孫金風(fēng)，尹業(yè)宏，游 穎

（湖北工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，武漢 430068）

0 引言

當(dāng)前輪系機(jī)構(gòu)除作為傳統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)外，還在機(jī)器人機(jī)構(gòu)和新型交通中開發(fā)應(yīng)用，其中就有混合電動(dòng)汽車傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的開發(fā)應(yīng)用，混合電動(dòng)汽車通常有兩個(gè)動(dòng)力源，一個(gè)是通常汽車所用的發(fā)動(dòng)機(jī)（Engine），另一個(gè)是電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)（Electric Motor/Generator）。其中，Motor可以將電池儲(chǔ)存的能量用來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車的低速行駛；在汽車加速或爬山時(shí)，可以同時(shí)運(yùn)用Engine和Motor來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車；而在下坡或輕載時(shí)，Motor將Engine多余的能量發(fā)電并儲(chǔ)存于電池中。這些工作模式在于對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)件的控制來(lái)得到，可以想象，達(dá)到這一要求的且結(jié)構(gòu)緊湊的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)只有復(fù)雜的輪系機(jī)構(gòu)，文獻(xiàn)[1～4]在這些方面做了大量研究工作，其中文獻(xiàn)[1]通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)研究推出了一款混合電動(dòng)汽車輪系機(jī)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 混合電動(dòng)汽車輪系機(jī)構(gòu)

圖2 模式1和模式6

1 輪系機(jī)構(gòu)工作模式

此混合電動(dòng)汽車輪系機(jī)構(gòu)有6和工作模式，如表1所示，此表中C1、B1、B2表示離合器，“×”表示離合器合上。每一種工作模式的實(shí)際輪系機(jī)構(gòu)圖如圖2～圖6所示，為了方便進(jìn)行分析，各圖中不同構(gòu)件號(hào)在不同圖中可能表示相同的構(gòu)件。

表1 圖1所示齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作模式

圖3 模式2

圖4 模式3

圖5 模式4

圖6 模式5

模式1和模式6運(yùn)用于汽車低速行駛和剎車的情況，此時(shí)只用Motor作為動(dòng)力源來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車；模式2運(yùn)用于汽車加速或爬山行駛的情況，此時(shí)同時(shí)用Engine和Motor來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車；模式3和模式4運(yùn)用于汽車下坡或輕載、中速或高速平穩(wěn)行駛的情況，此時(shí)用Engine作為動(dòng)力源來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車，同時(shí)將多余的能量傳遞給Motor（此時(shí)Motor作為發(fā)電機(jī)發(fā)電并將能量?jī)?chǔ)存于電池中）；模式5運(yùn)用于汽車高速非平穩(wěn)行駛的情況，此時(shí)只用Engine作為動(dòng)力源來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車，同時(shí)將Motor固定在機(jī)架上來(lái)節(jié)約能源。

2 運(yùn)動(dòng)分析

下面就模式2來(lái)進(jìn)行輪系機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析。此時(shí)輪系基本回路單元組[5]為，

其中，Zij和Zji分別為i、j齒輪構(gòu)件嚙合處i和j構(gòu)件的齒輪齒數(shù)；FGmodeij=1為i、j齒輪構(gòu)件的嚙合模式，外嚙合時(shí)FGmodeij=1，內(nèi)嚙合時(shí)FGmodeij=-1；ωij為i、j齒輪構(gòu)件所組成的輪系基本回路單元中的系桿轉(zhuǎn)速。

模式2下輪系機(jī)構(gòu)各基本回路單元的線性方程組為：

假定該輪系機(jī)構(gòu)的參數(shù)為Z15=Z16=42、Z61=Z63=26、Z51=Z57=26、Z36=Z75=94、Z34=25、Z43=89。模式2時(shí)，1和2構(gòu)件為輸入力矩構(gòu)件，4構(gòu)件為輸出力矩構(gòu)件；假定1構(gòu)件的輸入轉(zhuǎn)速大小為7771r/min，2構(gòu)件的輸入轉(zhuǎn)速大小為4058r/min。求解（3）式可得該輪系機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果：1構(gòu)件的轉(zhuǎn)速大小是7771.00000r/min，2構(gòu)件的轉(zhuǎn)速大小是4058.00000r/min，3構(gòu)件的轉(zhuǎn)速大小是2399.58715r/min，4構(gòu)件的轉(zhuǎn)速大小是-674.04133r/min，5構(gòu)件的轉(zhuǎn)速大小是-6276.57692r/min，6構(gòu)件的轉(zhuǎn)速大小是-1938.86169r/min，7構(gòu)件的轉(zhuǎn)速大小是0.00000 r/min；即ωa=7771r/min，ωb=4058r/min，ωc=0r/min，ωd=2400r/min，ωe=-674r/min，ωf=-6277r/min，ωg=-1939r/min，ωh=0r/min。該結(jié)果與文獻(xiàn)[1]中的計(jì)算結(jié)果一致。

同理，可以知道其他模式下，該混合電動(dòng)汽車輪系的運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果。

3 結(jié)束語(yǔ)

以上介紹和分析計(jì)算過(guò)程有利于深入研究混合電動(dòng)汽車輪系機(jī)構(gòu)，為分析和開發(fā)新型輪系機(jī)構(gòu)提供一定的參考。

[1] L.W.Tsai,1996,Design of a Power Regulating Gearbox for Parallel Hybrid Electric Vehicles,Technical Research Report,Institute for Systems Research.

[2] Severinsky,A.J.,1994,Hybrid Electric Vehicle,United States Patent No.5343970.

[3] Eller,1990,United States Patent No.4923025.

[4] Berman,B.,Gelb,G.H.,Richardson,N.A.,and Wang,T.C.,1973,Power Train Using Multiple Power Sources, United States Patent No.3732751.

[5] 朱建霞,鄧群,饒建華.計(jì)算機(jī)平面輪系機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)分析[J].機(jī)械研究與應(yīng)用,2001,14(3):16-17.