林夢

摘 要：車輛傳動系統(tǒng)是鏈接動力輸入單元（發(fā)動機(jī)、電動機(jī)）與行駛系系統(tǒng)（車輪）的結(jié)構(gòu)，直接影響著車輛的動力性和經(jīng)濟(jì)性。其能量傳遞方式和傳遞路徑具有較高的研究價值。分析了混合動力車輛的動力特點(diǎn)，介紹了多種用于混合動力汽車的傳動形式及其性能特點(diǎn)，并預(yù)測了混合動力車輛自動傳動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：混合動力車輛；傳動系統(tǒng)；新能源；內(nèi)燃機(jī)

中圖分類號：U463.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.11.024

自20世紀(jì)90年代以來，隨著人類社會的快速工業(yè)化，能源危機(jī)和環(huán)境問題已成為阻礙可持續(xù)發(fā)展的重要問題。綠色能源和節(jié)能減排成為許多工業(yè)領(lǐng)域，尤其是汽車行業(yè)倡導(dǎo)的一種發(fā)展理念。作為世界最大的汽車市場之一——中國，隨著2001年“十五”計劃明確提出發(fā)展新能源汽車工業(yè)，越來越多的國內(nèi)外學(xué)者開始關(guān)注和參與中國新能源汽車的發(fā)展。

1 新能源汽車簡介

新能源汽車，是指使用一種或以上非傳統(tǒng)化石燃料（柴油、汽油）的新能源為動力的汽車，新的動力可替代傳統(tǒng)燃油內(nèi)燃機(jī)（ICE），或采取與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)共同工作的方式，從而驅(qū)動車輛正常行駛。目前，新能源汽車主要包括純電動汽車（EV）、油電混合動力汽車（HEV）、燃料電池汽車（FCEV）和液化天然氣動力汽車（CNG）等。

2 混合動力汽車的傳動形式及性能特點(diǎn)

油電混合動力汽車（HEV）指的是采用內(nèi)燃機(jī)（ICE）和電動機(jī)（MG）兩種動力源驅(qū)動的汽車，其特點(diǎn)是充分發(fā)揮了內(nèi)燃機(jī)的動力性和電驅(qū)動的經(jīng)濟(jì)性，具有很高的自由度，布置靈活，可根據(jù)車輛的不同動力性需求設(shè)計傳動形式。因此，研究其自動傳動系統(tǒng)有著很高的研究價值。

油電混合汽車的特點(diǎn)在于其動力輸出系統(tǒng)由內(nèi)燃機(jī)與電動機(jī)共同組成，內(nèi)燃機(jī)與電動機(jī)在組合動力輸出方面有著非常靈活的選擇性。根據(jù)現(xiàn)有對混合動力車輛傳動形式的研究，其主要的傳動形式可概括為串聯(lián)型、并聯(lián)型和混聯(lián)型。

2.1 串聯(lián)型混合動力汽車

串聯(lián)型的特點(diǎn)在于發(fā)動機(jī)與電動機(jī)、驅(qū)動橋是串聯(lián)的。串聯(lián)型的混合動力驅(qū)動方式采用發(fā)動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)，將化石燃料的化石能轉(zhuǎn)化成為電能，進(jìn)而儲存或直接供給電動機(jī)驅(qū)動車輛。發(fā)動機(jī)和驅(qū)動橋直接采用的不是機(jī)械的固態(tài)鏈接，而以電能為介質(zhì)，可實現(xiàn)能量在化石能、機(jī)械能、電能與機(jī)械能間的傳遞。在自動變速器方面，由于串聯(lián)型混合動力可簡化地將發(fā)動機(jī)看作一種電源裝置，車輛由電動機(jī)直接驅(qū)動。由于電動機(jī)在動力學(xué)方面具有的特點(diǎn)，能很好地滿足車輛行駛的功率需求。因此，串聯(lián)型混合動力車輛的傳動系統(tǒng)可省略或僅需針對少數(shù)特殊工況設(shè)計，其結(jié)構(gòu)十分簡單。

