第二章 混合動力汽車

1、第二章 混合動力汽車人民郵電出版社新能源汽車概論（AR 增強現(xiàn)實版）職業(yè)院校“十三五”汽車專業(yè)規(guī)劃教材目錄導(dǎo)航第一節(jié) 混合動力汽車概述 第二節(jié) 混合動力汽車驅(qū)動系統(tǒng)基本構(gòu)造第三節(jié) 機械耦合器的結(jié)構(gòu) 第四節(jié) 典型混合動力汽車分析第二章 混合動力汽車3 第一節(jié) 混合動力汽車的概述廣義上說，混合動力汽車（Hybrid Vehicle）是指車輛驅(qū)動系統(tǒng)由兩個或多個能同時運轉(zhuǎn)的單個驅(qū)動系統(tǒng)聯(lián)合組成的車輛。通常所說的混合動力汽車，一般是指油電混合動力汽車（Hybrid Electric Vehicle，HEV），即采用傳統(tǒng)的內(nèi)燃機（柴油機或汽油機）和電動機作為動力源，共同組成“油-電”動力耦合驅(qū)動平臺，取

2、代傳統(tǒng)的發(fā)動機動力驅(qū)動平臺?；旌蟿恿ζ嚨亩x第二章 混合動力汽車4 一、混合動力汽車特點1.采用復(fù)合動力后可按平均需用的功率來確定內(nèi)燃機的最大功率，此時處于油耗低、污染少的最優(yōu)工況下工作。需要大功率而內(nèi)燃機功率不足時，由電池來補充；負(fù)荷少時，富余的功率可發(fā)電給電池充電，由于內(nèi)燃機可持續(xù)工作，電池又可以不斷得充電，故其行程和普通汽車一樣。2.因為有了電池，可以十分方便地回收制動、下坡、怠速時的能量。3.在繁華市區(qū)，可關(guān)停內(nèi)燃機，由電池單獨驅(qū)動，實現(xiàn)“零”排放。4.有了內(nèi)燃機可以十分方便地解決耗能大的空調(diào)、取暖、除霜等純電動汽車遇到的難題。5.可以利用現(xiàn)有的加油站加油，不必再投資。7.有兩套動力

3、，再加上兩套動力的管理控制系統(tǒng)，故結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)較難、價格較高。6.可讓電池保持良好的工作狀態(tài)，不發(fā)生過充、過放，延長其使用壽命，降低成本。第二章 混合動力汽車5 二、混合動力汽車分類 混合動力汽車采用兩種動力源作為動力裝置，其組成部件、布置方式及控制策略的不同，形成了各式各樣的結(jié)構(gòu)形式，因此，混合動力汽車的分類方法也有多種。（4）按在混合動力系統(tǒng)中混合度的不同，分為微混合動力系統(tǒng)、輕混合動力系統(tǒng)、中混合動力系統(tǒng)和完全混合動力系統(tǒng)的混合動力汽車。（3）按動力驅(qū)動的連接方式不同，分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和串并聯(lián)（或稱混聯(lián)）式混合動力汽車。 （1）按充電方式不同，分為插電式混合動力汽車和不插電式混合動力

4、汽車。 （2）按照燃料種類的不同，分為汽油混合動力汽車和柴油混合動力汽車。第二章 混合動力汽車6 1串聯(lián)式混合動力汽車（Series Hybrid Electric Vehicle，SHEV）三、混合動力汽車的基本組成與工作模式混合動力汽車有三種基本的工作方式，即串聯(lián)式、并聯(lián)式和串并聯(lián)（或稱混聯(lián)）式SHEV由發(fā)動機、發(fā)電機、逆變器、蓄電池、驅(qū)動電動機/發(fā)電機和驅(qū)動橋等組成。串聯(lián)式混合動力汽車的基本結(jié)構(gòu)組成如圖2.1所示。工作時電能的流動方向如圖2.2所示，圖2.2中的箭頭表示工作時機械能和電能的流動方向，雙向箭頭表示能量可以雙向流動，如電動機/發(fā)電機和驅(qū)動橋之間的箭頭表示電動機可以驅(qū)動汽車行駛

5、，汽車的動能也可以帶動發(fā)電機發(fā)電。圖2-1 串聯(lián)式混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成第二章 混合動力汽車7 1.串聯(lián)式混合動力汽車串聯(lián)式混合動力汽車的驅(qū)動模式。SHEV的驅(qū)動有起步、正常行駛、加速、小負(fù)荷、減速、制動停車等幾種模式 從上面分析可以看出，在SHEV運行過程中，電動機是唯一驅(qū)動裝置，發(fā)動機的工作狀態(tài)不受汽車行駛工況影響，始終在最佳工作區(qū)域穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，控制器控制發(fā)電機向蓄電池充電或蓄電池向電動機供電，也就是說，控制器通過蓄電池協(xié)調(diào)發(fā)電機發(fā)電量與電動機功率需求，適應(yīng)汽車行駛中的各種阻力變化。蓄電池的存在，使發(fā)動機工作在一個相對穩(wěn)定的工況，使其排放得到改善。圖2-3 串聯(lián)式混合動力汽車驅(qū)動模式第

6、二章 混合動力汽車8 驅(qū)動電動機等的選擇難度大。為了能夠克服汽車在行駛過程中的最大阻力，驅(qū)動電動機的功率要求較大，外形尺寸較大，質(zhì)量也較重，對動力電池組的容量要求大，需要裝置一個較大功率的發(fā)動機/發(fā)電機組。 適用車型少。龐大的動力電池組，外形尺寸較大，質(zhì)量也較大，較適合在大型客車上采用，在中、小型車上使用還是有一定困難。 發(fā)動機由燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換的機械能必須先轉(zhuǎn)換為電能。即必須經(jīng)過燃料的化學(xué)能、熱能、電能、機械能的能量轉(zhuǎn)換過程，因而能量損失較大。另外，在動力電池組的充放電過程中也存在能量損耗，不經(jīng)常在滿負(fù)荷狀態(tài)下運轉(zhuǎn)，總能量轉(zhuǎn)換效率較小。 發(fā)動機/發(fā)電機組與動力電池組之間的匹配要求較嚴(yán)格。應(yīng)能

7、自動起動或關(guān)閉發(fā)動機/發(fā)電機組，以避免動力電池組過量放電，這就需要更大的電池容量。串聯(lián)式混合動力汽車2.串聯(lián)式混合動力汽車的特點。（4）召開選型討論會串聯(lián)式混合動力汽車的主要優(yōu)點是在城市行駛時，可只用電池組電能驅(qū)動，能實現(xiàn)“零排放”行駛；發(fā)動機/發(fā)電機組的發(fā)動機能保持在穩(wěn)定、高效、低污染的狀態(tài)下運轉(zhuǎn)，將有害氣體的排放控制在最低范圍。串聯(lián)式混合動力汽車的不足之處有第二章 混合動力汽車9 PHEV主要由發(fā)動機、變速器、發(fā)電/電動機、逆變器、蓄電池組、驅(qū)動橋等部件組成?；窘Y(jié)構(gòu)如圖2.4所示。2并聯(lián)式混合動力汽車（Parallel Hybrid Electric Vehicle，PHEV）圖2-4并

8、聯(lián)式混合動力汽車動力系統(tǒng)基本組成（1）并聯(lián)式混合動力汽車動力系統(tǒng)主要組成第二章 混合動力汽車10 2并聯(lián)式混合動力汽車（Parallel Hybrid Electric Vehicle，PHEV）工作時機械能和電能的流動方向如圖2.5所示。圖2.5中雙箭頭表示能量可以兩個方向流動，如電動機/發(fā)電機和電能儲存器之間的雙箭頭表示電動機可以用電能驅(qū)動汽車行駛，也可以由汽車驅(qū)動電動機/發(fā)電機發(fā)電并儲存于電能儲存器中。PHEV的顯著特點是PHEV由發(fā)動機和電動機兩套獨立驅(qū)動系統(tǒng)通過不同離合器驅(qū)動汽車行駛。第二章 混合動力汽車11 與串聯(lián)式混合動力汽車不同的是并聯(lián)混合動力汽車采用發(fā)動機和電動機兩套獨立的驅(qū)

