混合動力電動汽車動力耦合裝置分析

王磊

摘 要：混合動力電動汽車的發(fā)動機和電動機的布置多種多樣，但這兩個動力源輸出的動力必須進行有效的耦合，特別是在發(fā)動機與電動機聯(lián)合驅(qū)動的時候，兩動力源的配合尤為重要，并不是簡單的將發(fā)動機驅(qū)動與電動機驅(qū)動單獨的加裝到同一輛汽車上。通過對動力耦合裝置進行分析，可以根據(jù)設(shè)計需求選擇合適的動力耦合裝置。

關(guān)鍵詞：混合動力；汽車；動力耦合裝置

1 動力耦合裝置的功能

混合動力汽車的發(fā)動機與電動機的動力耦合離不開動力耦合機構(gòu)，不同動力耦合機構(gòu)的耦合方式及其結(jié)構(gòu)形式有很大差別，但都應(yīng)具有以下四種基本功能：

（1）動力耦合功能

耦合機構(gòu)就是為了將兩個或多個動力源輸出的動力合成在一起，使混合動力汽車可以由這些動力源單獨或聯(lián)合驅(qū)動，而且各動力源輸出的動力互不干涉。

（2）能量反饋功能

回收汽車制動時的能量用作發(fā)電機發(fā)電，是提高混合動力汽車燃油經(jīng)濟性的有效途徑之一，動力耦合裝置應(yīng)能在這個過程中使驅(qū)動輪只與電機連接。

（3）模式切換功能

混合動力汽車動力耦合裝置的結(jié)構(gòu)應(yīng)緊湊，切換驅(qū)動模式時要平順防止產(chǎn)生沖擊。

（4）輔助功能

汽車在起步階段扭矩需求較大，耦合裝置應(yīng)能滿足起步需求，避免起步時能量過多的消耗在離合器上。

2 動力耦合方式的分類

混合動力汽車的適用條件和使用要求以及動力系統(tǒng)的研究開發(fā)受到動力耦合形式及其結(jié)構(gòu)的影響。并聯(lián)或混聯(lián)式混合動力車的耦合裝置可以分為扭矩耦合式、轉(zhuǎn)速耦合式、牽引力耦合式和混合耦合式4類。

（1）扭矩耦合式

扭矩耦合式動力系統(tǒng)是指兩動力源輸出的扭矩相互獨立、轉(zhuǎn)速互成比例，動力以扭矩的形式進行合成，所合成的扭矩是兩動力源輸出扭矩之和。扭矩耦合式又可分為齒輪耦合式、磁場耦合式和鏈或帶耦合式。

齒輪耦合式的動力耦合方式是用一對嚙合齒輪將兩動力源的扭矩合成在一起，齒輪與動力源的連接由離合器控制。該耦合方式可實現(xiàn)發(fā)動機和電動機單獨或共同驅(qū)動車輛，其結(jié)構(gòu)簡單，易于控制，而且耦合效率較高，但是在動力切換和耦合過程中產(chǎn)生的沖擊較大，容易損壞。

磁場耦合式的動力耦合方式是利用磁場的作用將發(fā)動機與電動機輸出的扭矩合成在一起，電機的轉(zhuǎn)子和發(fā)動機的輸出軸是一體的。磁場耦合式的功率耦合率高而且易于能量的傳遞和回收，但是因為電機轉(zhuǎn)子具有慣性作用會消耗較多的能量，所以這種耦合方式多用于混合度較低的輕度混合動力汽車上。

鏈或帶耦合式動力耦合方式是指兩動力源輸出的動力用鏈條或皮帶將扭矩合成在一起輸出。因其耦合效率低而使用的較少。

（2）轉(zhuǎn)速耦合式

轉(zhuǎn)速耦合式動力系統(tǒng)是指兩動力源輸出的轉(zhuǎn)速相互獨立、扭矩互成比例，動力以轉(zhuǎn)速的形式進行合成，所合成的轉(zhuǎn)速是兩動力源輸出轉(zhuǎn)速之和。常用的行星齒輪式和差速器式耦合器都是轉(zhuǎn)速耦合方式。

行星齒輪式動力耦合方式是目前使用最普遍的一種方式，通過行星齒輪機構(gòu)將兩動力源輸出的動力合成在一起輸出。一般將太陽輪和齒圈分別與發(fā)動機和電機的輸出軸連接作為輸入端，將行星架作為輸出端。這種耦合方式結(jié)構(gòu)簡單而且傳動效率較高，可實現(xiàn)多形式的驅(qū)動，動力切換和耦合過程產(chǎn)生的沖擊較小，但是整車驅(qū)動控制難度較大，適用于混合程度高的車輛。

差速器式動力耦合方式是行星齒輪式動力耦合方式的一種特殊表現(xiàn)形式。兩者對混合動力汽車的混合程度的高低要求不同，一般裝有差速器式耦合裝置的混合動力汽車混合程度較高。

（3）牽引力耦合式

牽引力耦合式動力系統(tǒng)是指通過利用發(fā)動機和電動機分別驅(qū)動汽車的前輪或后輪產(chǎn)生的驅(qū)動力將兩動力源輸出的動力合成在一起。該耦合方式結(jié)構(gòu)簡單，可實現(xiàn)四輪驅(qū)動，但驅(qū)動控制較為復(fù)雜。

（4）混合耦合式

混合耦合式動力系統(tǒng)是指將前三種耦合方式中的兩種或三種相結(jié)合，充分利用各耦合方式的優(yōu)點，實現(xiàn)多模式驅(qū)動，但其結(jié)構(gòu)和驅(qū)動控制也更為復(fù)雜。

3 各類動力耦合方式的比較

從適用于HEV的動力混合度、能量再生難度、控制難度、耦合效率、動力切換時結(jié)合平順性、耦合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度及其造價等角度對上述動力耦合方式進行評價，不同動力耦合方式的比較在表1中列出。

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（作者單位：山東科技職業(yè)學院，山東 濰坊 261053）