混合動力汽車驅動系統結構簡析

曹硯奎（禹城市職業教育中心，山東 德州　251200）

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混合動力汽車驅動系統結構簡析

曹硯奎
（禹城市職業教育中心，山東 德州251200）

在石油能源和環境問題日益突出的今天，零排放的純電動汽車無疑是解決以上問題的最佳方案。但在當前純電動汽車的續駛里程和配套設施不能滿足人們日常生活工作需求的情況下，強混合動力汽車雖然沒有實現零排放，但其動力性、經濟性和排放性等綜合指標均得到了很大改善，是滿足人們日常需求最具有工程化和實用化的交通工具。

強混合動力汽車 （HEV）是指驅動電機功率裝配在20 kW以上，在低功率運行模式下可關閉發動機實現純電力驅動運行的汽車。將發動機和電動機的動力通過控制系統與傳動系組合，實現了縮小發動機尺寸并使發動機始終工作在高效率區，從而大幅度降低整車油耗、減少污染物排放。同時，由于裝配一定容量的動力蓄電池，可以在制動時回收部分制動能量，還可以補償車輛在起步、加速等工況時所需要的扭矩。

下面簡析幾款混合動力汽車驅動系統結構。

1 通用公司GM&VOLT沃藍達

通用公司GM&VOLT沃藍達是世界上首款量產的增程式混合動力汽車，位于底特律的通用公司生產，2010年7月在北美上市。該車采用串聯增程式混合動力系統電池和電動機驅動。如圖1所示，它通過一個16 kWh的鋰電池來儲存電能，可以行駛64 km，當電池電能即將耗盡前，控制系統使E85型1.4 L汽油發動機起動，帶動永磁發電機工作給電池充電，驅動電機使用電池的能量繼續驅動車輛行駛483km，使車輛抵達目的地或充電站。

發動機不能單獨驅動車輛，不難想象在電量低時的油耗較高。有數據表明，低電量情況下的發動機油耗可達11L／100km以上。

這種串聯增程式驅動模式在國內也有某些公司在研制生產。這種模式構思簡單，看似能使燃油發動機始終工作在高效率區域，但在長距離運行中驅動力要經過機械—電—機械兩次轉換，實際驅動效率并不高，這也是導致油耗較高的原因所在。在純電動驅動時還要背負著發動機和發電機的質量，效率可想而知。雪佛蘭VOLT后來的驅動系統改成了混聯式。

圖1　　VOLT動力系統結構

2TOYOTA PRIUS普銳斯

如圖2所示，發動機既可以通過行星齒輪組單獨驅動車輛行駛，又可以通過1號電機發電。齒圈與2號電機連接并且輸出到減速齒輪直至到驅動輪端，齒圈的轉速和輸出扭矩可以通過發動機和電機的不同扭矩、轉速組合來實現。豐田PRIUS的這種動力組合方案結構簡單，占用的空間及質量少，成本低。發動機轉速最佳工況點是連續變化的，工作效率高，是強混合動力車輛中一種高效精巧的解決方案。

這種行星齒輪動力分配機構的缺點是：①在高速巡航的工況下，發動機無法實現直接驅動，1號太陽輪的電機始終需要轉動并消耗一部分發動機負荷用來發電，所以在高速巡航時效率不高。②純電驅動工況高速受限于電機轉速，只能到80 km／h左右，0—100

1997年12月第一代豐田普銳斯是世界首款批量生產并投放市場的混合動力轎車。

豐田普銳斯插電式混合動力車在結構上有巧妙的組合，能實現動力扭矩的疊加和轉速的有效組合，但其缺陷是無法高速純電驅動行駛。豐田PRIUS驅動系統后來改成了混聯式，因此獲得了眾多傳動系統無法比擬的優點。有跡象表明，TOYOTA高層待中國對新能源車補貼取消后，再大舉進攻中國市場。

圖2　　普銳斯動力分配裝置

3　奧迪公司Audi&A3 e-tron

如圖3所示，該公司A3混合動力汽車動力系統由發動機、離合器C1和集成了電機的6速電驅DCT變速器 （C2是雙離合器）組成。這種動力系統結構下，電機可以同時起到TM驅動電機和ISG同軸電機的功能。當純電運行情況下C1離合器打開，只由電機和6S tronic變速器驅動車輛，變速器可以給電機提供轉速優化的工作。沒有電的情況下，或者需要電機和發動機系統工作的時候，C1離合器閉合，發動機和電機的轉速最佳工況點可以由6S tronic變速器進行優化，而發動機由電機通過扭矩分配控制實現最佳的扭矩組合。