9、動系統(tǒng)驅(qū)動車輪。發(fā)動機和發(fā)電機可以分別獨立的向汽車的驅(qū)動系統(tǒng)提供動力，而需要大功率時可用發(fā)動機和二次電池共同提供動力，改進了串聯(lián)系統(tǒng)最大功率不足的缺陷。并聯(lián)混合動力汽車比較適合于經(jīng)常在郊區(qū)和高速公路上形式的汽車。當(dāng)汽車在市區(qū)行駛時，可以只用二次電池，避免發(fā)動機的排氣污染。2并聯(lián)式混合動力汽車（Parallel Hybrid Electric Vehicle，PHEV）（2）并聯(lián)式混合動力汽車的驅(qū)動模式第二章 混合動力汽車12 2并聯(lián)式混合動力汽車（Parallel Hybrid Electric Vehicle，PHEV）其一是具有發(fā)動機和驅(qū)動電動機兩個動力總成，每個動力總成（發(fā)動機和驅(qū)動電動

10、機）的功率設(shè)計為車輛驅(qū)動功率的50%100%即可，因此質(zhì)量和體積要小的多；其二是基本驅(qū)動模式是發(fā)動機驅(qū)動模式，沒有機械能電能機械能的轉(zhuǎn)換過程，總的能量轉(zhuǎn)換效率要比串聯(lián)式高。由于在汽車需要最大輸出功率時，驅(qū)動電機可以向汽車提供額外的輔助動力，因此發(fā)動機功率可以選擇的較小，使汽車的燃料經(jīng)濟性提高。（3）并聯(lián)式混合動力汽車的主要特點主要優(yōu)點有兩個：主要不足有兩個： 其一是由于基本驅(qū)動模式是發(fā)動機驅(qū)動使發(fā)動機驅(qū)動，故需要配備與內(nèi)燃機汽車相同的傳動系統(tǒng)，在總體布置上基本與內(nèi)燃機汽車相同，動力性能接近內(nèi)燃機汽車，發(fā)動機排放的有害氣體高于串聯(lián)式；其二是發(fā)動機驅(qū)動模式需要裝置離合器、變速器、傳動軸和驅(qū)動器等傳

11、動總成，另外還有驅(qū)動電機、動力電池組以及動力組合器等裝置，因此使動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，布置和控制也更加困難。圖2-9 混合動力汽車并聯(lián)系統(tǒng)總成布置實例第二章 混合動力汽車13 3.混聯(lián)式（串、并聯(lián)式）混合動力電動汽車Split Hybrid Electric Vehicle (PSHEV)其特點是兼?zhèn)浯?、并?lián)混合式混合動力汽車的功能。PSHEV由電動機、發(fā)動機、HV蓄電池、發(fā)電機、逆變器、動力分配裝置、電子控制單元、驅(qū)動橋等，總成在汽車上的布置如圖2-10所示。工作時機械能和電能的流動方向如圖2-10所示。圖2-11（a）所示的開關(guān)式結(jié)構(gòu)通過離合器的結(jié)合與脫離來實現(xiàn)串聯(lián)分支與并聯(lián)分支間的相互切換:

12、離合器分離,切斷了發(fā)動機和電動機與驅(qū)動輪的機械連接,系統(tǒng)以串聯(lián)模式運行;離合器結(jié)合,發(fā)動機與驅(qū)動輪有了機械連接,系統(tǒng)以并聯(lián)模式運行。圖2-11（b）所示的分路式結(jié)構(gòu)中,串聯(lián)分支與并聯(lián)分支都始終處于工作狀態(tài),而由行星齒輪傳動在串聯(lián)分支和并聯(lián)分支間進行發(fā)動機輸出能量的合理分配。此結(jié)構(gòu)可通過發(fā)電機對串聯(lián)分支實施各種各樣的控制,同時又可通過并聯(lián)分支來維持發(fā)動機與驅(qū)動輪間的機械連接,最終實現(xiàn)對發(fā)動機的轉(zhuǎn)速控制。（1）混聯(lián)式HEV也可以稱為串、并聯(lián)混合式混合動力汽車或混聯(lián)式混合動力汽車。圖2-11 串并聯(lián)混合動力汽車傳動結(jié)構(gòu)示意圖第二章 混合動力汽車14 混聯(lián)式混合動力汽車的主要結(jié)構(gòu)特點是具有功率分配裝置

13、，它根據(jù)汽車行駛工況對發(fā)動機功率中用于直接驅(qū)動汽車的功率和用于發(fā)電的功率的比例進行分配。如圖2-12所示，汽車正常行駛時，發(fā)動機的功率全部用于直接驅(qū)動汽車行駛；在全負(fù)荷、加速行駛時，發(fā)動機與蓄電池共同提供動力驅(qū)動汽車行駛；在停車或滑行時，發(fā)動機的功率全部用于驅(qū)動發(fā)動機向蓄電池充電。功率分配式混合動力汽車的主要優(yōu)點有四個：其一是各個動力總成的功率和體積小、質(zhì)量輕，節(jié)能且有害氣體的排放少；其二是可以選擇較小功率發(fā)動機，使汽車的燃料經(jīng)濟性提高；其三是綜合能量轉(zhuǎn)換效率高、其四是具有電動機獨立驅(qū)動的模式，可以在城市中實現(xiàn)“零污染”行駛，并可在汽車起步時充分發(fā)揮電動機低速大轉(zhuǎn)矩的特性。3.混聯(lián)式（串、并聯(lián)

14、式）混合動力電動汽車Split Hybrid Electric Vehicle (PSHEV)(2) 混聯(lián)是混合動力汽車的驅(qū)動模式及特點圖2-12 混聯(lián)式混合動力汽車的驅(qū)動模式第二章 混合動力汽車15 串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式混合動力西宮的性能比較表連接方式經(jīng)濟性運行性自動停止怠速能量回收高效運行總效率加速性高功率持續(xù)行串聯(lián)式并聯(lián)式混聯(lián)式4.串聯(lián)、并聯(lián)好混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的比較從能源轉(zhuǎn)換效率和汽車行駛性能對串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)進行比較的話，混聯(lián)是混合動力系統(tǒng)的性能明顯好于串聯(lián)和并聯(lián)式系統(tǒng)。目錄導(dǎo)航第一節(jié) 混合動力汽車概述 第二節(jié) 混合動力汽車驅(qū)動系統(tǒng)基本構(gòu)造第三節(jié)機械耦合器的結(jié)構(gòu)

15、第四節(jié) 典型混合動力汽車分析第二章 混合動力汽車17 混合動力汽車（Hybrid Electrical Vehicle, 簡稱HEV) 是指同時裝備兩種動力來源熱動力源（由傳統(tǒng)的汽油機或者柴油機產(chǎn)生）與電動力源（電池與電動機）的汽車。并聯(lián)混合動力汽車根據(jù)兩種動力源的混合度的不同，與傳統(tǒng)汽車的最大區(qū)別是動力傳動系統(tǒng)。常見的四輪驅(qū)動汽車如圖2-13所示，傳統(tǒng)汽車的動力源是活塞式內(nèi)燃機，它具有轉(zhuǎn)速高、輸出轉(zhuǎn)矩變化范圍小、不能反轉(zhuǎn)、帶負(fù)荷起動困難等特點。而汽車的速度和驅(qū)動力變化范圍大、并能倒退行駛，平穩(wěn)起步和停車。傳動系就是為解決這一矛盾而設(shè)置的。它可以保證汽車在不同使用條件下正常工作，并獲得較好的動

