淺談混合動力汽車動力集成傳動機構的設計與分析

徐利韻

廣州市高級技工學校 廣東省廣州市 510000

混合動力汽車，除了傳統(tǒng)汽車的電力驅動外，還加入了輔助動力單元，既有傳統(tǒng)內燃機的驅動，還融合電動車輛的驅動，這樣在很大程度上擁有電動汽車排放物少，同時，也改善了內燃機汽車燃油的經濟性等問題，對于電動車輛來講，其增加了可以行駛的里程，因此在汽車行業(yè)，混合動力汽車具有廣闊的發(fā)展前景。這是內燃機汽車逐漸轉向電動汽車的發(fā)展過程，在環(huán)境保護、能源節(jié)約和汽車行業(yè)的綠色發(fā)展中有著重要的意義。結合動力學的相關理論，以行星輪系元件和動力部件等為基礎，對混合動力汽車的傳動機構進行研究和分析，設計出一種轉矩、轉速耦合，并且能實現(xiàn)自由切換的動力集成傳動機構。這種工作模式在混合動力汽車中，具有良好的動力性能，且運行中其經濟性良好，在很多汽車中得到了良好的應用。

1 混合動力汽車傳動機布置分析

因為混合動力汽車采用了兩種動力源，其傳動機的布置方案也存在不同，結構形式比較多。我們根據動力源的數(shù)量、傳遞方式的差異等，將其分為三個類型，這三種類型的傳動機布置方案，會根據發(fā)動機和電機的功率、運作模式、電池荷電狀態(tài)等，具有各自的特點。

1.1 串聯(lián)式動力傳動

如圖1所示，串聯(lián)式動力傳動中，發(fā)動機與汽車的驅動，并無直接的連接，因為如此，傳動系統(tǒng)能獨立于汽車的行駛狀態(tài)，控制發(fā)動機，在一些起步比較頻繁、經常進行加速或減速操作的汽車中，能保證發(fā)動機的穩(wěn)定，實用性比較強，尤其是一些驅動輪機械連接存在很大困難的發(fā)動機上，常見的有燃氣輪機等。當然，這種傳動發(fā)動機輸出的機械能，需要通過發(fā)電機進行轉化，這時是電能，再通過電動機將電能進行轉化，最后的機械能才能作為汽車的驅動，在這個過程中，經過了兩次的能量轉換，轉換中會有大量的能量的損耗，而轉換中所需要的發(fā)動機、發(fā)電機等都會給整個系統(tǒng)的布置增加很多成本。因此這種傳動布置，多運用于兩種情況。其一是發(fā)動機的主要作用是為車輛續(xù)駛路程，車輛正常驅動可以有蓄電池等，這樣整個系統(tǒng)能量轉化中所消耗的能量比較小；第二種是發(fā)動機、電動機兩者的綜合效率比較高，這種一般多為大型轎車，一般轎車中比較少見。

1.2 并聯(lián)式傳動

如圖2所示，在并聯(lián)式傳動系統(tǒng)結構中，發(fā)動機、發(fā)電機是分別獨立的兩個組件，這與串聯(lián)式相比，發(fā)動機的機械能不需要轉換，能直接作為汽車驅動，因此整個系統(tǒng)的運作效率也比較高，燃油的消耗也相對較少。當然，因為發(fā)動機與車輛驅動存在直接的機械連接，這樣汽車的行駛狀況，也會對發(fā)動機的運行產生影響，這就對整個的控制系統(tǒng)要求比較高。

圖1 串聯(lián)式動力傳動系統(tǒng)

圖2 并聯(lián)式傳動系統(tǒng)

1.3 混聯(lián)式傳動系統(tǒng)

混聯(lián)式動力傳動系統(tǒng)中，融合了串聯(lián)與并聯(lián)兩種結構的優(yōu)點，在整個結構系統(tǒng)中，有電動機，也安裝有發(fā)動機，主要是通過離合器，實現(xiàn)兩者的相互切換，在不同的模式和需求下，通過離合器的結合或脫離，分離狀態(tài)下，發(fā)電機與發(fā)動機可以與驅動輪，實現(xiàn)驅動連接，此時是串聯(lián)模式；離合器結合狀態(tài)下，系統(tǒng)處于并聯(lián)模式下，發(fā)動機與驅動機械連接。在串聯(lián)與并聯(lián)都處于中作狀態(tài)下時，主要由行星齒輪傳動，對發(fā)動機所輸出的能量進行控制和分配，這種控制，還能維持發(fā)動機與驅動輪的連接，從而對車輛發(fā)動機的轉速加以進一步的控制。

整體來講，混聯(lián)式結構綜合了前面兩種的優(yōu)勢，其綜合性能比較強，但是也要注意到，其整個系統(tǒng)組成比較龐大，并且離合器的使用，也增加了整個控制系統(tǒng)和控制策略的難度。

