǎn)速特性曲線，其中對發(fā)動機 應(yīng)用了單擋傳動裝置 1，對電動機應(yīng)用了多擋傳動裝置 2 0 因在該結(jié)掏中沒有利用兩個動力裝置的優(yōu)點，故為一 個不適宜的設(shè)計。圖 5 - 7(d)所表明的電驅(qū)動系的牽引力一轉(zhuǎn)速特性曲線對應(yīng)于兩個單擋傳動裝置，這一配置導(dǎo) 致簡單的結(jié)構(gòu)和控制。該電

6、驅(qū)動系的應(yīng)用限制在于其最大的牽引力。當(dāng)發(fā)動機、電動機和蓄電池組的額定功率以 及傳動裝置的參數(shù)均正確地設(shè)計時，該電驅(qū)動系將以令人滿意的性能和效率適用于車輛。圖 5-7 在不同傳動裝置配置下的牽引力與車速間的關(guān)聯(lián)另一兩軸式的并聯(lián)式混合動力電驅(qū)動系的結(jié)構(gòu)如圖 5-8 所示，其中傳動裝置位于轉(zhuǎn)矩耦合裝置和驅(qū)動軸之間，可 歸類為前傳動裝置。該傳動裝置以相同比例提高發(fā)動機和電動機兩者的轉(zhuǎn)矩。在轉(zhuǎn)矩耦合裝置中，傳動比 ki 和 k2 的設(shè)計將使電動汽車電動機和發(fā)動機能同時達(dá)到其最大轉(zhuǎn)速。這一設(shè)計適用于相對采用小型發(fā)動機和電動機的情況，同時需應(yīng)用一個多擋傳動裝置以增大低速時的牽引力。對于轉(zhuǎn)矩耦合的并聯(lián)式混合動

7、力電驅(qū)動系，其簡 單且緊湊的構(gòu)造是單軸結(jié)構(gòu)，其中電動機轉(zhuǎn)子起著轉(zhuǎn)矩耦合裝置的作用(在式(5 -2)和式(5 -3)中，ki1 和 k2 =1），如圖 5-9 所示。電動汽車電動機可安置在發(fā)動機和傳動裝置之間，被歸類為前傳動裝置，或可安置在傳 動裝置和末級驅(qū)動之間，被歸類為后傳動裝置，如圖 5 - 10 所示。在前傳動裝置緒構(gòu)（見圖 5-9）中，發(fā)動機 轉(zhuǎn)矩和電動機轉(zhuǎn)矩兩者均由傳動裝置調(diào)節(jié)，此時，發(fā)動機和電動機必須有相同的轉(zhuǎn)速范圍。這一結(jié)構(gòu)常用于小型 電動機的情況，被歸類為輕度混合動力電驅(qū)動系，其中電動機起著發(fā)動機的起動機、發(fā)電機、發(fā)動機的動力輔助 機和再生制動的作用。然而，在如圖 5 - io

8、 所示的后傳動裝置結(jié)構(gòu)中，當(dāng)電動汽車電動機轉(zhuǎn)矩直接傳遞給末級驅(qū)動時，傳動裝置僅能 調(diào)節(jié)發(fā)動機轉(zhuǎn)矩。這一結(jié)構(gòu)可用于有大范圍恒功率區(qū)的大型電動機的電驅(qū)動系。傳動裝置僅用于改變發(fā)動機的運 行工作點，以改進(jìn)車輛性能和發(fā)動機的運行效率。應(yīng)該注意，當(dāng)車輛停止并且電動機剛性地連接到驅(qū)動輪時，蓄 電池組不可能由發(fā)動機通過帶動電動機作為發(fā)電機而充電。另一種轉(zhuǎn)矩耦合的并聯(lián)式混合動力電驅(qū)動系是分離軸 的構(gòu)造，其中一個軸由發(fā)動機給予動力，而另一軸則由電動機給予動力(見圖 5 - 11)o 來自兩個動力系的牽引力 通過車輛底盤和行車道路相加，其運行原理類似于圖 5-6 所示的兩軸式結(jié)構(gòu)。應(yīng)用于發(fā)動機和電動機的兩個傳動裝置可采用單 擋傳動裝置，或也可采用多擋傳動裝置。這一結(jié)構(gòu)具有如圖 5-7 所示相似的牽引力特性。分離軸轉(zhuǎn)矩組合的并聯(lián)式混合動力電驅(qū)動系分離軸的構(gòu)造提供了某些傳統(tǒng)車輛的優(yōu)點。它保持了原始發(fā)動機和傳動裝置不變，并在另一軸上附加了一個電牽 引系統(tǒng)。它也有四輪驅(qū)動形式，由此可優(yōu)化在光滑路面上的牽引力，且減小了作用于單個輪胎上的牽引力