16、力性能。混合動力汽車與傳統(tǒng)汽車的不同圖2-13 傳統(tǒng)汽車傳動系第二章 混合動力汽車18 混合動力汽車需要隨道路條件變化并根據(jù)行駛的要求，同時或分別使用不同的動力源使汽車行駛。為此，混合動力汽車與普通汽車傳動系統(tǒng)的構(gòu)造有所不同，需要在動力傳遞系統(tǒng)之間增加將兩個功率疊加在一起或?qū)⒁粋€功率分解為兩個功率的裝置。實現(xiàn)功率連接或切換的裝置被稱為耦合器。耦合器可以是機械結(jié)構(gòu)或是電磁結(jié)構(gòu)，也可以是機械-電磁復(fù)合的結(jié)構(gòu)，耦合裝置構(gòu)成混合動力汽車明顯特征之一。圖2-14所示為電磁耦合結(jié)構(gòu)串聯(lián)式混 圖2-15 機械耦合式混合動力傳動結(jié)構(gòu)合動力汽車動力傳遞系統(tǒng)示意圖，圖2-15所示為機械耦合結(jié)構(gòu)混聯(lián)式混合動力汽車動

17、力傳遞系統(tǒng)示意圖。對于不同類型的混合動力電動汽車（HEV），根據(jù)兩種動力源對汽車動力輸出貢獻的不同，其動力源布置和傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也不一樣。混合動力汽車與傳統(tǒng)汽車的不同圖2-15 機械耦合式混合動力傳動結(jié)構(gòu)1-發(fā)動機 2-自動變速器 3-發(fā)電/電動一體電機圖2-14 電磁耦合式串聯(lián)式混合動力傳動結(jié)構(gòu)1-發(fā)動機 2-發(fā)電機 3-電動機 4-變速器 5動力控制器混合動力汽車攜帶有不同的動力源，傳統(tǒng)意義上是指內(nèi)燃機驅(qū)動與電驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動的構(gòu)造。第二章 混合動力汽車19 串聯(lián)式混合動力電驅(qū)動系統(tǒng)是一個由兩個能源對單個動力裝置供電，以推動車輛行進的驅(qū)動系統(tǒng)，最一般的串聯(lián)式混合動力電驅(qū)動系統(tǒng)組成如圖2-16所示

18、，其中單向能源為燃油箱，而發(fā)動機和發(fā)電機的組合構(gòu)成單向的能量變換器。發(fā)電機的輸出可通過可控的電子變流器連接到電力總線。雙向能源為蓄電池組單元，并通過可控的雙向電力電子變換器連接到電力總線。電力總線連接到電動機的控制器，牽引電動機受電動機控制器控制，或?qū)崿F(xiàn)電動機功能，并以正向或反向運轉(zhuǎn)；或轉(zhuǎn)換為發(fā)電機功能，將車輛的慣性能量轉(zhuǎn)換為電能。串聯(lián)式混合動力電驅(qū)動系統(tǒng)來自原先的電動汽車，當(dāng)時因受制于蓄電池組的低能量密度，為延拓電動汽車的行駛里程，在電動汽車上添加了輔助的發(fā)動機-發(fā)電機組。 一、串聯(lián)式混合動力電驅(qū)動系統(tǒng)圖2-16第二章 混合動力汽車20 二、并聯(lián)式混合動力電驅(qū)系統(tǒng)混合動力汽車（HEV）與傳統(tǒng)

19、汽車及純電動汽車相比，最大差別是動力系統(tǒng)。對于并聯(lián)和混聯(lián)式HEV，動力耦合系統(tǒng)負(fù)責(zé)將HEV的多個動力組合在一起，實現(xiàn)多動力源之間合理的功率分配并把動力傳給驅(qū)動橋，它在HEV開發(fā)中處于重要地位，其性能直接關(guān)系到HEV整車性能是否達(dá)到設(shè)計要求，是HEV最核心部分。與傳統(tǒng)內(nèi)燃機車輛一樣，并聯(lián)式混合動力電驅(qū)動系是一個由發(fā)動機直接驅(qū)動車輪供給機械動力的驅(qū)動系，但在驅(qū)動系中增加了電動機輔助動力，并通過機械聯(lián)軸器使兩者共同配合提供動力。將發(fā)動機和電動機提供的兩個機械功率組合在一起就構(gòu)成機械聯(lián)軸器的混合動力驅(qū)動系的重要任務(wù)。將兩個以上機械或電磁動力組合在一起的機械結(jié)構(gòu)又稱為動力耦合器，利用動力耦合器可以實現(xiàn)不

20、同動力源的功率疊加。如圖2-17所示為混合動力汽車發(fā)動機與電動機動力耦合及能量傳遞路線示意圖。由圖2-17可知機電動力耦合系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是其布置方案，不同結(jié)構(gòu)的機電耦合系統(tǒng)將導(dǎo)致HEV的適用條件和使用要求各不相同，開發(fā)難度也相差很大。圖2-17并聯(lián)式機械耦合混合動力結(jié)構(gòu)能量傳遞示意路線目錄導(dǎo)航第一節(jié) 混合動力汽車概述 第二節(jié) 混合動力汽車驅(qū)動系統(tǒng)基本構(gòu)造第三節(jié) 機械耦合器的結(jié)構(gòu) 第四節(jié) 典型混合動力汽車分析第二章 混合動力汽車22 1.機電動力耦合系統(tǒng)必須具有以下功能： (1)動力合成功能 將來自不同動力源的動力分別輸入并進行動力合成。（2）輸出不于涉功能 讓來自不同動力源的動力單獨輸出驅(qū)動H

21、EV，或讓多個動力共同輸出驅(qū)動HEV，彼此之間不發(fā)生干擾，不影響傳動效率。（3）動力分解與能量反饋功能。將發(fā)動機動力的全部或一部分傳遞給電動機，使電動機轉(zhuǎn)換為發(fā)電機發(fā)電，在再生制動時回收能量，讓電動機處于發(fā)電狀態(tài)，將機械能轉(zhuǎn)換為電能進行存儲。（4）輔助功能。能充分發(fā)揮電動機的低速、大轉(zhuǎn)矩的特點起動HEV，利用電動機的反轉(zhuǎn)特性使HEV倒車，從而取消驅(qū)動系統(tǒng)的倒檔機構(gòu)。由于發(fā)動機和電動機的功率及轉(zhuǎn)速輸出特性不同，機電耦合系統(tǒng)需要滿足多項復(fù)雜的動力傳遞、組合要求。目前，混合動力汽車動力系統(tǒng)包含3種型式：具有怠速停機、快速啟動和兼有能量回收發(fā)電功能的輕度混合；具有快速啟動、電動助力、能量回收功能的中度

22、混合；以混聯(lián)式為特征的重度混合。隨著電功率比例的逐步提高，混合程度不斷增強，混合動力系統(tǒng)最終將實現(xiàn)全混合。第二章 混合動力汽車23 2.機械耦合的種類通常，機電耦合器都遵循能量守恒的原則，即輸入功率與輸出功率相等。但根據(jù)機械耦合器機構(gòu)不同又有轉(zhuǎn)矩耦合方式、轉(zhuǎn)速耦合方式和功率耦合方式之分。（1）轉(zhuǎn)矩耦合：指能將兩個動力源的輸入轉(zhuǎn)矩耦合疊加，而耦合輸出轉(zhuǎn)速并不是兩個動力源的轉(zhuǎn)速疊加。如圖2-18所示為典型齒輪動力耦合結(jié)構(gòu)，兩個動力源的轉(zhuǎn)矩可共同作用在耦合齒輪上形成轉(zhuǎn)矩疊加，但兩個動力源的轉(zhuǎn)速不能隨意改變，否則會產(chǎn)生齒輪間運動干涉。由于受功率守恒的約束，轉(zhuǎn)矩耦合器實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩相加的條件是，兩個動力源輸入

