李金穎

(山東省高速路橋養(yǎng)護有限公司產(chǎn)業(yè)中心，山東濟南 250000)

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混合電動汽車驅(qū)動方案設計方法概述

李金穎

(山東省高速路橋養(yǎng)護有限公司產(chǎn)業(yè)中心，山東濟南 250000)

混合動力電動汽車是一類重要的新能源汽車。對混合動力汽車的優(yōu)點與分類進行概述，分析了混聯(lián)式混合驅(qū)動方案的發(fā)展歷程，并總結了3種混聯(lián)式驅(qū)動方案的設計方法。

混合電動汽車；混聯(lián)式驅(qū)動方案；設計方法

0　前言

由于石油資源的限制和環(huán)保的日益需求，必須尋求代用燃料或者減少燃油的消耗量，因此，人們越來越關注其他燃料的汽車和電動汽車的開發(fā)。主要方案有：純電動汽車、燃料電池電動汽車、混合動力電動汽車[1]。其中，純電動汽車由于現(xiàn)有動力電池的能量密度低、成本高等原因，其市場化推廣進程十分緩慢；燃料電池汽車也由于燃料電池技術尚未突破以及由此形成的成本問題，大批量投入市場也需要很長一段時間[2]。

1　混合動力電動汽車優(yōu)點及分類

1.1混合動力電動汽車優(yōu)點

混合動力汽車是采用傳統(tǒng)的內(nèi)燃機和發(fā)動機作為動力源，通過儲能裝置(蓄電池等)和控制系統(tǒng)使兩種動力裝置有機協(xié)調(diào)配合，實現(xiàn)最佳能量分配，達到低能耗、低排放和高性能的新型車輛。目前混合動力電動汽車所采用的發(fā)動機一般為柴油機、汽油機或燃氣輪機，它融合了燃油車輛和電動車輛的優(yōu)點，是當今最具實際開發(fā)意義的低油耗和低排放的車輛?；旌蟿恿ζ噧?yōu)點[3]為：

(1)能夠利用汽車不同工況進行發(fā)電，并儲存在蓄電池里，以提高整車燃油經(jīng)濟性。

(2)發(fā)動機和電動機同時工作，在保證經(jīng)濟性和環(huán)保要求的前提下提高汽車的動力性能。

(3)混合動力系統(tǒng)可以很好地降低排放，并且可以在汽車停車等候或低速滑行等情況下節(jié)省燃油，進一步降低排放。

(4)提高汽車行駛的平穩(wěn)性并改善汽車的行駛舒適性，使汽車設計更加人性化。

1.2混合動力汽車分類

混合動力汽車按照動力系統(tǒng)結構形式劃分為：串聯(lián)式混合動力汽車、并聯(lián)式混合動力汽車和混聯(lián)式混合動力汽車[4]。

(1)串聯(lián)式是混合動力汽車中最簡單的一種，其主要特點是采用電動機直接驅(qū)動車輪，電動機的電能來自于電池組合發(fā)電機。轉化后一部分電能給電池組充電，另一部分經(jīng)電動機和傳動裝置驅(qū)動車輪?？刂葡到y(tǒng)結構和控制方法簡單，但對電池要求較高，電池容量大，增加了車輛質(zhì)量和成本。而且每一個動力裝置的功率等于車輛的需求功率，設備龐大，增加了成本和布置困難。

(2)并聯(lián)式的發(fā)動機和電動機以機械能疊加的方式實現(xiàn)驅(qū)動，發(fā)動機與電動機分屬兩套系統(tǒng)，既可共同驅(qū)動又可單獨驅(qū)動。控制系統(tǒng)相對機械切換系統(tǒng)較復雜，但由于動力主要來源于內(nèi)燃機，內(nèi)燃機工作范圍大，效率較低，而且污染和噪聲較大。

(3)混聯(lián)式是串聯(lián)式和并聯(lián)式動力系統(tǒng)的綜合，通過計算機實時控制工作過程，實現(xiàn)發(fā)動機和電動機的優(yōu)化耦合，在結構上可以保證車輛工作的復雜工況，對電池依賴小，同時克服了串聯(lián)式能量損失和并聯(lián)式內(nèi)燃機工作點優(yōu)化問題，有效降低了排放和油耗，兼具了串聯(lián)型和并聯(lián)型的優(yōu)點。

2　混聯(lián)式混合驅(qū)動方案發(fā)展概況

雖然單行星排混聯(lián)式無級傳動是長期的研究熱點，但它的應用對象多為城市道路小型車輛。隨著多行星排、多模式機電復合傳動在客車、SUV上的成功應用，大噸位、高機動性能的混合動力車輛已經(jīng)傾向于多模式多行星排復合傳動。對于混合動力車輛，必須要求其安裝的電機不能過大、過重。通過研究國內(nèi)外混合動力車輛驅(qū)動系統(tǒng)現(xiàn)狀可知：對于輪式車輛，目前可以采用多個輪轂/輪邊電機的方法降低系統(tǒng)對電機的要求；但對于履帶車輛，由于它不具備多輪驅(qū)動的條件，故而整車動力性與電機性能間的矛盾尤為突出。

