引言

混合動力汽車具有發(fā)動機和電動機兩個動力源系統(tǒng)，車輛具有多種行駛模式如：發(fā)動機單獨驅(qū)動、電機單獨驅(qū)動或發(fā)動機電機混合驅(qū)動，并可以根據(jù)不同的行駛工況選擇合適的驅(qū)動/制動模式以實現(xiàn)良好的燃油經(jīng)濟性及動力性。

混合動力汽車根據(jù)動力機構(gòu)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速耦合方式的不同，分為串聯(lián)式 、并聯(lián)式 和混聯(lián)式 。

串聯(lián)式混合動力汽車中車輪由電力系統(tǒng)驅(qū)動，發(fā)動機只作為能量儲存系統(tǒng)，發(fā)動機產(chǎn)生的能量儲存起來用作電機運轉(zhuǎn)。如圖1所示。發(fā)動機不直接參與驅(qū)動，理論上可以工作在任意低油耗區(qū)或者低排放區(qū)，但是能量轉(zhuǎn)化次數(shù)較多，能量利用率低 。

圖2給出了并聯(lián)式混合動力汽車的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。此時發(fā)動機和電機可共同或分別獨立驅(qū)動車輪，降低了能量轉(zhuǎn)化的損失，但發(fā)動機的工作點無法在理論上工作于任意低排放或低油耗區(qū)。

混聯(lián)式混合動力汽車中，如圖3所示，發(fā)動機的功率在動力系統(tǒng)有兩路能量傳遞路線，既可通過機械路徑驅(qū)動車輪又可轉(zhuǎn)換成電功率，通過動力耦合裝置實現(xiàn)電功率和機械功率的匯合。因此，該構(gòu)型又稱功率分流式混合動力汽車。

圖1 串聯(lián)式混合動力汽車傳動系統(tǒng)

圖中，F(xiàn)為燃油箱；E為發(fā)動機；M為電機；G為發(fā)電機；B為電池；T為變速箱；I為整流器；Spl為動力耦合裝置

2 串聯(lián)式混合動力電驅(qū)動系

2.1 串聯(lián)式混合動力汽車的行駛狀態(tài)：

正常行駛時，發(fā)動機能夠始終運轉(zhuǎn)在最佳運轉(zhuǎn)工況，燃油消耗率低，排放少。發(fā)動機發(fā)出的功率帶動發(fā)電機發(fā)電，然后在驅(qū)動電動機驅(qū)動車輛前進(jìn)。

圖2 并聯(lián)式混合動力汽車傳動系統(tǒng)

圖3 混聯(lián)式混合動力汽車傳動系統(tǒng)

車輛行駛速度較低，所需驅(qū)動功率小，發(fā)動機發(fā)出的功率超過電動機驅(qū)動功率需求，多余的功率儲存在蓄電池中；車輛行駛速度較高，所需驅(qū)動功率較大，電動機驅(qū)動車輛的電能來自于發(fā)動機和蓄電池。

2.2 串聯(lián)式混合動力汽車的優(yōu)缺點：

結(jié)構(gòu)優(yōu)點：

1低負(fù)荷行駛時，可只用電能驅(qū)動，實現(xiàn)能實現(xiàn)“零污染”行駛；

2發(fā)動機與驅(qū)動輪之間沒有機械上的連接，原則上可以使發(fā)動機工作在任意轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩區(qū)域，提高燃油經(jīng)濟性；

3只有電機驅(qū)動系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，且易于控制，布置靈活的高；

5有利于制動能量的回收

存在缺點 ：

1汽車啟動需要由電驅(qū)動系統(tǒng)克服行駛最大阻力，驅(qū)動電機需求功率較大，電機效率低；

2存在兩次能量轉(zhuǎn)換，能量利用率低，能量轉(zhuǎn)換總的效率低；

3驅(qū)動系統(tǒng)與儲能系統(tǒng)之間的匹配要求較嚴(yán)格，應(yīng)能自動啟動或關(guān)閉驅(qū)動系統(tǒng)，以避免動力電池組過放電，這就需要更大的電池容量。