23、轉(zhuǎn)速成固定比例關(guān)系，且不能獨立改變轉(zhuǎn)速，才能保證動力耦合齒輪相互間不會產(chǎn)生運動干涉。（2）度耦合：指能將兩個動力源的輸入轉(zhuǎn)速耦合疊加，合成轉(zhuǎn)矩則不是兩個動力源的輸入轉(zhuǎn)矩的疊加。如圖2-19所示是典型的行星齒輪結(jié)構(gòu)上，兩個動力源的轉(zhuǎn)速彼此無關(guān)，可獨立控制輸入。由于受功率守恒的約束，合成轉(zhuǎn)矩與兩個動力源輸入轉(zhuǎn)矩成固定比例關(guān)系，故不可獨立控制，且其中的最小轉(zhuǎn)矩決定了另兩個轉(zhuǎn)矩。（3）功率耦合：既滿足轉(zhuǎn)矩耦合條件，又滿足轉(zhuǎn)速耦合條件的機電裝置稱為功率耦合系統(tǒng)。將轉(zhuǎn)矩耦合與轉(zhuǎn)速耦合組合，可構(gòu)造一種混合動力電驅(qū)動系統(tǒng)，其中轉(zhuǎn)矩耦合與轉(zhuǎn)速耦合狀態(tài)能交替的予以選擇。圖2-18 齒輪轉(zhuǎn)矩耦合示意圖圖2-19 行

24、星齒輪速度耦合示意圖第二章 混合動力汽車24 轉(zhuǎn)矩耦合器的種類 混合動力汽車一般采用兩個動力源，需要兩個輸入和一個輸出的機械裝置。并聯(lián)式混合動力電驅(qū)動系統(tǒng)可有多種不同結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)矩耦合方式可以通過齒輪耦合、磁場耦合、鏈或帶耦合等多種方式實現(xiàn)，常見的轉(zhuǎn)矩耦合類型如圖2-20、圖2-21、圖2-22所示。圖2-20所示為采用帶傳動結(jié)構(gòu)，圖2-22所示為定軸齒輪傳動結(jié)構(gòu)圖，圖2-21是電磁耦合傳動結(jié)構(gòu)。由機械耦合器的類型可以看到，雙動力源可以分別從耦合器的不同軸線或方向輸入，也可從同一軸線和方向輸入。其前者被稱為雙軸式耦合，其后者被稱為單軸式耦合。如圖2-20、2-22為雙軸式動力耦合機構(gòu)，圖2-21為

25、單軸式動力耦合結(jié)構(gòu)。圖2-20 帶輪或鏈輪傳動結(jié)構(gòu)機械耦合類型圖2-21 電磁耦合傳動機構(gòu)圖2-21 齒輪定軸齒輪傳動結(jié)構(gòu)機械耦合類型第二章 混合動力汽車25 轉(zhuǎn)矩耦合器的位置及特性例如，對于中或重度混合動力系統(tǒng)需要傳遞更大的負(fù)荷并需要對耦合的轉(zhuǎn)速有不同的要求，所以在動力傳動系統(tǒng)中采用多樣化的設(shè)計。傳動裝置可以配置在不同的位置，并設(shè)計為不同的排檔數(shù)，從而產(chǎn)生相應(yīng)的排檔特性。如圖2-23（a）所示，發(fā)動機與電動機動力耦合后再進入變速器，該傳動裝置以相同比例提高發(fā)動機與電動機兩者的轉(zhuǎn)矩。這種設(shè)計適用于小型發(fā)動機和電動機的情況，同時需應(yīng)用一個多檔傳動裝置以增大低速時的牽引力。圖2-23（b）所示，變

26、速器分別裝在發(fā)動機和電動機之后，再進入轉(zhuǎn)矩耦合器，兩個變速器既可以是單級又可以是多級傳動，這樣的結(jié)構(gòu)可以為發(fā)動機和電動機系統(tǒng)選擇兩者最佳區(qū)域，提供更多的可能和很大的靈活性。( (b)圖2-23 轉(zhuǎn)矩耦合器布置位置示意圖第二章 混合動力汽車26 一、帶式機械耦合結(jié)構(gòu)在混合動力汽車中的應(yīng)用帶式機械耦合結(jié)構(gòu)在輕度混合動力汽車上應(yīng)用較普遍。輕度混合指電力作用在汽車動力系統(tǒng)中所占的比重較小，其混合度在20%以下。目前，輕度混合動力系統(tǒng)以發(fā)動機動力為主，電機作為輔助動力的“并聯(lián)方式”。輕度混合動力汽車主要是以電機的驅(qū)動與發(fā)電一體控制技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展的混合動力技術(shù)，即應(yīng)用于混合動力汽車的一臺電機具有起動、發(fā)電

27、、能量回收、電力驅(qū)動為一體的電機控制系統(tǒng)（integrated starter generator）,英文縮寫為ISG。12V起動電機外掛于發(fā)動機后側(cè)，通過齒輪作用于曲軸飛輪。電機通電旋轉(zhuǎn)用以驅(qū)動曲軸旋轉(zhuǎn)而完成氣缸活塞初始的吸氣、壓縮過程，為壓縮作用行程的準(zhǔn)備。目前，在傳統(tǒng)內(nèi)燃機車輛上安裝“發(fā)動機自動停止怠速和起動裝置”，能夠在車輛處于怠速狀態(tài)下，停止發(fā)動機的運轉(zhuǎn)；而在踩下加速踏板同時起動發(fā)動機。采取這樣的發(fā)動機控制方法是為減少發(fā)動機尾氣排放所采取的措施，使發(fā)動機不必要的怠速被停止，而按照指令車輛可迅速起動。該裝置對汽車行駛時的轉(zhuǎn)矩和加速性能并沒有影響。有試驗表明，此種控制方式，可以節(jié)約燃料7

28、.5%，并減少怠速時發(fā)動機有害物質(zhì)的排放。由于是對原有的起動機實現(xiàn)自動控制，所以并非嚴(yán)格意義上的混合動力汽車。(a) (b) 圖2-24 帶式電動力耦合類型與安裝位置圖2-25 帶傳動一體機安裝示意圖第二章 混合動力汽車27 帶傳動動力耦合結(jié)構(gòu)帶傳動是一種雙軸輸入式混合動力結(jié)構(gòu)，如圖2-25所示為ISG電機安裝位置示意圖，電機安裝于發(fā)動機前端一側(cè)，通過撓性傳動帶與發(fā)動機曲軸連接，又被稱為BSG（belt drive starter generator）系統(tǒng)。該系統(tǒng)由ISG電機、傳動帶和控制器構(gòu)成，電機具有電驅(qū)動和發(fā)電功能。該帶傳動ISG系統(tǒng)主要功能是： 車輛暫時停駛時對發(fā)動機進行起動/停機（s

29、tared /stop）控制；發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)時，ISG電機轉(zhuǎn)換為交流發(fā)電機狀態(tài)，電源控制系統(tǒng)將交流電轉(zhuǎn)換為直流電供用電器使用，并對蓄電池充電。當(dāng)車輛減速或制動時，ISG電機可將慣性能轉(zhuǎn)換為電能回收。圖2-26 第一代豐田混合動力汽車輪帶驅(qū)動一體機結(jié)構(gòu)示意圖這類起動、發(fā)電一體控制系統(tǒng)，可以通過高速驅(qū)動運轉(zhuǎn)，將發(fā)動機起動轉(zhuǎn)速迅速提高到700RPM以上，從而避開曲軸低速起動運轉(zhuǎn)時過濃混合氣燃耗而引起的過多有害物質(zhì)排放。 由于帶傳動依靠摩擦傳遞力矩以及一體電機功率較小，在發(fā)動機冷啟動階段，還是需要直流起動機對發(fā)動機曲軸實現(xiàn)大扭矩驅(qū)動運轉(zhuǎn)，特別是在一些柴油機或中型以上的汽油機仍然采用起動機作為低速起動裝

30、置。圖2-26 第一代豐田混合動力汽車輪帶驅(qū)動一體機結(jié)構(gòu)示意圖圖2-26 帶傳動外掛一體機安裝示意圖第二章 混合動力汽車28 二、單軸式ISG電機系統(tǒng)單軸混合動力耦合機構(gòu)指兩個作用力矩作用于同一軸線位置，目前用于雙動力轉(zhuǎn)矩耦合形式主要是與電動機同軸安裝的結(jié)構(gòu)型式，如圖2-29所示為在曲軸和變速器之間同軸安裝ISG電機的轉(zhuǎn)矩耦合結(jié)構(gòu)形式。對于轉(zhuǎn)矩耦合的并聯(lián)混合動力驅(qū)動系統(tǒng)，其簡單且緊湊的結(jié)構(gòu)當(dāng)屬單軸結(jié)構(gòu)，其中電動機轉(zhuǎn)子起轉(zhuǎn)矩耦合作用，如圖2-30所示，電動機即可裝在發(fā)動機和傳動裝置之間，也可安置在傳動裝置和末級驅(qū)動之間。圖2-30（a）所示發(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)動機與

