汽車構(gòu)造（下冊） 第4版 課件 第19章 電力及混合動力傳動系統(tǒng)

第19章

電力及混合動力傳動系統(tǒng)第一節(jié)

電動汽車動力傳動系統(tǒng)隨著電力驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展進步和現(xiàn)代社會對節(jié)能減排日益強烈的要求,近年來,我國純電動及混合動力電動汽車發(fā)展迅速,從2008年的年產(chǎn)不足千輛,發(fā)展到2018年全國新能源汽車保有量占汽車總量的1.09%,其中,純電動汽車保有量211萬輛,占新能源汽車總量的81.06%。電動汽車一般應(yīng)用電力或混合動力傳動系統(tǒng),主要分為電機集中驅(qū)動系統(tǒng)和分布式驅(qū)動系統(tǒng)。19.1電動汽車動力傳動系統(tǒng)19.1電動汽車動力傳動系統(tǒng)早期的電動汽車多數(shù)利用傳統(tǒng)燃油汽車底盤進行改裝,用一臺電機取代原有的發(fā)動機而沿用原有汽車傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和布置形式,可以采用前置前驅(qū)(圖19-1a)、前置后驅(qū)(圖19-1b)、中置后驅(qū)(圖19-1c)或后置后驅(qū)(圖19-1d)等多種布置形式。一、電機集中動力驅(qū)動系統(tǒng)的布置形式圖19-1a)前置前驅(qū)b)前置后驅(qū)c)中置后驅(qū)d)后置后驅(qū)B—電池組I—電能轉(zhuǎn)換器M—驅(qū)動電機T—變速器D—驅(qū)動橋19.1電動汽車動力傳動系統(tǒng)圖19-2所示為電驅(qū)動公司的電機一體化驅(qū)動系統(tǒng)。該系統(tǒng)在電機輸出軸端加裝特制殼體,殼體內(nèi)部裝置主減速齒輪和差速器齒輪構(gòu)成的傳動系統(tǒng),這種電機、電機控制器、減速傳動機構(gòu)集成一體化的驅(qū)動系統(tǒng)具有緊湊,安裝、改裝、使用及維修都十分方便等特點,適用于多種電動車輛。還有一類電機布置形式可以在專用電機的內(nèi)部設(shè)計一個特殊的空心軸,一個半軸可以穿過空心軸與差速器半軸齒輪連接,實現(xiàn)電機的軸與傳動系統(tǒng)的軸在同一條軸線上。此類一體化電機集中驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊,裝配更方便。圖19-3所示為豐田公司RAV4-EV電動汽車的電機一體化驅(qū)動系統(tǒng)。一、電機集中動力驅(qū)動系統(tǒng)的布置形式圖19-219.1電動汽車動力傳動系統(tǒng)圖19-2所示為電驅(qū)動公司的電機一體化驅(qū)動系統(tǒng)。該系統(tǒng)在電機輸出軸端加裝特制殼體,殼體內(nèi)部裝置主減速齒輪和差速器齒輪構(gòu)成的傳動系統(tǒng),這種電機、電機控制器、減速傳動機構(gòu)集成一體化的驅(qū)動系統(tǒng)具有緊湊,安裝、改裝、使用及維修都十分方便等特點,適用于多種電動車輛。還有一類電機布置形式可以在專用電機的內(nèi)部設(shè)計一個特殊的空心軸,一個半軸可以穿過空心軸與差速器半軸齒輪連接,實現(xiàn)電機的軸與傳動系統(tǒng)的軸在同一條軸線上。此類一體化電機集中驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊,裝配更方便。圖19-3所示為豐田公司RAV4-EV電動汽車的電機一體化驅(qū)動系統(tǒng)。一、電機集中動力驅(qū)動系統(tǒng)的布置形式圖19-31—左驅(qū)動半軸2—驅(qū)動橋差速器3—電機空心軸4—右驅(qū)動半軸5—電機轉(zhuǎn)子19.1電動汽車動力傳動系統(tǒng)隨著驅(qū)動電機功率和轉(zhuǎn)矩的增大,電機的直徑也增大,增加了其在車輛底盤上的布置難度,大型車輛也可以采用雙電機驅(qū)動系統(tǒng)。在主電機和輔助電機之間裝有單向離合器,正常行駛時用主電機驅(qū)動;在加速或者爬坡時,輔助電機通過單向離合器為主電機提供輔助驅(qū)動力。采用雙電機驅(qū)動的車輛也可以在左、右兩側(cè)半軸分別連接兩個互相反向轉(zhuǎn)動的電機(圖19-4),通過控制左、右電機的控制器來實現(xiàn)電動汽車在轉(zhuǎn)彎時兩個驅(qū)動輪之間的差速運動協(xié)調(diào)。一、電機集中動力驅(qū)動系統(tǒng)的布置形式圖19-41—左半軸2—左永磁驅(qū)動電機3—左、右電機的控制器4—右永磁驅(qū)動電機5—右半軸19.1電動汽車動力傳動系統(tǒng)上述電動汽車驅(qū)動形式沿用了傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車平臺的大部分總成和零部件,驅(qū)動輪的變速運動和差速運動可以依靠傳統(tǒng)變速器和驅(qū)動橋中的機械式差速器來實現(xiàn),可以降低對電機的性能要求,易于實現(xiàn)電機的控制、散熱、電磁干擾等,裝置較為簡單,便于管理和維修。