并联式混合动力汽车传动系统结构分析

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1、轻型汽车技术2011(5／6)总261／262技术纵横17并联式混合动力汽车传动系统结构分析占泽晟杜晓梅贾辉(武汉理工大学汽车工程学院现代汽车零部件技术湖北省重点实验室)摘要分析混合动力汽车传动系统的结构，是对混合动力车辆进行选型、优化设计及控制策略开发的基础，对整个汽车产品结构的创新设计也具有十分重要的意义。本文对比分析了几种常见的并联式混合动力传动系统的结构及其工作原理，建立了传统发动机、动力耦合装置、动力传输装置以及电动机／发电机之间的关系模型，为并联式混合动力车辆传动系统的设计和控制策略提供了参考依据。关键词：混合动力传动系统优化设计混合动力汽车

2、的传动系统与传统燃油汽车一1转矩耦合的并联式混合动力样，都是将动力源提供的动力通过机械传动装置传递到车轮上。由于混合动力车辆的动力源是传统的传动系统内燃机和由电池带动的电机组成，因此它们的动力转矩耦合是将发动机和电动机的扭矩加剑一通常由机械耦合装置合并并进行传输，即发动机和起或将发动机的转矩分成两部分：一部分用于推动电动机提供的动力是通过机械耦合方式耦合在一起车辆行驶，另一部分则给电池充电。机械转矩耦合的，其结构原理如图1所示。将发动机和电动机的动的原理图如图2所示，此种状态下发动机和电动机力进行机械耦合有以下三种不同的方式：转矩耦合同时提供动力，并将其

3、传递到机械传动系统。如果方式、速度耦合方式以及转矩耦合与速度耦合并存忽略传递过程中的损耗，输出的转矩和速度可以表的方式示为：T：kT+k2Tn2：一inl：KlK2其中，k和k：是由转矩耦合参数确定的常数嚣常见的机械转矩耦合器工作原理图如3所示。在混合动力汽车中转矩耦合有多种结构形式，通常可以分为两轴的和一轴的两种形式。耦合器的不同位置以及齿轮的不同结合方式都会产生不同的牵引特性，因此常需根据车辆牵引的需求、发动机性能以及电机特性等因素来选取合适的耦合方式传输池充电图1并联式混合动力传动系统结构示意图图2转矩耦合原理图18技术纵横轻型汽车技术2011(5

4、／6)总26i／262速范围内工作，即高速电机也可以在这种结构中使用。因此这种配置适用于低速发动机与电动机一起===》《⋯‘取二攀：毋使用，在低速时使用多级传递来提高车辆牵引力。七'-妻量．=量鲁·=鲁‘老zl-矗轮曲囊量图3常见的机械转矩耦合器工作原理图两轴机械转矩耦合器的结构形式如图4所示，两个变速器分别安装在发动机和转矩耦合器之间以及电机和转矩耦合器之间。这两个变速器既可以是单级传动也可以是多级传动。由于多级齿轮传输能图5两轴式转矩耦合器的另一种结构够提供更大范围的牵引力输出，因此这种条件下车辆的传动效能和整体性能就要优于其他的形式，并并联式混合动

5、力转矩耦合器的另一种形式：单且也为发动机和电气牵引系统(电机和电池)工作轴式结构是一种简单紧凑的配置，其中电动机的转在其最佳区域提供了更多的机会。这种结构形式也子即是转矩耦合器，其结构如图6、7、8所示。图6为发动机和电动机设计及选择提供了更大的灵活中，变速器安装在电动机之后，并通过离合器与发性。它的缺点就是整个传动系统结构较为复杂。在实动机连接，即变速器后置式；图7中，变速器放在发际混合动力传动系统中，变速器1通常用单级齿轮动机和电动机之间，即变速器前置式。传动，而变速器2多用多级齿轮传动。因为单级齿轮传动可充分发挥电机在低速时高转矩特性的内在优势，而

6、多级齿轮传输可以弥补发动机转速一扭矩特性的一些缺陷(发动机高转速时扭矩不增加等)，此时多级齿轮传动可以提高发动机的效率，从而也可以降低电池的放电量。另一种两轴转矩耦合器结构如图5所示，其中变速器位于转矩耦合器和驱动轴之间。在传递驱动力时，它同时加强了发动机和电动机的扭矩。此时电动机和发动机可以在不同的转图6变速器后置式转矩耦合图7变速器前置式转矩耦合在变速器后置的结构中，发动机的转矩和电机图4两轴式转矩耦合器结构转矩都通过变速器来传输，这就要求发动机和电机轻型汽车技术2011(5／6)总261／262技术纵横19必须有相同的速度范围。这种结构通常是在小功

7、率阳轮，齿圈以及行星齿轮的传动而输出的。该常数电机的情况下使用，称为轻度混合动力传动系统，其K和K取决于齿轮的半径和齿数。中电机是作为发动机起动机、发电机和发动机的能量辅助以及回收再生制动能。而在图7所示的变速Tlnl·∞1器前置结构中，传动轴只改变发动机扭矩，而电动机速度·(1)转矩直接传递到驱动车轮。这种配置常用于大功率T。(1)越耦合器电机的传动系统中，传输仅用于改变发动机的工作管点，提高车辆性能和发动机的运行效率。在这种结构图9速度耦合器原理图中，当汽车处于停止状态时，发动机不能作为发电机运行电动机给电池充电。蚕图8分离轴式转矩耦合另一种单轴式转

8、矩耦合的传动系统是分离轴结构的，如图8所示。两个独立的变速器分别由发动机图10带