2.3 總結(jié)

串聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)一般使用在大型客車，行駛在道路復(fù)雜的市區(qū)，可以完全以純電動行駛，不適用發(fā)動機，有效降低尾氣排放。隨著對蓄電池的研究，蓄電池的能量密度隨之加大，更加符合純電動的要求，因此串聯(lián)式混合動力電動汽車使用發(fā)動機的次數(shù)越來越少，最終會向純電動汽車的目標(biāo)邁進(jìn)。

3 并聯(lián)式混合動力電驅(qū)動系

3.1 并聯(lián)式混合動力電動汽車的驅(qū)動模式：

并聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)中發(fā)動機和電動機通過轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速耦合裝置耦合后驅(qū)動車輛前進(jìn)。在并聯(lián)式傳動系統(tǒng)中，功率傳遞路線有兩條，兩條路線獨立驅(qū)動，互不干擾。若其中一條故障，另一條仍可以驅(qū)動車輛。這種結(jié)構(gòu)可以使汽車以純電動行駛，或讓發(fā)動機工作在低排放區(qū)。

并聯(lián)式混合動力汽車有四種組合驅(qū)動方式：

1轉(zhuǎn)矩結(jié)合式

該結(jié)構(gòu)形式中，發(fā)動機直接經(jīng)傳動系統(tǒng)驅(qū)動車輛前進(jìn)，同時帶動發(fā)電機向蓄電池充電。當(dāng)需要大功率時，蓄電池提供電能帶動電動機，電動機和發(fā)動機同時驅(qū)動汽車。電動機也可以用來啟動發(fā)動機。

2轉(zhuǎn)速結(jié)合式

該結(jié)構(gòu)的傳動系統(tǒng)中存在一個離合器，用來連接發(fā)動機和“動力耦合器”，發(fā)動機或者電動機通過“動力耦合器”來驅(qū)動汽車。與傳動汽車的傳動結(jié)構(gòu)相比變化不大，電動機的連接結(jié)構(gòu)簡單。“動力耦合器”可以使發(fā)動機或電動機之間的轉(zhuǎn)速可以靈活的分配。

3驅(qū)動力結(jié)合式

該結(jié)構(gòu)可以使用小功率的發(fā)動機，發(fā)動機單獨驅(qū)動前輪，電力驅(qū)動系統(tǒng)單獨驅(qū)動后輪。兩套驅(qū)動系統(tǒng)既可獨立驅(qū)動汽車又能相互配合，使車輛實現(xiàn)四驅(qū)。此種混合動力電動汽車具有四輪驅(qū)動的特性。

3.2 并聯(lián)式混合動力汽車的優(yōu)缺點 ：

結(jié)構(gòu)優(yōu)點：

1發(fā)動機與電動機直接向驅(qū)動輪提供能量，能量損失較小，整體效率較高；

2發(fā)動機驅(qū)動系統(tǒng)和電機驅(qū)動系統(tǒng)的功率設(shè)計為汽車功率的50%-100%即可，因此可縮小整體的質(zhì)量和體積。

存在缺點：

1主要驅(qū)動模式是靠發(fā)動機驅(qū)動，因此傳動系統(tǒng)與內(nèi)燃機汽車基本相似，發(fā)動機的廢氣排放高于串聯(lián)式；

2傳動系統(tǒng)除傳統(tǒng)組件，如：離合器、變速器、傳動軸和驅(qū)動器等，還有驅(qū)動電機、電池組、動力耦合裝置，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，控制困難。

3.3 總結(jié)

因此，并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)最適合高速、大功率行駛，工況穩(wěn)定，價格較低，因此，在電池技術(shù)問題徹底解決之前，它會成為新能源汽車產(chǎn)業(yè)的主流產(chǎn)品。

