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

1、轉(zhuǎn)矩耦合的并聯(lián)式混合動(dòng)力電驅(qū)動(dòng)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(gè)機(jī)械轉(zhuǎn)矩耦合方案，它是三端口、兩自由度的機(jī)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(shí)為輸入。這里，輸入意味著能量流進(jìn)入機(jī)械配置，而輸出意 味著能量流流出機(jī)械配置。在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車應(yīng)用中，端口1 直接地或通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)裝置連接到內(nèi)燃機(jī)；端口 2 直接地或通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)裝置連接到電動(dòng)機(jī)軸；端口 3 則通過(guò)機(jī)械耦合裝置連接到驅(qū)動(dòng)輪。圖 5-4 轉(zhuǎn)矩耦合配置若在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下忽略損耗，則對(duì)轉(zhuǎn)矩耦合器而言，其輸入功率始終等于其輸出功率。這 時(shí)，設(shè)端口 2 處于驅(qū)動(dòng)狀況（電

2、動(dòng)機(jī)），即輸入功率，那么向驅(qū)動(dòng)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(dòng)比予以描述，且當(dāng)該裝置設(shè)計(jì)不變時(shí)，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(dòng)轉(zhuǎn)矩，它們彼此無(wú)關(guān)，并可分別獨(dú)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(dú)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(jī)械轉(zhuǎn)矩耦合裝置。2轉(zhuǎn)矩耦合的電驅(qū)動(dòng)系結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)矩耦合的并聯(lián)式混合劫力電驅(qū)動(dòng)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(jì)，在每一類內(nèi)，傳 動(dòng)裝置可配置在不同的位置，并設(shè)計(jì)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(jì)主要取決于牽引需求、 發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸、純電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)尺寸及其轉(zhuǎn)速一轉(zhuǎn)矩特性等。圖 5-6 為一個(gè)兩軸式的結(jié)構(gòu)，其中應(yīng)用了兩個(gè)傳動(dòng) 裝置：其一位于發(fā)動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)矩耦合裝置之間；另一位于電動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)矩耦合裝置之間。兩個(gè)傳動(dòng)裝置可以是單擋或 多擋的傳動(dòng)裝置。圖 5-7 給出了具有不同傳動(dòng)裝置參數(shù)的車輛總牽引力一轉(zhuǎn)速特性曲線。顯然，兩個(gè)多擋傳動(dòng)裝 置形成了眾多的牽引力一轉(zhuǎn)速特性曲線。因?yàn)閮蓚€(gè)多擋傳動(dòng)裝置為發(fā)動(dòng)機(jī)和電牽引系統(tǒng)（電設(shè)備和蓄電池組）， 兩者運(yùn)行于其最佳區(qū)域，提供了更多的可能性，故此電驅(qū)

4、動(dòng)系的性能和整體效率可超過(guò)其他類型的設(shè)計(jì)。這一設(shè) 計(jì)也在發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)特性的設(shè)計(jì)中提供了很大的靈活性。但是，兩個(gè)多擋傳動(dòng)裝置將使電驅(qū)動(dòng)系明顯復(fù)雜化， 并為選擇每個(gè)傳動(dòng)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(dòng)裝置 1 和單擋傳動(dòng)裝置 2 0 關(guān)于傳動(dòng)裝置和電動(dòng)機(jī)的相對(duì)位置，該結(jié)構(gòu)被歸人前 傳動(dòng)裝置類結(jié)構(gòu)（電動(dòng)機(jī)在傳動(dòng)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(dòng)力電驅(qū)動(dòng)系 設(shè)計(jì)中，與傳動(dòng)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(dòng)裝置 2 的應(yīng)用是利用了低