2.2 并聯(lián)型混合動力汽車

并聯(lián)型混合動力汽車的發(fā)動機(jī)和電機(jī)均通過某種類型的變速器與車輪有直接的連接。這種結(jié)構(gòu)會使發(fā)動機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速受到車速的影響，發(fā)動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩會隨著電機(jī)輔助而增加。并聯(lián)方式的發(fā)動機(jī)與車速的關(guān)聯(lián)使其在控制車輛排放方面不比串聯(lián)方式，但這種連接方式可利用電機(jī)平衡發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩負(fù)荷，使發(fā)動機(jī)在更高的效率區(qū)域工作。并聯(lián)型混合動力車有2種基本類型：以發(fā)動機(jī)作為主要動力源，電機(jī)助力；以電機(jī)作為主要動力源，發(fā)動機(jī)助力。由于只有1個電機(jī)，并聯(lián)型混合動力汽車的成本低于串聯(lián)型，但因發(fā)動機(jī)與電機(jī)之間采用物理連接，導(dǎo)致并聯(lián)型控制比串聯(lián)型復(fù)雜得多。

2.3 混聯(lián)型混合動力汽車

混聯(lián)型混合動力汽車的適應(yīng)性強(qiáng)，在實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的混合動力汽車產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛。豐田公司在混聯(lián)式混合動力方面獲得了一定的成果。THS-II是一種典型的混聯(lián)式驅(qū)動的動力總成，其旗艦車型“普銳斯”推出了PRUISI、II、III三個系列的車型，均采用混聯(lián)式的布置方案。此外，德國寶馬公司、戴姆勒奔馳公司和美國通用公司也相繼推出了混聯(lián)式混合動力產(chǎn)品。

單星帶傳動式發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的動力經(jīng)過扭轉(zhuǎn)減振器與單星排的行星架相連，電動機(jī)與太陽輪、齒圈相連。其中，行星排的齒圈和行星輪的直接動力可以分離，齒圈為系統(tǒng)輸出，通過帶輪實現(xiàn)減速增距，以滿足汽車行駛的需求?！半p星傳動式”采用2個平行的行星排，可實現(xiàn)發(fā)動機(jī)和2個電動機(jī)直接的功率分配，其主要代表車型為豐田“普銳斯”第 III 代混合動力轎車。單星CVT式變速機(jī)由1個行星排和1個CVT 機(jī)構(gòu)組成，其結(jié)構(gòu)簡單，且僅需要1個電動機(jī)提供輔助動力。該方案將行星齒輪機(jī)構(gòu)與金屬帶式CVT相結(jié)合，實現(xiàn)了功率分流和無級變速。其中，部分功率經(jīng)CVT傳遞至輸出端，提高了傳動效率。該方案無須電動機(jī)參與調(diào)速，實現(xiàn)了全機(jī)械傳動，不存在能量轉(zhuǎn)換，效率高；不足之處為速比范圍較小、發(fā)動機(jī)驅(qū)動時的最低穩(wěn)定車速較大。

3 混合動力汽車的發(fā)展趨勢

油電混合動力的傳動系統(tǒng)是基于車輛行駛需求的，可實現(xiàn)化石能和電能的功率分流和匹配的系統(tǒng)。其發(fā)展趨勢可以概括為以下3點(diǎn)：①動力鏈接方式多元化。隨著混合動力車輛的發(fā)展，各動力直接的匹配越來越趨向單一化，匹配方案不再簡單地以串聯(lián)型和并聯(lián)型進(jìn)行劃分。②傳動系統(tǒng)更加緊湊。隨著行星排的巧妙利用，傳動系統(tǒng)的變速機(jī)構(gòu)更加緊湊。通過對各行星排之間自由度的約束，可實現(xiàn)多檔間的可靠性換擋。③基于電機(jī)的輔助作用，可實現(xiàn)對發(fā)動機(jī)動力的無極傳動?；旌蟿恿ζ嚳梢酝ㄟ^行星機(jī)構(gòu)實現(xiàn)電動機(jī)對發(fā)動機(jī)功率的補(bǔ)充，使發(fā)動機(jī)的功率輸出范圍盡可能地貼合路面行駛需求，使發(fā)動機(jī)能在較為經(jīng)濟(jì)的工況下實現(xiàn)動力輸出，同時，延長車輛的續(xù)駛里程。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：張思楠〕