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(jiǎn)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(guò)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(kāi)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(guò)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?lè)乐巩a(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(guò)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(kāi)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(chǎng)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(jiǎn)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(guò)程中產(chǎn)生的沖擊較大,容易損壞。
磁場(chǎng)耦合式的動(dòng)力耦合方式是利用磁場(chǎng)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(chǎng)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(guò)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(yáng)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(jiǎn)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(guò)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(guò)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(jiǎn)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)