5、速時(shí)電動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)矩特性的內(nèi)在優(yōu)點(diǎn)。采用多擋 傳動(dòng)裝置 1 可用以克服內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速一轉(zhuǎn)矩特性的缺陷（在其整個(gè)轉(zhuǎn)速變化范圍內(nèi)無(wú)明顯變動(dòng)的轉(zhuǎn)矩輸出）。多速 的傳動(dòng)裝置 1 也有助于改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，并減小車速范圍（此時(shí)，電動(dòng)機(jī)必須單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛），從而也就防止 了蓄電池迅速放電。與上述設(shè)計(jì)相對(duì)照，圖 5- 7(c)所表明的電驅(qū)動(dòng)系的牽引力一轉(zhuǎn)速特性曲線，其中對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī) 應(yīng)用了單擋傳動(dòng)裝置 1，對(duì)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用了多擋傳動(dòng)裝置 2 0 因在該結(jié)掏中沒有利用兩個(gè)動(dòng)力裝置的優(yōu)點(diǎn)，故為一 個(gè)不適宜的設(shè)計(jì)。圖 5 - 7(d)所表明的電驅(qū)動(dòng)系的牽引力一轉(zhuǎn)速特性曲線對(duì)應(yīng)于兩個(gè)單擋傳動(dòng)裝置，這一配置導(dǎo) 致簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和控制。該電

6、驅(qū)動(dòng)系的應(yīng)用限制在于其最大的牽引力。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)和蓄電池組的額定功率以 及傳動(dòng)裝置的參數(shù)均正確地設(shè)計(jì)時(shí)，該電驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)力電驅(qū)動(dòng)系的結(jié)構(gòu)如圖 5-8 所示，其中傳動(dòng)裝置位于轉(zhuǎn)矩耦合裝置和驅(qū)動(dòng)軸之間，可 歸類為前傳動(dòng)裝置。該傳動(dòng)裝置以相同比例提高發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩者的轉(zhuǎn)矩。在轉(zhuǎn)矩耦合裝置中，傳動(dòng)比 ki 和 k2 的設(shè)計(jì)將使電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)能同時(shí)達(dá)到其最大轉(zhuǎn)速。這一設(shè)計(jì)適用于相對(duì)采用小型發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的情況，同時(shí)需應(yīng)用一個(gè)多擋傳動(dòng)裝置以增大低速時(shí)的牽引力。對(duì)于轉(zhuǎn)矩耦合的并聯(lián)式混合動(dòng)

7、力電驅(qū)動(dòng)系，其簡(jiǎn) 單且緊湊的構(gòu)造是單軸結(jié)構(gòu)，其中電動(dòng)機(jī)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(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)可安置在發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置之間，被歸類為前傳動(dòng)裝置，或可安置在傳 動(dòng)裝置和末級(jí)驅(qū)動(dòng)之間，被歸類為后傳動(dòng)裝置，如圖 5 - 10 所示。在前傳動(dòng)裝置緒構(gòu)（見圖 5-9）中，發(fā)動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩兩者均由傳動(dòng)裝置調(diào)節(jié)，此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)必須有相同的轉(zhuǎn)速范圍。這一結(jié)構(gòu)常用于小型 電動(dòng)機(jī)的情況，被歸類為輕度混合動(dòng)力電驅(qū)動(dòng)系，其中電動(dòng)機(jī)起著發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輔助 機(jī)和再生制動(dòng)的作用。然而，在如圖 5 - io

8、 所示的后傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)中，當(dāng)電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩直接傳遞給末級(jí)驅(qū)動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)裝置僅能 調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的電驅(qū)動(dòng)系。傳動(dòng)裝置僅用于改變發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn) 行工作點(diǎn)，以改進(jìn)車輛性能和發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率。應(yīng)該注意，當(dāng)車輛停止并且電動(dòng)機(jī)剛性地連接到驅(qū)動(dòng)輪時(shí)，蓄 電池組不可能由發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)而充電。另一種轉(zhuǎn)矩耦合的并聯(lián)式混合動(dòng)力電驅(qū)動(dòng)系是分離軸 的構(gòu)造，其中一個(gè)軸由發(fā)動(dòng)機(jī)給予動(dòng)力，而另一軸則由電動(dòng)機(jī)給予動(dòng)力(見圖 5 - 11)o 來(lái)自兩個(gè)動(dòng)力系的牽引力 通過(guò)車輛底盤和行車道路相加，其運(yùn)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(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)傳動(dòng)裝置可采用單 擋傳動(dòng)裝置，或也可采用多擋傳動(dòng)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(dòng)力電驅(qū)動(dòng)系分離軸的構(gòu)造提供了某些傳統(tǒng)車輛的優(yōu)點(diǎn)。它保持了原始發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置不變，并在另一軸上附加了一個(gè)電牽 引系統(tǒng)。它也有四輪驅(qū)動(dòng)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(gè)輪胎上的牽引力