但是,全部保留燃油車的傳動系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大,造成電動汽車動力蓄電池、電機控制器等裝置的布置困難,而且傳統(tǒng)車基于離合器-變速器-傳動軸-驅(qū)動橋的動力傳動系統(tǒng)效率比較低,降低了電動汽車的經(jīng)濟性。一、電機集中動力驅(qū)動系統(tǒng)的布置形式19.1電動汽車動力傳動系統(tǒng)分布式電力驅(qū)動系統(tǒng)是指電力由動力線束直接傳輸?shù)桨惭b在車輪邊的驅(qū)動電機,分散的由裝于各個車輪處的電機來驅(qū)動整車,其布置形式如圖19-5所示。分布式驅(qū)動系統(tǒng)可以減少傳統(tǒng)的機械傳動系統(tǒng)的離合器、變速器、傳動軸、驅(qū)動橋等機械裝置和相應(yīng)操縱機構(gòu),可以降低整備質(zhì)量;還可以減少電機驅(qū)動系統(tǒng)占用車身內(nèi)部的有效空間,將全部動力蓄電池、電機控制器等電力驅(qū)動裝置集中布置在電動汽車底盤下部,使車輛具有更大的使用空間;而且這種布置形式易于實現(xiàn)AWD的驅(qū)動模式。二、分布式電力驅(qū)動系統(tǒng)的布置形式圖19-5a)輪轂電機驅(qū)動布置形式b)帶輪邊減速的輪轂電機驅(qū)動布置形式19.1電動汽車動力傳動系統(tǒng)分布式輪邊驅(qū)動系統(tǒng)在商用車應(yīng)用較多,不僅可以滿足商用車低地板的要求,增加通道寬度,并且效率比傳統(tǒng)集中驅(qū)動要高,更能適應(yīng)路況復(fù)雜性。圖19-6所示為宇通輪邊驅(qū)動系統(tǒng)。二、分布式電力驅(qū)動系統(tǒng)的布置形式圖19-6更加緊湊的解決方案是輪轂電機驅(qū)動。圖19-7所示為Protean第四代輪轂電機,其輸出轉(zhuǎn)矩達(dá)到1250N·m,峰值功率80kW,電機質(zhì)量36kg。該方案將驅(qū)動電機、制動系統(tǒng)一起集成在輪轂內(nèi),具有很高的集成度。制動器從輪輞側(cè)被移至車身內(nèi)側(cè),改善了制動器散熱問題。制動片呈環(huán)形,為輪轂電機與懸架連接避讓了空間。并且為滿足不同車輛對制動力的需求,采用了兩個反向制動卡鉗進行制動。雙制動鉗方案不僅可以平衡制動力矩、減少彎曲力矩,還可以有效縮小環(huán)形制動片摩擦處的徑向長度,以滿足安裝需求。圖19-71—輪轂電機2—制動片3—制動卡鉗第二節(jié)

混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)19.2混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)混合動力汽車也稱混合動力電動汽車(HybridElectricalVehicle,HEV),是指同時裝有熱動力源和電動力源兩種動力來源的汽車,其中熱動力源一般指傳統(tǒng)內(nèi)燃機(如汽油機或柴油機),電動力源指電池與電機?；旌蟿恿ζ嚨膭恿ο到y(tǒng)按照實際的整車運行工況,靈活調(diào)控電機和發(fā)動機,使車輛保持在綜合性能最佳的區(qū)域內(nèi)工作,可以有效降低油耗與排放?；旌蟿恿ζ嚰婢呒冸妱榆嚭蛡鹘y(tǒng)內(nèi)燃機汽車的優(yōu)點,燃油經(jīng)濟性高,行駛性能優(yōu)越。在起步、加速時,電機可有效地彌補內(nèi)燃機低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩不足的弱點,以降低油耗。此外,車輛在低速擁堵路段或怠速時,發(fā)動機不參與工作,由純電力驅(qū)動實現(xiàn)“零排放”,低噪聲行駛。一、混合動力汽車傳動系統(tǒng)的分類根據(jù)混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的連接方式不同,可分為串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)、并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)和混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)。19.2混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖19-8所示。串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)一般由電機和發(fā)動機-發(fā)電機組組成。由發(fā)動機直接帶動發(fā)電機發(fā)電,產(chǎn)生的電能可以供給電機驅(qū)動整車行駛或儲存到電池,留待為電機供電。通常將發(fā)動機和發(fā)電機集成在一起稱為輔助動力單元(APU)。二、串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)(一)串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖19-819.2混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)當(dāng)整車所需的功率比較大時(如汽車起步、加速、高速行駛、爬坡等工況),由發(fā)動機-發(fā)電機組和電池共同向電機提供電能;當(dāng)整車所需的功率比較小時(如汽車減速滑行、低速行駛或短時停車等工況),則由電池組驅(qū)動電機。