31、電動機必須有相同的轉(zhuǎn)速范圍。這一結(jié)構(gòu)常被用于小型電動機情況，被歸類于輕型混合動力電驅(qū)動，其中電動機起著發(fā)動機起動機、發(fā)電機、發(fā)動機輔助動力機和制動能量回收的作用。圖2-29 單軸混合動力電磁耦合結(jié)構(gòu)示意圖圖2-30 混合動力汽車電磁轉(zhuǎn)矩耦合特點(a)(b)第二章 混合動力汽車29 ISG電機應(yīng)用的一個實例是奔馳S400轎車在發(fā)動機與變速器之間安裝ISG電機。該電機位置和電機組成結(jié)構(gòu)如圖2-31所示。ISG電機采用永久磁同步電動機，由線圈定子2、永磁轉(zhuǎn)子3和中間外殼等構(gòu)成。電機定子2通過定子架7固定于變速器殼上，永磁轉(zhuǎn)子3與發(fā)動機曲軸末端連接。ISG電機起動發(fā)動機時作為電動機驅(qū)動曲軸轉(zhuǎn)動；其它工

32、況則隨曲軸和變速器輸入軸轉(zhuǎn)動實現(xiàn)發(fā)電機功能。 1-電力接線端子 2-定子電樞 3-永磁轉(zhuǎn)子 4-霍爾傳感器 5-轉(zhuǎn)子位置傳感器 6-電機外殼圖2-31 奔馳S400混合動力汽車同軸式一體電機結(jié)構(gòu)與位置圖汽車發(fā)動機或傳動系提供動力時，ISG電機進入發(fā)電模式， 產(chǎn)生的三相交流電由電力控制裝置逆變器（AC/DC）轉(zhuǎn)換為直流電向高壓蓄電池充電，并經(jīng)過DC/DC轉(zhuǎn)換器向12V車載電氣系統(tǒng)供電。汽車滑行或減速時，車輛的動能會被ISG電機吸收轉(zhuǎn)換為電能，這一過程被稱為能量再生。在發(fā)電模式下，被促動的電機會產(chǎn)生交流電，其產(chǎn)生減速扭矩的大小受發(fā)電量的影響。減速時，電力管理系統(tǒng)會根據(jù)路面斜度和滑行速度控制減速扭矩

33、和發(fā)動機斷油減速功能。 第二章 混合動力汽車30 本田一體電機助力系統(tǒng)日本本田公司早在2001年就在其Civic轎車上推出了一體電機助力系統(tǒng)IMA(Integrated Motor Assist )的混合動力技術(shù)。IMA系統(tǒng)與ISG系統(tǒng)的區(qū)別在于，除了發(fā)電、起動、能量再生功能外，電機具有更多汽車輔助驅(qū)動功能。本田IMA混合動力系統(tǒng)主要由發(fā)動機、電動機、CVT變速箱以及IPU智能動力單元這四個部分組成，如圖2-32所示。其中，目前混動系統(tǒng)的發(fā)動機基本以1.3L和1.5L這兩款自然吸氣四缸發(fā)動機為主，電動機則是三相超薄型DC無刷電機，作為動力輔助裝置，安裝在發(fā)動機與CVT變速箱的中間。 本田IMG

34、混合動力系統(tǒng)與ISG系統(tǒng)不同在于其電能可以與發(fā)動機協(xié)作驅(qū)動車輛，并可在一定條件下實現(xiàn)純電力驅(qū)動行駛。本田的電機在發(fā)動機工作不同工況具有三個功能：作為發(fā)動機的啟動電機、發(fā)動機驅(qū)動的交流發(fā)電機和作為汽車加速時為發(fā)動機提供輔助加速動力的電動機。本田稱之為集成輔助電機（IMA），這個電機的轉(zhuǎn)子被設(shè)計為飛輪的一部分，其厚度只有65毫米。 本田IMA系統(tǒng)實現(xiàn)純電動行駛的前提是停缸技術(shù)。發(fā)動機曲軸與電機是連在一起的，當(dāng)車輛以純電動狀態(tài)行駛時，發(fā)動機雖然停止供油但氣缸與曲軸仍保持運轉(zhuǎn)，或多或少會消耗電能。停缸技術(shù)可有效降低電機驅(qū)動阻力矩，并在滑行或減速時充分進行能量回收。如圖2-33所示IMA系統(tǒng)電機的驅(qū)動與

35、發(fā)電功率流的方向本田IMA混合動力系統(tǒng)一共有5種工況模式，其中車輛在起步加速階段、急加速以及高速行駛階段發(fā)動機與電動機共同出力，可以提升車輛的動力性能。當(dāng)車輛低速行駛時， 發(fā)動機氣缸關(guān)閉，車輛能進行全電力驅(qū)動，但速度不能高于約40公里/小時。當(dāng)車輛在普通加速階段，完全由發(fā)動機驅(qū)動，電動機退出工作，并用發(fā)動機的動能進行充電。當(dāng)車輛減速制動時，發(fā)動機停止工作，車輛進行能量回收，為電池組充電。當(dāng)車輛怠速時，發(fā)動機也會自動停止工作，從而降低油耗，當(dāng)然，此時車輛的空調(diào)系統(tǒng)也將不會提供冷氣，而只是送風(fēng)。圖2-32 本田混合動力電機組成結(jié)構(gòu)圖圖2-33 本田混合動力驅(qū)動與電功率流示意圖第二章 混合動力汽車3

36、1 本田新動力混合思路i-MMD本田i-MMD系統(tǒng)，除了沿用一體機發(fā)動機，又使用第二臺電動機驅(qū)動車輛。僅在巡航狀態(tài)單獨驅(qū)動車輛，中低速根據(jù)需要僅用來為兩臺電機提供動力，并且電動機輸出大于發(fā)動機。整個混動系統(tǒng)通過“切換”兩套動力的運行時機，來相互彌補各自的不足。i-MMD的復(fù)雜之處在于PCU控制單元，變速箱結(jié)構(gòu)極為簡單。第二章 混合動力汽車32 其它一體電機混合動力的應(yīng)用圖2-35 大眾途銳混合動力汽車單軸電磁轉(zhuǎn)矩耦合結(jié)構(gòu)由于單軸式動力耦合的優(yōu)點，歐洲的很多混合動力汽車都采用該項技術(shù)，甚至包括重型貨車。大眾途銳（Touareg）轎車就是單軸雙動力耦合中型混合動力汽車的實例。大眾途銳轎車使用的是3

37、.0L、245kw/7000rpm、 440Nm/2500至4800rpm的增壓汽油發(fā)動機和8速的自動變速器?；旌蟿恿ο到y(tǒng)由在發(fā)動機曲軸和液力變矩器之間集成了一個額定功率為34kW的電機和離合器。該離合器使得系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)所有混合動力的功能，比如在車輛滑行時斷開內(nèi)燃機，快速起-停功能以及純電動行駛。第二章 混合動力汽車33 三、齒輪雙軸式機械轉(zhuǎn)矩耦合結(jié)構(gòu)齒輪是較常用的傳動結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)較大空間、不同方向和具有很好的傳遞效率等特點。一汽長春汽車公司開發(fā)設(shè)計的混合動力客車采用動力耦合器置于發(fā)動機與變速器之間的設(shè)計結(jié)構(gòu)，如圖2-39所示。這種轉(zhuǎn)矩耦合器前置的特點是，傳動裝置可以相同比例提高發(fā)動機和電動