2 動力集成傳動機構概述與設計

在混合動力汽車東來研究中，動力集成傳動機構作為一種多工作模式，這種機構主要是由兩個行星輪系、一個發(fā)動機和電機，還有若干的離合器等，在整個系統(tǒng)的研究中，主要是要對行星輪系數(shù)和相關的參數(shù)進行確定，并了解不同輸入輸出狀態(tài)下，轉速、轉矩等關系問題，并利用仿真分析等分析方法，對整個傳動機構的可行性和實用性等進行分析和研究。

2.1 機構設計概述

對于混合動力汽車的動力系統(tǒng)，其主要的耦合方式包括三種，轉矩、轉速和功率的耦合，轉矩耦合，主要是分別獨立控制發(fā)動機和電機，讓發(fā)動機和電機的轉矩能進行疊加，從而實現(xiàn)最大轉矩的輸出，但是也要考慮到，發(fā)動機的轉速，會受到車速的影響，要保證發(fā)動機的轉速能穩(wěn)定在一個比較平衡和經濟的區(qū)域，這就需要增加一個變速調節(jié)器，這種裝置能對整個轉速進行調節(jié)，從而保證經濟性和穩(wěn)定性。轉速耦合發(fā)動機，這里的轉速與軸轉速并無關聯(lián)，可以進行單獨的控制和操作，保證發(fā)動機的運行處于比較經濟的區(qū)域，但是因為轉矩的輸出與發(fā)動機、電機轉矩有聯(lián)系，這樣無法實現(xiàn)對二者的獨立控制。因此，這兩種耦合的方式都存在一定的缺陷，如果能實現(xiàn)，將發(fā)動機和電機的轉矩和轉速線性和，作為整個動力系統(tǒng)輸出的轉矩和轉速，這樣就能進行更好的控制。

2.2 混合動力汽車傳動機構分析

混合動力汽車的動力系統(tǒng)，其設計主要是保證對不同動力源的輸出，進行有效的合成分解，在保證汽車正常運行動力需求，保證汽車的排放等在規(guī)定的范圍內，保證汽車的穩(wěn)定性和安全性，滿足這兩些基本條件的基礎上，盡可能地保證汽車的經濟效益。在保證汽車的速度變化或者是轉矩需求發(fā)生變化時，整個動力系統(tǒng)能進行調節(jié)和控制，從而滿足其轉速和轉矩的需要，且仍然保證車輛處于高效率的運作狀態(tài)。

行星輪式傳動與定軸齒輪傳動相比較，具有一定的優(yōu)勢，如其結構比較嚴謹，質量較輕，所承載的力度比較大，整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性比較高，它還有一些功能是定軸齒輪傳動不具備的，如無級變速、動力分解和合成等，因此，混合動力汽車中，運用行星齒輪傳動機構，能保證整個車輛傳動系統(tǒng)的性能較好。

2.3 傳動機構的主要工作模式

在整個傳動機構中，其主要工作狀態(tài)的切換是由離合器的調節(jié)來實現(xiàn)的，離合器處于不同的工作狀態(tài)下，傳功機構也會有不同的耦合方式，具體的模式有電機驅動、發(fā)動機驅動、混合驅動等模式，對于不同的模式，其控制和制動器的工作狀態(tài)也不同，因此其動力輸出模式也會存在差異，在整個工作狀態(tài)下，需要對不同能量輸出進行優(yōu)化管理。同時，混合動力汽車集成傳動機構中，需要對行星輪系的參數(shù)進行確定，保證整個傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經濟性，安全性。

3 結語

綜上所述，從文章的分析可以了解到，混合動力電動汽車在集成傳統(tǒng)內燃機汽車的基礎上，要綜合了電動汽車的特定，且自身也兼具其他的功能，主要是借助傳統(tǒng)的汽車技術研究和發(fā)展的結果，以此為基礎，分析傳統(tǒng)內燃機汽車的缺點和不足，研究其排放和油耗的問題，并借助新的電動汽車技術的研究，從而實現(xiàn)傳統(tǒng)內燃機向電動汽車的過渡，這已經成為了當前人們研究的重點。在混合動力汽車傳動機構的研究中，其主要的模式包括串聯(lián)、并聯(lián)和混合式三種方案，每個模式的結構布局、運作模式、操作、適用環(huán)境等都各有各的特點，用途各有不同，并聯(lián)結構在其結構布局上接近于傳統(tǒng)的動力傳動系，有一定的技術基礎，在其基礎上進行進一步研發(fā)，難度相對較小。

混合動力集成傳動機構，具有混合動力傳動機構的一般特點，可以實現(xiàn)東流河，并且耦合的方式比較多，工作模式較多。對汽車動力集成傳動的研究，其主要目的是寶恒汽車正常運行條件下，有更好的穩(wěn)定性和經濟性，在未來發(fā)展中，還有待進一步研究。