混聯(lián)式混合驅(qū)動功率分流機構有3種形式：分速匯矩式、分速匯速式和分矩匯速式。“段”的概念來源于液壓機械無級變速，不同的是變速元件由馬達變?yōu)殡姍C?！澳Ｊ健奔粗鸽妱訖C轉速趨勢的每一次變化。“段”即是“模式”，兩段式(雙模式)混合驅(qū)動可以是分速匯矩和分速匯速組合也可以是兩種分速匯矩機構組合。豐田PRIUS為分速匯矩式分流機構，是單段式(單模式)混合驅(qū)動。美國通用公司用于公交車的一種兩段式傳動方案，制動器接合時是第一段，為分速匯矩式驅(qū)動模式，離合器接合時工作在第二段，為分速匯速式驅(qū)動模式[5]。

3　混聯(lián)式混合驅(qū)動方案設計方法

(1)基于已有方案的設計方法

基于已有方案的設計方法是國內(nèi)外現(xiàn)有的成熟的傳動方案設計方法，通過在現(xiàn)有的好的方案的基礎上，增加行星排或接合元件，或通過串聯(lián)、并聯(lián)和拆聯(lián)的方法來衍生。美國Allison公司的HD4070PR自動變速器就是在原先WT系列汽車變速器的基礎上增加行星排來實現(xiàn)的[6]。

(2)分析綜合法

分析綜合法[7]是20世紀60年代到70年代主要研究發(fā)展的設計方法，主要分為：線圖綜合法和構件綜合法。線圖綜合法僅適用于二、三自由度傳動方案設計與分析，且難找出所有可行的傳動方案。構件分析法是在對各類結構類型方案的基本構件組成進行分析的基礎上，利用所提出的構件組合定理排出所有可能的構件組，并依靠人工對每一個構件組理論上各工況的特性進行分析，以及推導出所有有效工況的傳動比與各行星排廣義特性參數(shù)之間的數(shù)學模型。其工作量十分繁重，且容易出錯，甚至難以完成，效率低。

(3)計算機輔助方案設計

隨著計算機輔助設計技術的普及應用，計算機輔助設計技術正向開放、集成、智能和標準化的方向發(fā)展[8]。計算機輔助設計的關鍵在于：數(shù)學模型的建立及其算法的合理描述。針對行星傳動的結構和運動學特點，國內(nèi)外很多學者分別提出了很多適于計算機分析的數(shù)學模型。

4　結束語

兼具傳統(tǒng)汽車和電動汽車綜合優(yōu)勢的混合動力汽車被公認為是非常具有實用價值的新能源汽車?；旌蟿恿ζ嚰瓤梢员ＷC車輛行駛良好的動力性，又可以實現(xiàn)制動能量回收?；炻?lián)式混合動力汽車結合了串、并聯(lián)兩種方法的優(yōu)點，而混合驅(qū)動方案又是決定其性能的關鍵。單行星排單模式已經(jīng)遠遠不能滿足要求，多行星排多段式已成為發(fā)展的必然趨勢。但行星排的數(shù)量、連接形式、離合器和制動器的不同連接形式、電機的不同連接形式，使得混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的組合方案種類繁多，即使最有經(jīng)驗的工程師也不可能把所有最好的組合方案列出，容易遺漏最佳匹配方案。因此研究汽車混聯(lián)式方案設計方法變得很有必要。

【1】段牧染，趙潔．車輛混合動力傳動技術發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].內(nèi)燃機與配件，2011(8)：27-30.

【2】徐宏佳．電動汽車混合動力系統(tǒng)的技術分析[J].機電工程技術，2001，30(6)：45-48.

【3】黃賢廣. 混合動力車輛動力耦合系統(tǒng)特性研究[D].北京:北京理工大學，2006.

【4】崔星，項昌樂.多模式機電混合驅(qū)動系統(tǒng)特性[J].吉林大學學報：工學版，2011，41(2)：303-308.

【5】李宏才，閆清東,王偉達,等.雙模式機電復合傳動方案設計與特性對比[J].農(nóng)業(yè)機械學報，2012，43(2)：31-36.

【6】李艷琴.AllisonHD4070PR自動變速器結構原理及換擋過程控制策略[J].底盤與配件，2011(1)：64-66.

【7】劉太來．用電子計算機選擇任意排數(shù)各類行星變速箱的最佳方案[J]．齒輪，1985，9(2)：15-19.

【8】萬耀青．尋找多自由度行星變速箱方案的計算機輔助設計[J]．北京工業(yè)學院學報，1982，10(2)：59-71.

OutlineofHybridElectricVehicleDriveProgramDesignMethods

LIJinying

(IndustryCenterofShandongProvinceSpeedBridgeConservationLtd.,JinanShandong250000,China)

Hybridelectricvehiclesareanimportantclassofnewenergyvehicles.Theadvantagesandclassificationofhybridelectricvehicleswereintroduced,thedevelopmentprocessofhybriddriveprogramwasanalyzedandthedesignmethodsofthreetypehybriddriveschemesweresummarized.

Hybridelectricvehicles;Hybriddrivescheme;Designmethodology

2015-03-20

李金穎(1986—)，女，碩士，主要從事路面混合電動機械設備設計與調(diào)研。E-mail:642333732@qq.com。