奧迪A3 e-tron動力驅動系統的特點是：①電機集成到變速器里節省了空間，是一個簡單、高效的動力系統設計方案。②車輛在純電行駛過程中通過直接閉合離合器C1拖拽起動發動機，為減小起動過程的沖擊，C2可以暫時打滑。此處設計非常巧妙，使A3 e-tron混動技術極具競爭優勢。

大眾集團公司表示，2017年后會有大批該結構的PHEV插電式混合動力汽車進軍中國市場。

圖3　　奧迪A3混合動力系統

2014年8月奧迪官方宣布，A3 Sportback e-tron插電式混合動力車正式在歐洲上市，售價3.79萬歐元，約合人民幣31萬元。該車采用純電動能行駛50km，采用油電混合動力百公里油耗為1.5L，搭載1.4 T FSI渦輪增壓汽油發動機和電動機組成混合動力系統，最大功率204馬力，最大續航里程可達940km。

4　比亞迪公司BYD&秦DMII代的動力系統結構

如圖4所示，比亞迪公司混合動力汽車 “秦”，一臺傳統發動機加一臺DCT變速器直接驅動車輪。沒有加裝調節發動機扭矩效率高區間運轉的發電機，使成本降低，在變速器之后設有一臺TM驅動電機也可以直接驅動車輪。TM驅動電機設計在變速器后面，省略了換檔機構，構造簡單，成本低廉。

圖4　　比亞迪 秦DM II代動力系統結構

比亞迪公司開發的秦DM II代這款車，最大的優點是整車性能對電池等高電壓系統的依賴小，結構簡單，使用維修方便。

5　上汽集團公司SATC&Roewe550

如圖5所示，發動機加特制的電驅動變速器EDU，ISG同軸電機和TM驅動電機都集成在變速器里面，通過C1和C2離合器的接合／分離實現不同的動力系統組合，尤其是同時接合的工況下，發動機和兩個電機的扭矩最優工況點可以通過電控的扭矩分配實現最優扭矩工況輸出。離合器C1和C2及后兩檔的變速器又可以同時優化發動機和電機的轉速，使其達到最佳狀態。是非常漂亮的動力組合。

圖5　　榮威550e混合動力系統結構

在一定的車速下，駕駛員踩下油門踏板提出的扭矩需求的時候，通過復雜的控制系統實時計算最佳優化的工作模式。比如在某一工況下是采取1檔還是2檔，接合離合器C1或者C2還是兩個都接合，發動機和TM電機、ISG電機分別輸出多少扭矩等，可實現多個維度要求的復雜組合方式控制。在該高度集成的電驅動變速器上，均可以實現精確實時地計算最佳效率組合工作模式。

這是一款中國自主品牌擁有完全知識產權的電驅動自動變速器。上汽集團公司擁有完全自主的TM電機、ISG電機和發動機之間扭矩分配控制技術的國際專利。榮威550e插電式混合動力轎車，百公里綜合油耗僅為2.7 L，節油率達50%，并滿足國Ⅴ排放標準，于2012年實現批量投產并上市。

6　寶馬公司BMWi8

如圖6所示，該混合動力系統采用1.5T的發動機，通過6速變速器及ISG電機驅動后輪，發動機和ISG電機的配合實現后輪扭矩的最佳優化輸出，6檔變速器實現發動機和ISG電機轉速的最優輸出。TM電機驅動前輪，整車控制器分別計算前后輪的效率最優比，決定TM電機最佳扭矩輸出，2檔變速器讓TM電機工作在高效的轉速區間。3個動力源、兩個變速器通過復雜電控同時計算，短時間內找出最佳的各自轉速及扭矩的組合，實現低能耗高效、強勁輸出的特點。大油門時，TM電機、發動機和ISG電機全力輸出形成四輪驅動的強勁合力！

圖6　　BMWi8混合動力系統結構

寶馬i8體現了強混合動力的精華，兩個變速器使全力輸出時形成四輪驅動，為強混合動力的范本。按照寶馬的規劃，全新寶馬i8量產車型在2013年中期開始在位于萊比錫的工廠正式投產，并在2014年初上市銷售。

（編輯文珍）

中圖分類號：U464.171.1

文獻標識碼：B

文章編號：1003－8639（2016）01－0052－03

收稿日期：2015-08-03；修回日期：2015-12-10km／h加速表現一般。所以普銳斯插電式混合動力汽車只是做了16英里的插電。