發(fā)動機-發(fā)電機組是否向電池組充電、充電功率大小由電池組的荷電狀態(tài)決定。二、串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)(一)串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)串聯(lián)式混合動力汽車的發(fā)動機和整車傳動系統(tǒng)沒有直接的機械連接,實現(xiàn)了發(fā)動機轉(zhuǎn)速和車速的解耦。適用于城市內(nèi)頻繁起步和低速工況,避免了發(fā)動機的怠速和低速運轉(zhuǎn)的工況,可以將發(fā)動機調(diào)整在最佳工況點附近穩(wěn)定運轉(zhuǎn),通過調(diào)整電池的充、放電工作狀態(tài)來匹配發(fā)動機輸出功率和整車功率需求,燃油轉(zhuǎn)化效率高,但是發(fā)動機產(chǎn)生的能量需經(jīng)過機械能-電能-機械能這樣的多次轉(zhuǎn)換才能驅(qū)動整車,能量傳遞效率較低,在城市公交上的應(yīng)用比較多。19.2混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)二、串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)(二)串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的典型車型通用汽車公司的Series-SHEV汽車動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖19-9所示,這款車采用柴油機-發(fā)電機組作為輔助動力單元。安裝在行李艙的前部的渦輪增壓直噴式柴油發(fā)動機3具有尺寸小、質(zhì)量小和燃燒效率高等特點。動力蓄電池組1采用鎳氫電池,由中央控制器5中的電池管理模塊控制,對動力蓄電池組的充、放電,動力蓄電池組中每個電池狀態(tài)進行監(jiān)控和檢查。驅(qū)動電機6采用100kW交流感應(yīng)電機,經(jīng)過減速器后驅(qū)動前輪行駛。1.通用汽車公司的Series-SHEV汽車圖19-91—動力蓄電池組2—電流轉(zhuǎn)換器3—柴油發(fā)動機4—發(fā)電機5—中央控制器6—驅(qū)動電機7—車載充電機19.2混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)二、串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)(二)串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的典型車型柴油機-發(fā)電機組發(fā)電采取開關(guān)門限式(也稱節(jié)溫器式)的控制方法,根據(jù)電池的荷電狀態(tài)控制發(fā)動機的起動和關(guān)閉,當(dāng)動力蓄電池組的電能下降到40%時,立即自動起動柴油機-發(fā)電機組進行發(fā)電,并使動力蓄電池組恢復(fù)到50%的荷電狀態(tài)。發(fā)動機在工作中保持在最佳效率范圍內(nèi)運轉(zhuǎn),此區(qū)域內(nèi)柴油機的燃油經(jīng)濟性好,可以保持柴油機在最佳燃油經(jīng)濟性和有害氣體最低排放的條件下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)和發(fā)電。1.通用汽車公司的Series-SHEV汽車圖19-91—動力蓄電池組2—電流轉(zhuǎn)換器3—柴油發(fā)動機4—發(fā)電機5—中央控制器6—驅(qū)動電機7—車載充電機19.2混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)二、串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)(二)串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的典型車型2014年,寶馬推出寶馬i3增程混合動力汽車,在電池電量充足的情況下,驅(qū)動車輛的能量全部由電池提供;在電池電量不足時,該車工作為串聯(lián)模式,用雙缸發(fā)動機驅(qū)動增程電機發(fā)電為驅(qū)動電機提供電能。2.寶馬i3增程式混合動力汽車圖19-10寶馬i3增程混合動力汽車動力系統(tǒng)由高壓動力蓄電池、增程電機、主電機、一臺雙缸汽油發(fā)動機、傳動機構(gòu)、主電機控制器以及增程電機控制器等組成。雙缸汽油發(fā)動機、增程電機、主電機以及變速器傳動機構(gòu)位于車輛后軸上方;高壓電池模塊及電子控制裝置,則被安置在車體中央,并由特制的外殼和固定系統(tǒng)保護著,電池組容量44kW·h,可由地面充電樁或車載充電機充電。如果使用家庭220V電源充電,需要8h充滿,而在寶馬專用充電裝置下充電,只需1h。