38、機兩者轉(zhuǎn)矩，在轉(zhuǎn)矩耦合器傳動比的設(shè)計將使電動機和發(fā)動機能同時達(dá)到其最大轉(zhuǎn)速。這種相對適應(yīng)采用小型發(fā)動機和電動機的情況，同時需要一個多檔傳動裝置以適當(dāng)增大低速時的牽引力。圖2-39 長春第一汽車公司設(shè)計的混合動力客車結(jié)構(gòu)示意圖第二章 混合動力汽車34 比亞迪汽車自主開發(fā)的混合動力轎車齒輪耦合方式由我國比亞迪汽車公司自主開發(fā)的混合動力轎車比亞迪秦同樣采用了齒輪耦合方式。圖2-41所示是比亞迪汽車公司自主開發(fā)的六速雙離合器自動變速器（DCT）及驅(qū)動電機的外型圖，該車根據(jù)汽車的動力性能目標(biāo)采用了不同于前面的機械耦合器的布置方式，并為其申請了專利。比亞迪秦的混合動力設(shè)計采用的策略是：汽車在起步、低速時由

39、電動機驅(qū)動行駛，汽車在高速大功率時由發(fā)動機驅(qū)動，汽車在加速和動力不足時采取汽油機和電動機混合動力提升汽車的驅(qū)動扭矩。根據(jù)這個策略，電動機動力被加在雙離合器DCT的低速軸上，電機與雙離合器機械變速器聯(lián)接示意如圖2-42所示。該變速器由兩個離合器分別將發(fā)動機動力輸入變速器一軸和二軸，一軸設(shè)1、3、5三個奇數(shù)檔，二軸設(shè)2、4、6三個偶數(shù)檔，相對偶數(shù)檔，奇數(shù)檔為低速檔。驅(qū)動電機的齒輪僅與變速器的一軸齒輪嚙合，由結(jié)構(gòu)可知，利用蓄電池的電能由電動機轉(zhuǎn)換為機械能輸入變速器，這一過程僅限于使用奇數(shù)檔，既發(fā)動機動力工作在偶數(shù)檔時，無法實現(xiàn)混合動力驅(qū)動?？紤]到汽車在起步、加速、低速大扭矩和城市運行工況下才使用電機

40、驅(qū)動，這種單軸動力混動的設(shè)計還是非常有效和實用的。圖2-42 比亞迪公司開發(fā)的混合動力汽車傳動結(jié)構(gòu)示意圖圖2-41 比亞迪六速雙離合器變速器與驅(qū)動電機外形第二章 混合動力汽車35 二、 速度耦合的并聯(lián)混合動力電驅(qū)系統(tǒng)源于兩個動力裝置的動力可通過轉(zhuǎn)速耦合相互關(guān)聯(lián)。如圖2-43所示的行星齒輪機構(gòu)構(gòu)成一個三端口、兩個自由度的機械轉(zhuǎn)速耦合裝置。行星齒輪三個端口組件分別標(biāo)記為S、R和C的中心輪、齒圈和行星架，其中心輪、齒圈和行星架之間的轉(zhuǎn)速關(guān)系可以用行星齒輪機構(gòu)等效杠桿表示。第二章 混合動力汽車36 豐田汽車公司有THS-C用過的速度耦合結(jié)構(gòu)豐田汽車公司有一款THS-C四輪驅(qū)動汽車，它的前驅(qū)動橋采用汽油

41、發(fā)動機和電動機并聯(lián)驅(qū)動形式，動力耦合采用了行星齒輪速度耦合器，動力耦合與傳動結(jié)構(gòu)如圖2-46所示。該動力耦合傳動結(jié)構(gòu)由發(fā)動機、ISG電機、單行星齒輪、制動器、離合器及帶式無級變速器構(gòu)成。發(fā)動機曲軸與行星齒輪組的中心輪連接，ISG電機軸與行星架連接，齒圈通過離合器C1、C2與CVT連接。齒圈的工作狀態(tài)由制動器B控制，行星架與CVT的聯(lián)接由離合器C1控制，齒圈與CVT的聯(lián)接由離合器C2控制。系統(tǒng)的動力、速度轉(zhuǎn)換是通過離合器和制動器的結(jié)合與斷開來實現(xiàn)的。第二章 混合動力汽車37 豐田THS.C混合動力汽車的主要功能和速度耦合器工作原理。 電動機驅(qū)動汽車。如圖2.47（a）所示，發(fā)動機停止工作，制動器

42、B1釋放，離合器C1動作將行星架與CVT連接。電源管理系統(tǒng)控制蓄電池向ISG電動機供電，電動機驅(qū)動行星架順時針轉(zhuǎn)動輸出轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動車輛向前運動。當(dāng)控制ISG電動機逆時針轉(zhuǎn)動時，則實現(xiàn)車輛向后行駛。 發(fā)動機驅(qū)動汽車。電源管理系統(tǒng)停止對ISG電動機供電，制動器B保持釋放，離合器C1、C2動作，可視為行星架與齒圈結(jié)合為一個剛體，發(fā)動機運轉(zhuǎn)通過太陽輪直接向CVT輸出轉(zhuǎn)矩。傳動路線如圖2.47（b）所示。第二章 混合動力汽車38 三、功率耦合混聯(lián)混合動力驅(qū)動系統(tǒng)功率耦合方式的輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速分別是發(fā)動機與電動機轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的線性和，因此在采用功率耦合方式的混合動力汽車中，發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速都可以自由控制，而不

43、受汽車工況的影響。采用功率耦合方式的混合動力電動汽車?yán)碚撋喜恍枰x合器和變速器，而且可實現(xiàn)無級變速。因此功率耦合系統(tǒng)與轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速耦合系統(tǒng)相比，無論是對發(fā)動機工作點的優(yōu)化，還是在整車變速方面都更具優(yōu)越性。第二章 混合動力汽車39 發(fā)動機的啟動靜止時運動時第二章 混合動力汽車40 低速巡航和全負(fù)荷運行第二章 混合動力汽車41 減速行駛第二章 混合動力汽車42 本田I-MMD與豐田THS-混動結(jié)構(gòu)特點比較圖示為本田與豐田混合動力汽車的機電耦合結(jié)構(gòu)，請分析兩種混動結(jié)構(gòu)的特點，相同與不同之處。目錄導(dǎo)航第一節(jié) 混合動力汽車概述 第二節(jié) 混合動力汽車驅(qū)動系統(tǒng)基本構(gòu)造第三節(jié) 機械耦合器的結(jié)構(gòu) 第四節(jié) 典型混合

44、動力汽車分析第二章 混合動力汽車44 左圖-發(fā)動機右上圖-電動機與傳動總成右下圖-動力控制總成圖2-65凱美瑞混合動力汽車的動力總成圖2-64豐田凱美瑞混合動力汽車動力總成組成示意圖1-阿特金森循環(huán)發(fā)動機 2-電力電子控制器 3-雙同步交流電機 4-HV鎳氫蓄電池一、豐田凱美瑞THS-混合動力汽車混合動力版凱美瑞是前置前驅(qū)式轎車，使用豐田混合動力系統(tǒng)THS-II。該系統(tǒng)對3 AZ-FXE發(fā)動機和P311混合動力傳動橋（混合動力車輛傳動橋總成）內(nèi)的高轉(zhuǎn)速、大功率電動機-發(fā)電機組（MG1和MG2）執(zhí)行最佳協(xié)同控制。第二章 混合動力汽車45 一、豐田凱美瑞THS-混合動力汽車THS-混合動力汽車的結(jié)

45、構(gòu)特點（1）優(yōu)良的行駛性能THS- II采用了由可將工作電壓升至最高電壓（直流650V）的增壓轉(zhuǎn)換器組成的變壓系統(tǒng)。可在高壓下驅(qū)動電機1 （MG1）和電機2（MG2 ），并以較小電流將與供電相關(guān)的電氣損耗降到最低。因此，可以使MG1和MG2高轉(zhuǎn)速、大功率工作。通過高轉(zhuǎn)速、大功率MG2和高效3 AZ-FXE發(fā)動機的協(xié)同作用，達(dá)到較高水平的驅(qū)動力，使車輛獲得優(yōu)良的行駛性能。（2）良好的燃油經(jīng)濟性 THS-II通過優(yōu)化MG2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)獲得高水平的再生能力，從而實現(xiàn)良好的燃油經(jīng)濟性。當(dāng)車輛怠速運轉(zhuǎn)時，發(fā)動機停止工作，并在發(fā)動機工作效率不良的情況下盡量停止發(fā)動機工作，車輛此時僅使用MG2來工作。在發(fā)動機