4 混聯(lián)式混合動力電驅(qū)動系

4.1 混聯(lián)式混合動力的優(yōu)缺點 ：

結(jié)構(gòu)的優(yōu)點：

1、可以有更多工作模式可供選擇，燃油經(jīng)濟性更佳；

2、傳動系統(tǒng)整天平順性更好。

存在的缺點有：

1、傳動系統(tǒng)復(fù)雜，布置困難；

2、動力部件太多，系統(tǒng)控制難度高。

4.2 混聯(lián)式混合動力的分類

4.2.1 同軸混聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)

同軸混聯(lián)式結(jié)構(gòu)增加了起動發(fā)電一體機(ISG)，與發(fā)動機安裝在一起，可以快速啟停發(fā)動機、調(diào)節(jié)發(fā)動機功率。ISG電機的另一側(cè)與離合器相連，通過離合器直接驅(qū)動車輛。當(dāng)離合器斷開時，發(fā)動機在高效率去工作，發(fā)動機拖轉(zhuǎn)ISG電機為蓄電池充電，車輛由驅(qū)動電機驅(qū)動，此時處于串聯(lián)狀態(tài)；當(dāng)離合器結(jié)合時，發(fā)動機直接進(jìn)入動力系統(tǒng)，此時處于并聯(lián)狀態(tài)。

同軸混聯(lián)式系統(tǒng)構(gòu)型的優(yōu)點：

1)系統(tǒng)構(gòu)型方案簡單，易于實現(xiàn)；

2)系統(tǒng)串并聯(lián)切換運行可應(yīng)對復(fù)雜交通工況，通過不同模式切換促進(jìn)燃油經(jīng)濟性；

3)大功率電機直驅(qū)車輪保證了整車動力性也最大化了制動能量回收的程度。

同軸混聯(lián)式系統(tǒng)構(gòu)型的缺點：

1)ISG電機、大功率電機、大容量電池，使系統(tǒng)成本增加；

2)大功率電機直驅(qū)不能滿足所有道路工況，行駛在多坡道道路時適應(yīng)性下降。

4.2.2 行星齒輪傳動混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)

該結(jié)構(gòu)兼顧串聯(lián)式和并聯(lián)式結(jié)構(gòu)的能量傳輸路線，通過能量管理策略進(jìn)行控制，使行星齒輪傳動混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)具有了并聯(lián)式和串聯(lián)式的結(jié)構(gòu)優(yōu)點，從而能夠工號的協(xié)調(diào)各動力部件，使動力系統(tǒng)處于最佳運行狀態(tài)，從而保證該動力系統(tǒng)在各種工況下使汽車運行于最佳狀態(tài)。

行星齒輪混聯(lián)式構(gòu)型方案的優(yōu)點：

1)由于行星排結(jié)構(gòu)的特殊性，可以通過調(diào)節(jié)任意兩個構(gòu)件的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，使另一個構(gòu)件轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩為0。這樣可以去掉離合器，通過調(diào)節(jié)行星排轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩來起到發(fā)動機平穩(wěn)起步的效果。去掉離合器，不僅簡化的傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時使系統(tǒng)的模型簡化，省去控制過程的不連續(xù)性和非線性；

2)可以實現(xiàn)純電行駛、怠速停機模式等，最大限度提升整車燃油經(jīng)濟性。

行星齒輪傳動混聯(lián)式構(gòu)型方案的缺點：

1)行星齒輪傳動機構(gòu)較為復(fù)雜，控制難度大；

2)不適于較大負(fù)荷的轉(zhuǎn)矩傳輸，更適合小型乘用車。

綜上，行星齒輪混聯(lián)式動力系統(tǒng)對于各種道路運行工況都具有較強的適應(yīng)性，無論是在高速公路上還是在市區(qū)工況中行駛，其經(jīng)濟性和排放都具有優(yōu)勢。