寶馬i3增程式混合動力汽車的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖19-10、圖19-11所示。19.2混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)二、串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)(二)串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的典型車型2014年,寶馬推出寶馬i3增程混合動力汽車,在電池電量充足的情況下,驅(qū)動車輛的能量全部由電池提供;在電池電量不足時,該車工作為串聯(lián)模式,用雙缸發(fā)動機驅(qū)動增程電機發(fā)電為驅(qū)動電機提供電能。2.寶馬i3增程式混合動力汽車圖19-111—高壓蓄電池2—雙缸汽油發(fā)動機3—增程電機4—增程電機控制器5—主電機控制器6—傳動機構(gòu)7—主電機寶馬i3增程混合動力汽車動力系統(tǒng)由高壓動力蓄電池、增程電機、主電機、一臺雙缸汽油發(fā)動機、傳動機構(gòu)、主電機控制器以及增程電機控制器等組成。雙缸汽油發(fā)動機、增程電機、主電機以及變速器傳動機構(gòu)位于車輛后軸上方;高壓電池模塊及電子控制裝置,則被安置在車體中央,并由特制的外殼和固定系統(tǒng)保護著,電池組容量44kW·h,可由地面充電樁或車載充電機充電。如果使用家庭220V電源充電,需要8h充滿,而在寶馬專用充電裝置下充電,只需1h。寶馬i3增程式混合動力汽車的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖19-10、圖19-11所示。19.2混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)三、并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)(一)并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)(圖19-12)有兩套驅(qū)動系統(tǒng):傳統(tǒng)的發(fā)動機系統(tǒng)和電機驅(qū)動系統(tǒng)。兩個系統(tǒng)呈并聯(lián)結(jié)構(gòu)、相互獨立,既可以同時協(xié)調(diào)工作,又可以各自單獨工作驅(qū)動汽車。圖19-1219.2混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)三、并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)(一)并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)并聯(lián)系統(tǒng)以發(fā)動機為主動力,以機械連接的方式直接驅(qū)動車輛,電機作為輔助動力,其作用是讓發(fā)動機盡量發(fā)揮高效工作狀態(tài),從而達(dá)到節(jié)油的效果。在汽車功率需求比較大時可以由發(fā)動機和電機聯(lián)合驅(qū)動行駛,如汽車加速爬坡時,電機和發(fā)動機能夠同時向傳動機構(gòu)提供動力,當(dāng)車速達(dá)到巡航速度,汽車將依靠發(fā)動機維持該速度。電機既可以作為電動機又可以作為發(fā)電機使用,以平衡發(fā)動機所受的載荷,使其能在高效率區(qū)域工作。并聯(lián)式系統(tǒng)由于保留了常規(guī)汽車的動力傳遞方式,發(fā)動機產(chǎn)生的機械能通過機械傳動機構(gòu)直接驅(qū)動車輛,車輛的能量傳遞效率較高。19.2混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)三、并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)(二)并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的典型車型福特汽車公司ProdigyLSR汽車是一種“低儲能(LSR)”型并聯(lián)式混合動力汽車,如圖19-13所示,采用小而輕的鎳氫電池(容量為4A·h)來儲存電能,使整車質(zhì)量降低,整車的整備質(zhì)量1083kg,比同期同類型的家庭型轎車輕約450kg。ProdigyLSR配置了一款直列4缸1.2L直噴式發(fā)動機。發(fā)動機輸出軸上裝有一臺交流電機,電機最大輸出功率僅為8kW,它代替發(fā)動機的飛輪和發(fā)動機的起動電動機,可以實現(xiàn)快速起動發(fā)動機,該電機可工作為電動機或者發(fā)電機,實現(xiàn)輔助發(fā)動機驅(qū)動或回收發(fā)動機動力為動力蓄電池組充電和再生制動功能。1.