46、工作效率良好的情況下，發(fā)動機在發(fā)電的同時，使用MG1驅(qū)動車輛。因此，該系統(tǒng)以高效的方式影響驅(qū)動能量的輸入-輸出控制，以實現(xiàn)良好的燃油經(jīng)濟性。當(dāng) 車輛減速時，前輪的動能被回收并轉(zhuǎn)換為電能，通過MG2對HV蓄電池再充電。 （3）低排放THS-II車輛怠速運轉(zhuǎn)時，發(fā)動機停止工作，并在發(fā)動機工作效率不良的情況下盡量停止發(fā)動機工作，車輛此時僅使用MG2來工作，實現(xiàn)發(fā)動機尾氣的零排放。在發(fā)動機工作效率良好的情況下，發(fā)動機在發(fā)電的同時，使用MG1驅(qū)動車輛。這樣，發(fā)動機始終工作在燃燒效率最好的狀態(tài)，有效降低了排放。第二章 混合動力汽車46 2. THS- II的特征（1）THS-的II采用了由可將系統(tǒng)工作電壓

47、升至最高電壓（直流650V）的增壓轉(zhuǎn)換器和可將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的逆變器組成的變壓系統(tǒng)，為MG1和MG2提供系統(tǒng)電壓。（2）THS-功率耦合器采用雙排行星齒輪結(jié)構(gòu)，如圖2-66所示。在原功率耦合行星齒輪機構(gòu)上又增加了減速行星齒輪機構(gòu)，其目的是降低電機轉(zhuǎn)速，用來使高轉(zhuǎn)速、大功率的MG2最適合混合動力傳動橋內(nèi)的動力分配行星齒輪機構(gòu)。圖2-66雙行星齒輪組結(jié)構(gòu)示意圖第二章 混合動力汽車47 3. THS- II的結(jié)構(gòu)組成（1）電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)在THS- II中，帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成內(nèi)使用增壓轉(zhuǎn)換器。增壓轉(zhuǎn)換器將系統(tǒng)工作電壓升至最高電壓（直流650V）且逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，以在高壓下驅(qū)動MG1和M

48、G2，并以較小電流將與供電相關(guān)的電氣損耗降至最低，如圖2-68所示。因此，可以使MG1和MG2高轉(zhuǎn)速、大功率工作。 （2）無離合器傳動系統(tǒng)THS-的動力耦合與動力傳遞系統(tǒng)間沒有離合器，發(fā)動機、電機MG1和MG2都是通過行星齒輪將動力耦合至前驅(qū)動橋。變速桿位置傳感器輸出N位置信號，將逆變器（控制MG1和MG2）內(nèi)所有功率晶體管關(guān)閉，以在空檔位置切斷原動力，。從而切斷MG1和MG2操作，車輪處的原動力變?yōu)榱恪?（3）混合動力傳動橋 根據(jù)車輛駕駛條件，THS-II通過優(yōu)化方式結(jié)合發(fā)動機和MG2的原動力來驅(qū)動車輛。在該系統(tǒng)中，發(fā)動機動力是基礎(chǔ)。混合動力傳動橋總成內(nèi)的動力分配行星齒輪機構(gòu)將發(fā)動機動力分成

49、兩路：一路用來驅(qū)動車輪；另一路用來驅(qū)動MG1。因此，MG1可作為發(fā)電機使用，為電池充電。圖2-67THS-混合動力汽車的基本組成裝置第二章 混合動力汽車48 THS- II混合動力傳動橋總成混合動力傳動橋總成主要由MG1, MG2、復(fù)合齒輪機構(gòu)（由電機減速行星齒輪機構(gòu)和動力分配行星齒輪機構(gòu)組成）、中間軸齒輪機構(gòu)以及差速器齒輪機構(gòu)組成，如圖2-69所示。發(fā)動機、MG1和MG2由行星齒輪機構(gòu)構(gòu)成的功率耦合器機械地連接在一起。功率耦合器由電機減速行星齒輪機構(gòu)和動力分配行星齒輪機構(gòu)組成。電機減速行星齒輪機構(gòu)降低MG2的轉(zhuǎn)速，動力分配行星齒輪機構(gòu)將發(fā)動機的原動力分成兩路：一路用來驅(qū)動車輪，另一路用來驅(qū)動

50、MG1在電機減速行星齒輪機構(gòu)中，太陽齒輪與MG2的輸出軸耦合在一起，且行星齒輪架固定。此外，復(fù)合齒輪機構(gòu)使用由2個行星齒圈、1個中間軸主動齒輪和1個駐車檔齒輪集成在一起的復(fù)合齒輪機構(gòu)。圖2-69混合動力傳動結(jié)構(gòu)示意圖第二章 混合動力汽車49 4. THS- II基本工作原理由圖2-66可知復(fù)合行星齒輪組結(jié)構(gòu)由功率耦合行星齒輪和電機MG2減速行星齒輪構(gòu)成，兩個行星齒輪共作用于一個齒圈形成對車輛的轉(zhuǎn)矩輸入或輸出。為較直觀看出行星齒輪上各個構(gòu)件的速度變化趨勢，復(fù)合行星齒輪可以等效為如圖2-72所示的杠桿。其齒圈為兩個行星齒輪共用，所以由一個速度表示。兩側(cè)的行星齒輪上不同的動力由車輛控制器控制速度和轉(zhuǎn)

51、矩的變化，受其關(guān)聯(lián)齒圈的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩既車速和車輪驅(qū)動力隨之改變。 圖2-72復(fù)合行星齒輪組無動力輸出時杠桿等效速度圖第二章 混合動力汽車50 混合動力傳動橋總成主要由MG1, MG2、復(fù)合齒輪機構(gòu)（由電機減速行星齒輪機構(gòu)和動力分配行星齒輪機構(gòu)組成）、中間軸齒輪機構(gòu)以及差速器齒輪機構(gòu)組成，如圖2-69所示。發(fā)動機、MG1和MG2由行星齒輪機構(gòu)構(gòu)成的功率耦合器機械地連接在一起。功率耦合器由電機減速行星齒輪機構(gòu)和動力分配行星齒輪機構(gòu)組成。電機減速行星齒輪機構(gòu)降低MG2的轉(zhuǎn)速，動力分配行星齒輪機構(gòu)將發(fā)動機的原動力分成兩路：一路用來驅(qū)動車輪，另一路用來驅(qū)動MG1在電機減速行星齒輪機構(gòu)中，太陽齒輪與MG2的

52、輸出軸耦合在一起，且行星齒輪架固定，結(jié)構(gòu)如圖2-70所示。此外，復(fù)合齒輪機構(gòu)使用由2個行星齒圈、1個中間軸主動齒輪和1個駐車檔齒輪集成在一起的復(fù)合齒輪機構(gòu)。 第二章 混合動力汽車51 THS-II在車輛的不同工作狀態(tài)下的動力傳遞路線與速度關(guān)系（1）起步工況圖2-74汽車起步時動力傳統(tǒng)路線與發(fā)動機、MG1和MG2三者的速度關(guān)系第二章 混合動力汽車52 當(dāng)車輛起動時，THS- II僅使用由HV蓄電池提供能量的電動機（MG2）的動力起動，此 時動力傳統(tǒng)路線與發(fā)動機、MG1和MG2三者的速度關(guān)系此時發(fā)動機并不運轉(zhuǎn)，如圖2-74所示。因為發(fā)動機不能在低轉(zhuǎn)速輸出大轉(zhuǎn)矩，而電動機可以靈敏、順暢、高效地進行起

