混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力耦合裝置分析

王磊

摘 要：混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的布置多種多樣，但這兩個(gè)動(dòng)力源輸出的動(dòng)力必須進(jìn)行有效的耦合，特別是在發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的時(shí)候，兩動(dòng)力源的配合尤為重要，并不是簡單的將發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)與電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單獨(dú)的加裝到同一輛汽車上。通過對(duì)動(dòng)力耦合裝置進(jìn)行分析，可以根據(jù)設(shè)計(jì)需求選擇合適的動(dòng)力耦合裝置。

關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力；汽車；動(dòng)力耦合裝置

1 動(dòng)力耦合裝置的功能

混合動(dòng)力汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力耦合離不開動(dòng)力耦合機(jī)構(gòu)，不同動(dòng)力耦合機(jī)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(dòng)力耦合功能

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

（2）能量反饋功能

回收汽車制動(dòng)時(shí)的能量用作發(fā)電機(jī)發(fā)電，是提高混合動(dòng)力汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的有效途徑之一，動(dòng)力耦合裝置應(yīng)能在這個(gè)過程中使驅(qū)動(dòng)輪只與電機(jī)連接。

（3）模式切換功能

混合動(dòng)力汽車動(dòng)力耦合裝置的結(jié)構(gòu)應(yīng)緊湊，切換驅(qū)動(dòng)模式時(shí)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(shí)能量過多的消耗在離合器上。

2 動(dòng)力耦合方式的分類

混合動(dòng)力汽車的適用條件和使用要求以及動(dòng)力系統(tǒng)的研究開發(fā)受到動(dòng)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(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)是指兩動(dòng)力源輸出的扭矩相互獨(dú)立、轉(zhuǎn)速互成比例，動(dòng)力以扭矩的形式進(jìn)行合成，所合成的扭矩是兩動(dòng)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(dòng)力耦合方式是用一對(duì)嚙合齒輪將兩動(dòng)力源的扭矩合成在一起，齒輪與動(dòng)力源的連接由離合器控制。該耦合方式可實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)單獨(dú)或共同驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)力耦合方式是利用磁場的作用將發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)輸出的扭矩合成在一起，電機(jī)的轉(zhuǎn)子和發(fā)動(dòng)機(jī)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?yàn)殡姍C(jī)轉(zhuǎn)子具有慣性作用會(huì)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(dòng)力汽車上。

鏈或帶耦合式動(dòng)力耦合方式是指兩動(dòng)力源輸出的動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)是指兩動(dòng)力源輸出的轉(zhuǎn)速相互獨(dú)立、扭矩互成比例，動(dòng)力以轉(zhuǎn)速的形式進(jìn)行合成，所合成的轉(zhuǎn)速是兩動(dòng)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(dòng)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(jī)構(gòu)將兩動(dòng)力源輸出的動(dòng)力合成在一起輸出。一般將太陽輪和齒圈分別與發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)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(dòng)效率較高，可實(shí)現(xiàn)多形式的驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力切換和耦合過程產(chǎn)生的沖擊較小，但是整車驅(qū)動(dòng)控制難度較大，適用于混合程度高的車輛。

差速器式動(dòng)力耦合方式是行星齒輪式動(dòng)力耦合方式的一種特殊表現(xiàn)形式。兩者對(duì)混合動(dòng)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(dòng)力汽車混合程度較高。

（3）牽引力耦合式

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

（4）混合耦合式

混合耦合式動(dòng)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(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多模式驅(qū)動(dòng)，但其結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)控制也更為復(fù)雜。

3 各類動(dòng)力耦合方式的比較

從適用于HEV的動(dòng)力混合度、能量再生難度、控制難度、耦合效率、動(dòng)力切換時(shí)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(jià)等角度對(duì)上述動(dòng)力耦合方式進(jìn)行評(píng)價(jià)，不同動(dòng)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(xué)院，山東 濰坊 261053）