福特汽車公司ProdigyLSR汽車19.2混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)三、并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)(二)并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的典型車型ProdigyLSR為發(fā)動機前置前驅(qū)結(jié)構(gòu),如圖19-14所示,在發(fā)動機的輸出軸上裝有自動離合器、電機、后離合器、變速器、驅(qū)動橋,共同組成混合動力汽車動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。1.福特汽車公司ProdigyLSR汽車圖19-141—中央控制器2—發(fā)動機3—自動離合器4—電機5—后離合器6—變速器7—驅(qū)動橋8—電流轉(zhuǎn)換器9—動力蓄電池組19.2混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)三、并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)(二)并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的典型車型車輛起動前,自動離合器3接合,后離合器5分離,電機4帶動發(fā)動機2快速起動。發(fā)動機起動后,前、后離合器全部接合,發(fā)動機通過傳動系統(tǒng)驅(qū)動車輛行駛,并帶動電動/發(fā)電機發(fā)電,將多余的動力轉(zhuǎn)換為電能儲存到動力蓄電池組9中。車輛滑行或下坡時,自動離合器3分離,后離合器5接合,車輛慣性反饋的能量帶動電機4發(fā)電,將發(fā)出的電能儲存到動力蓄電池組9中,實現(xiàn)再生制動能量回收。1.福特汽車公司ProdigyLSR汽車19.2混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)三、并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)(二)并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的典型車型比亞迪是國內(nèi)較早的自主研發(fā)混合動力汽車的企業(yè),先后推出了兩代雙模(DM)家用轎車?！扒亍彼捎玫腄M二代技術(shù),是在比亞迪第一款雙模電動汽車F3DM的DM一代技術(shù)基礎(chǔ)上研發(fā)而成,相比第一代增加了六速變速器,對發(fā)動機工作區(qū)域調(diào)節(jié)能力更強;采用高轉(zhuǎn)速電機、高電壓方案,效率更優(yōu),兩代DM混合動力系統(tǒng)如圖19-15、圖19-16所示。2.比亞迪“秦”混合動力汽車圖19-151—發(fā)動機2、6—電機3—逆變器4—蓄電池組5—逆變器7—減速器圖19-161—發(fā)動機2—逆變器3—蓄電池組4—逆變器5—電機6—變速器(DCT)19.2混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)三、并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)(二)并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的典型車型雙?；旌蟿恿κ侵钙嚳梢砸约冸妱域?qū)動和混合驅(qū)動兩種模式工作。比亞迪“秦”混合動力系統(tǒng)的工作模式如下:2.比亞迪“秦”混合動力汽車1)純電動模式。純電動工作模式下,動力蓄電池提供電能,供電機驅(qū)動車輛,可以滿足各種工況行駛,如起步、倒車、怠速、急加速、勻速行駛等。2)混動模式?；靹幽Ｊ较?車輛由發(fā)動機和電機共同驅(qū)動,實現(xiàn)了最佳的動力性,但仍能保證混合動力系統(tǒng)具有良好的經(jīng)濟性。正常行駛工況下,用戶可以手動從EV模式切換到HEV模式。當(dāng)電池電量不足時,系統(tǒng)從EV模式自行切換到HEV模式,使用發(fā)動機驅(qū)動;在車輛以較穩(wěn)定的速度行駛時,發(fā)動機輸出的一部分轉(zhuǎn)矩會驅(qū)動電機進行發(fā)電,對動力蓄電池進行充電;而當(dāng)電驅(qū)動系統(tǒng)故障時,也可單獨使用發(fā)動機驅(qū)動,以減輕對整車的影響。19.2混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)四、混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)是串聯(lián)式與并聯(lián)式的綜合,其結(jié)構(gòu)示意圖如圖19-17所示?；炻?lián)式混合動力系統(tǒng)的特點在于結(jié)構(gòu)上綜合了并聯(lián)式和串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的特點,發(fā)動機系統(tǒng)和電機驅(qū)動系統(tǒng)通過動力耦合機構(gòu)(如行星齒輪機構(gòu))結(jié)合在一起,從而綜合調(diào)節(jié)發(fā)動機與電機之間的轉(zhuǎn)速關(guān)系。