53、動。 注意：點火起動時，發(fā)動機將進行運轉(zhuǎn)，直至充分預(yù)熱。THS-II在車輛的不同工作狀態(tài)下的動力傳遞路線與速度關(guān)系（1）起步工況圖2-74汽車起步時動力傳統(tǒng)路線與發(fā)動機、MG1和MG2三者的速度關(guān)系第二章 混合動力汽車53 THS-II在車輛的不同工作狀態(tài)下的動力傳遞路線與速度關(guān)系THS- II利用發(fā)動機在能產(chǎn)生最高效功率的速度帶驅(qū)動。由發(fā)動機產(chǎn)生的動力直接驅(qū)動車輪，依照駕駛狀況部分動力被分配給發(fā)電機，如圖2-75所示。由發(fā)電機產(chǎn)生的動力用來驅(qū)動電動機和輔助發(fā)動機。利用發(fā)動機和電動機這一雙重傳動系統(tǒng)，發(fā)動機產(chǎn)生的動力以最小消耗被傳向地面。（2）一般行駛圖2-75一般行駛時動力傳遞路線與發(fā)動機、

54、MG1MG2關(guān)系圖第二章 混合動力汽車54 THS-II在車輛的不同工作狀態(tài)下的動力傳遞路線與速度關(guān)系節(jié)氣門全開行駛在車輛爬陡坡及超車時，THS- II利用HV蓄電池和發(fā)動機兩者提供雙動力TTHS- II得以實現(xiàn)與高一級發(fā)動機同等水平的強勁而流暢的加速性能，其工作原理如圖2-76所示。（3）節(jié)氣門全開行駛圖2-76全負(fù)荷時動力傳遞路線和發(fā)動機、MG1MG2三者關(guān)系第二章 混合動力汽車55 THS-II在車輛的不同工作狀態(tài)下的動力傳遞路線與速度關(guān)系減速和制動當(dāng)駕駛?cè)怂砷_加速踏板或踩制動踏板時，THS-II使車輪的旋轉(zhuǎn)力帶動電動機（MG2）運轉(zhuǎn)，將其作為發(fā)電機使用。減速時通常作為摩擦熱散失掉的能量

55、，在此被轉(zhuǎn)換成電能，回收到HV蓄電池中進行再利用，如圖2-77所示。（4）減速和制動圖2-77 減速時動力傳遞路線與發(fā)動機MG1MG2三者關(guān)系第二章 混合動力汽車56 二、寶馬X6混合動力汽車主動變速器1. 寶馬動力混合結(jié)構(gòu)的組成與特點BMW activehybrid X6是一款SUV轎車，如圖2-78所示。作為全混合動力驅(qū)動的全能轎跑車，結(jié)合使用V8發(fā)動機和電動驅(qū)動裝置。該車可以通過純電動方式、內(nèi)燃機驅(qū)動和使用兩種動力混合驅(qū)動的方式。采用純電動，無二氧化碳排放的驅(qū)動方式時，最高車速可達(dá)60km/h,。內(nèi)燃機會根據(jù)負(fù)荷要求起動并能在低于65km/h的滑行階段自動關(guān)閉。圖2-78 BMW act

56、ivehybrid X6圖2-79 E72混合動力變速器結(jié)構(gòu)剖視圖1-電機(EM)A 與功率耦合行星齒輪組 2-電機(EM)B 3-液壓泵電動機 4-轉(zhuǎn)矩耦合行星齒輪組第二章 混合動力汽車57 寶馬動力混合結(jié)構(gòu)的組成與特點1. 寶馬動力混合結(jié)構(gòu)的組成與特點E72變速箱為混合動力主動變速器，其整體結(jié)構(gòu)剖視如圖2-79所示，變速器由兩個電動機、三組行星齒輪機械結(jié)構(gòu)和液壓操縱裝置構(gòu)成，變速器機械結(jié)構(gòu)、電機結(jié)構(gòu)的連接關(guān)系及元件名稱如圖2-80所示。行星齒輪組位置關(guān)系、離合器與制動器位置關(guān)系如圖2-81所示。圖2-80變速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)連接關(guān)系圖1-發(fā)動機 2-曲軸 3-雙質(zhì)量飛輪 4-變速器輸入軸 5-行

57、星齒輪組1 6-行星齒輪組2 7-行星齒輪組3 8變速器輸出軸 9-離合器2 10-制動器2 11-電機B 12-制動器1 13-離合器1 14-電機A 15-液壓泵 16-液壓泵驅(qū)動電動機圖2-79 E72混合動力變速器結(jié)構(gòu)剖視圖1-電機(EM)A 與功率耦合行星齒輪組 2-電機(EM)B 3-液壓泵電動機 4-轉(zhuǎn)矩耦合行星齒輪組第二章 混合動力汽車58 圖2-82變速器行星齒輪組位置示意圖1-行星齒輪組1 2-行星齒輪組2 3-行星齒輪組3圖2-81離合器與制動器位置示意圖1-離合器1 2-制動器1 3-制動器2 4離合器2E72主動變速器的工作特點當(dāng)行星齒輪機械變速結(jié)構(gòu)處于完全機械傳動時

58、，具有四個固定的傳動比。當(dāng)兩個電機的動力分別作用在不同的行星齒輪結(jié)構(gòu)上，使變速器固定傳動比具有連續(xù)變化的功能。由于變速器中增加了電機對傳動比進行電動轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了速比的連續(xù)變化，該變速器又被稱為E-CVT。從圖2-82可以看到兩個電機分別置于兩個功能不同的行星齒輪組。EMA置于行星齒輪組1和行星齒輪組2之間，可將發(fā)動機功率與電機A功率耦合并向下一級傳動機構(gòu)傳遞；EMB置于行星齒輪組2與星齒輪組3之間，可將前級傳遞過來的轉(zhuǎn)矩與電機B的轉(zhuǎn)矩疊加送至輸出軸。兩個電機既可單獨以功率耦合模式驅(qū)動（EMA參與的ECVT2），又可以(EMB參與的ECVT1)轉(zhuǎn)矩耦合模式驅(qū)動，使得變速器具有兩個不同

59、的混合動力耦合的驅(qū)動形式，又被稱為雙模主動變速器。圖2-79 E72混合動力變速器結(jié)構(gòu)剖視圖1-電機(EM)A 與功率耦合行星齒輪組 2-電機(EM)B 3-液壓泵電動機 4-轉(zhuǎn)矩耦合行星齒輪組第二章 混合動力汽車59 E72主動變速器的工作特點變速器中兩個電機位置如圖2-83所示，電機A的功率為67KW/9100rpm，電機B的功率為63KW/8600rpm，其功能相近，都具有電驅(qū)動和發(fā)電的功能，但電機應(yīng)用區(qū)域不一樣，功能略有區(qū)別。電機A主要應(yīng)用范圍是發(fā)電、高速域的混合驅(qū)動。電機B的主要應(yīng)用在低速起步、發(fā)動機起動、低速域發(fā)動機與電動機的混合驅(qū)動、制動能量回收利用等。圖2-83 電機位置示意圖

60、1-電機A 2-電機B 3-電機B轉(zhuǎn)子 4-變速器輸出軸 5-變速器轉(zhuǎn)速傳感器 6-電機B定子 7電機A接線端子 8-電機A定子圖2-79 E72混合動力變速器結(jié)構(gòu)剖視圖1-電機(EM)A 與功率耦合行星齒輪組 2-電機(EM)B 3-液壓泵電動機 4-轉(zhuǎn)矩耦合行星齒輪組第二章 混合動力汽車60 2.寶馬X6混合動力變速器工作原理 （1）1檔傳動比為3.889，機械變速發(fā)動機動力一檔傳動路線如圖2-84所示。離合器1動作接合，將行星齒輪組2的齒圈與太陽輪剛性聯(lián)接，則該行星齒輪組傳動比為1；制動器2動作將轉(zhuǎn)行星齒輪3的齒圈制動。則發(fā)動機動力經(jīng)前兩級行星齒輪組傳遞至行星輪齒輪組3，并經(jīng)行星齒輪組3