發(fā)動機發(fā)出的功率一部分通過機械傳動輸送給驅(qū)動橋,另一部分則驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。發(fā)電機發(fā)出的電能輸送給電機或蓄電池組,電機產(chǎn)生的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩通過動力耦合裝置傳動給驅(qū)動橋。與并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)相比,混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)可以更加靈活地根據(jù)工況來調(diào)節(jié)發(fā)動機的功率輸出和電機的運轉(zhuǎn)。圖19-17目前,混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)中,一般采用圓柱行星齒輪機構(gòu)作為動力分配裝置,實現(xiàn)能量分流和動力分配。19.2混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)四、混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)圖19-181—太陽輪2—行星架3—齒圈4—行星齒輪行星齒輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡圖如圖19-18所示。單排圓柱行星齒輪機構(gòu)由太陽輪1、行星齒輪4、行星架2和齒圈3等零件共同組成。單排圓柱行星齒輪機構(gòu)有三個輸出或輸入接口,可以有多種組合形式。全部齒輪布置在同一平面上,尺寸緊湊,結(jié)構(gòu)比較簡單,應(yīng)用廣泛。(一)單排圓柱行星齒輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式19.2混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)四、混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)單排圓柱行星齒輪機構(gòu)各元件之間的轉(zhuǎn)矩關(guān)系為(二)單排圓柱行星齒輪機構(gòu)的工作原理即:各元件之間的轉(zhuǎn)速關(guān)系(行星齒輪機構(gòu)的特性方程式)為:19.2混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)四、混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)單排圓柱行星齒輪機構(gòu)必須將太陽輪、齒圈、行星架三個原件中的一個加以固定,或者將某兩個元件相互連接在一起,輸入與輸出才能獲得一定的傳動比。(三)單排圓柱行星齒輪機構(gòu)的傳動規(guī)律與傳動比的計算單排圓柱行星齒輪機構(gòu)傳動比的計算方式有兩種:一種是根據(jù)單排圓柱行星齒輪機構(gòu)的特性方程式計算行星齒輪機構(gòu)的傳動比;另一種是利用杠桿法計算單排圓柱行星齒輪機構(gòu)的傳動比。19.2混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)四、混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)(三)單排圓柱行星齒輪機構(gòu)的傳動規(guī)律與傳動比的計算1.利用特性方程式計算行星齒輪機構(gòu)的傳動比19.2混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)四、混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)(三)單排圓柱行星齒輪機構(gòu)的傳動規(guī)律與傳動比的計算單排行星結(jié)構(gòu)可以用一個簡單桿模型來表示。在桿模型中,三個結(jié)點分別為齒圈(r)、行星架(c)和太陽輪(s);齒圈和行星架之間的桿長度定義為1,則行星架和太陽輪之間的桿長度等同于齒圈與太陽輪齒數(shù)的比值α。行星齒輪的各元件的轉(zhuǎn)矩簡化為桿模型中各相應(yīng)結(jié)點處的水平作用力,桿模型中的各結(jié)點處的水平位移代表了行星輪系中各元件的齒輪旋轉(zhuǎn)速度。線段相對于垂直杠桿的位置表示構(gòu)件的轉(zhuǎn)向,當(dāng)線段位于杠桿右側(cè)時表示構(gòu)件正轉(zhuǎn),線段位于杠桿左側(cè)時,表示構(gòu)件反轉(zhuǎn)。圖19-19所示為行星齒輪機構(gòu)杠桿法分析原理圖。2.利用杠桿法計算行星齒輪機構(gòu)的傳動比圖19-1919.2混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)四、混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)(三)單排圓柱行星齒輪機構(gòu)的傳動規(guī)律與傳動比的計算利用三角形相似原理可得太陽輪、行星齒輪、齒圈之間的轉(zhuǎn)速關(guān)系為2.利用杠桿法計算行星齒輪機構(gòu)的傳動比所以：利用杠桿平衡原理可得太陽輪、行星齒輪、齒圈之間的轉(zhuǎn)矩關(guān)系19.2混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)四、混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)(三)單排圓柱行星齒輪機構(gòu)的傳動規(guī)律與傳動比的計算行星齒輪各元件分別作為制動件時的杠桿圖見表19-1。2.利用杠桿法計算行星齒輪機構(gòu)的傳動比19.2混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)四、混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)(四)混合動力汽車中行星齒輪式動力耦合器的組合形式混合動力汽車中采用行星齒輪機構(gòu)作為動力耦合器時,行星齒輪機構(gòu)可以采用不同的連接方式與混合動力汽車中的發(fā)動機、電動機(或者發(fā)電機)和驅(qū)動電機進行連接。行星齒輪機構(gòu)與發(fā)動機、電動機和發(fā)電機有6種不同的連接方式(見表19-2),適合車輛應(yīng)用的有兩種:a、b。注:1為發(fā)動機;2為MG1;3為MG2;4為輸出軸;MG1與MG2都是驅(qū)動電機/發(fā)電機。19.2混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)四、混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)(四)混合動力汽車中行星齒輪式動力耦合器的組合形式表19-2中圖a是豐田Prius混合動力系統(tǒng)THS(ToyotaHybirdSystem)的連接形式,在THS混合動力系統(tǒng)中,發(fā)動機的輸出軸與行星齒輪機構(gòu)中的行星架相連,MG1與太陽輪相連,MG2與齒圈相連,詳見圖19-20、圖19-21、圖19-22、圖19-23所示。

圖19-201—發(fā)動機2—扭轉(zhuǎn)減振器3—MG14—行星齒輪機構(gòu)5—MG26—鏈傳動7—中間齒輪8—主減速器9—驅(qū)動橋

圖19-211—發(fā)動機2—MG13—行星齒輪機構(gòu)4—MG25—鏈傳動

圖19-221—MG12—行星齒輪機構(gòu)3—MG2

圖19-231—齒圈2—行星齒輪3—太陽輪19.2混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)四、混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)(四)混合動力汽車中行星齒輪式動力耦合器的組合形式表19-3中利用杠桿法介紹了豐田Prius的幾種典型工況,箭頭方向指向垂直杠桿時表示從動輸出(即從動),箭頭方向背向垂直杠桿時表示主動輸入(即驅(qū)動)。MG1、MG2主動輸入時作為電動機消耗電能,從動時作為發(fā)電機產(chǎn)生電能。19.2混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)四、混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)(四)混合動力汽車中行星齒輪式動力耦合器的組合形式19.2混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)四、混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)(四)混合動力汽車中行星齒輪式動力耦合器的組合形式19.2混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)四、混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)(四)混合動力汽車中行星齒輪式動力耦合器的組合形式1)純電動模式。車輛在低負(fù)荷情況下工作時,由于發(fā)動機在低負(fù)荷工況時處在高油耗、高排放污染區(qū)域,所以此時控制發(fā)動機不運行,而是通過蓄電池向MG2提供電能驅(qū)動車輛行駛,MG1反向旋轉(zhuǎn)但不發(fā)電。2)發(fā)動機起動工況。當(dāng)電源控制ECU模塊監(jiān)測到加速踏板開度加大需要起動發(fā)動機提供更多的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩時,主ECU便控制蓄電池向MG1供電,使MG1先停止反向轉(zhuǎn)動,再使得MG1以較低轉(zhuǎn)速正向旋轉(zhuǎn)從而起動發(fā)動機;然后當(dāng)電源控制ECU模塊接收到發(fā)動機已經(jīng)運轉(zhuǎn)的信號后會立即切斷MG1的驅(qū)動電流,已經(jīng)起動的發(fā)動機帶動MG1正向旋轉(zhuǎn)從而將其轉(zhuǎn)換成發(fā)電機對蓄電池進行充電。3)發(fā)動機和MG2共同驅(qū)動。車輛在正常行駛狀態(tài)時