输出型功率分流耦合机构的特性分析

如图 ２所示是输 出型功率耦合机构 的结构简图，设发动
机 的转矩转速分别为 Ｔ。、 ，电机 ＭＧ１的转矩转速分别为 Ｔ 输出型在 效率特性等许多方面呈现出截然相反 的特点；复合
、 ∞ ，电机 Ｍ Ｇ２的转 矩转 速 分 别 Ｔｍ、（１） ，其 连 接 关 系 为 ：发 动 分流型是输入型和输 出型的综合，相较于输入型和输出型在
输出型功率分流耦 合机构 的特性分析
樊 杰 左 言言 陈 铭 曹一川
（江苏 大学汽 车与 交通 工程 学院 江 苏 ·镇 江 ２１２０００）
摘 要 首先推导 了单排行星轮系各主要部件之 间的转矩、转速 关系，接着在此基础上求解 了输出型功率耦合机构 三
个主要部Байду номын сангаас（即发动机 、电机ＭＧ１、电机 ＭＧ２）之间的转矩、转速 关系，最后推导 出功率分流 比例和传 动比与行 星排特
（２）
路 径 和机 械路 径 ），因此 这种 系 统被 称 为 输 入 型 ；输 出型 功 率 耦合机构与输入型最大 的不 同是行星轮系的部件与发动机 、
１．２输 出型 功 率耦 合 机 构 各 部 件 之 间 的 转矩 、转速 关 系
电机 ＭＧ１和 电机 ＭＧ２的连接方式。这种差异使得输入型与
仅 在 极 限工 况 下 工 作 ，故 对 功 率分 流 耦 合 机 构 的影 响不 大 ，若
不 考 虑 电池 组 ，则 应 满 足 以 下 的 电功 流 的 平 衡方 程 ：
Ｔｇ（ｉ）ｇ琚＋Ｔ （ｉ） ：Ｏ
（３）
式中 为电机 ＭＧ１的效率 ，稽为电机 ＭＧ２的效率 ，满足：
１ 太 阳轮 ２．费 圈 ３．行置 寨 ４．行 互轮
ｒ 一１ Ｆ ０
厂 一ｉ ∞ ≥０
Ｂ ＝
‘ ‘
８ｌＨ＝
图 １：单排 行 星轮 系的 结 构 简 图
１
∞ ＜０
１
＜０
设太阳轮的转矩转速分别为 Ｔ；、（Ｉ） ，行星架 的转矩转速分
为 了方 便分 析 功率 分流 耦 合机 构 的 分流 特 性和 效 率特 性 ，
别 为 Ｔｏ、（１） ，齿 圈 的转 矩 转 速 分 别 为 Ｔｒ、（１） 则 依 据 行 星 轮 系 的 定义为功率分流耦合机构 的传动 比；定义 ｉ＝ 为功率分流耦
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依 据 （公 式 １）至 （公式 ３）以及 相 关 定 义 和 连 接 关 系 可 得 ：
从 图 ３中可 以看 出 ：当 时 ，发 动机 的功 率 在 输 入轴 上 通 过
电机 ＭＧ１的 转 速和 转 矩 ：
电机 ＭＧＩ实现分流，后通过 电机 ＭＧ２又在输入 轴上实现汇
卿 （÷一 Ｔ －２ Ｌ（
太 阳轮 、行 星轮 、行 星 架和 齿 圈 。
图 ２：输 出型 功 率耦 合 机 构 的结 构 简 图
由于系统的电功率平衡满足方程 Ｐ ＝Ｔｇ６） ｈｅ＋Ｔ ∞ 瓣
式 中 Ｐ 为 电池 组 的输 出功 率 。当 Ｐ ＞ ０时 ，电池 组放 电；当 Ｐ ＜ ０时，电池组充 电。由于 电池组只是起辅助作用，
机 和 电机 Ｍ Ｇ２与 行 星 架 同轴 相 连 （∞ ＝（１） ＝（Ｉ） 、Ｔ ＝Ｔ ＋Ｔ邢）， 更大的传动 比范围 内拥有更高 的效率，但 占用体积大 、结构相
ＭＧＩ与太 阳轮 相 连 （∞ ＝∞ 、Ｌ＝Ｔ ），合 成 动 力 从 齿 圈输 出 （∞。＝ 对 复 杂 。北 京 理 工 大 学 项 昌 乐 等 学者 已对 输 入 型 的 ＴＨＳ 动
运动学关系： ＝ 三 一ｐ（其中Ｐ称为行星排的特征参数，定 合机构 的临界传动 比。当 ｉ＝九时太 阳轮转速为零 ，为纯机械工
义 为 齿 圈 与太 阳轮 齿 数 之 比）整 理 得 ：
况 ，亦即发动机 的功率全 部转化为机械 功率从输 出轴输出，而
一 一 ＿Ｉ 。。学 ∞。
没 有 功 率 流 向 电机 。此 时 由于 不 存在 发动 机 到 发 电机 再 到 电
征参 数之 间的关 系，研 究了不 同功率 电机 能够 实现 的传动 比的变化范 围以及耦合机构 的效率随传 动比的变化关系。
关键词 输 出型 功率分流 分流特性 效率特性
中图 分 类 号 ：ＴＨ１３２
文献 标 识 码 ：Ａ
０引 言 ＨＥＶ动力 系 统 根据 功 率 分流 方 式 的 不 同可 分 为输 入 分 流 型、输出分流型和复合分流型 。其中最典型的输入分流型功
∞ 、Ｔ ＝Ｔ ）。
力 系 统 的特 性 进 行 了详 尽 的 分 析 ，而 复 合 分 流 型 是输 入 型 和
输 出型的复合 ，故本文主要研 究输 出型功率耦合分流机构 的
特 性 。
１转速 、转矩特性分析
１．１单排 行 星轮 系各 部 件 之 间的 转 矩 、转 速 关 系
如 图 １所 示 是 单 排 行 星轮 系 的结 构 简 图 ，其 主要 部 件 是
（４） 流 ，出现功率循环现象；当时 ，发动机 的功率在输入轴上通过 电机 ＭＧ２实现分流 ，后通过 电机 ＭＧ１又在输入轴上实现汇
电机 Ｍ Ｇ２的 转 速 和 转矩 ：
流 ；当时，发动机的功率直接传到输出轴 。由于当动力系统 中 出现功率循环现象时，发动机的输出功率可能远远超 出输 出
（５） 轴 的需 求 功 率 ，并 且 分配 到 电路 径 的 功 率流 没 有 动 力输 出 ，因
（Ｔｓ－古Ｔ Ｔｒ＋Ｔｃ） ０
由于要求上式对任意的（１）。、（１） 均成立，即有Ｔｓ－寺Ｔ ＝０且
率 耦 合 机 构 是 丰 田 Ｐｆｉｕｓ中所 应 用 的 ＴＨＳ动 力 系 统 ，因 为 其 卫 Ｔｒ＋Ｔ ＝０
’
ｐ
发动机输入到行星排机构的功率分成了两条 功率路径 （即 电
解 得 ：Ｔｒ＝ｐＴｓ＝一 Ｔｃ
若不计机械损失 ，依据功率平衡方程有 Ｔ ∞。＋Ｔ舢ｒ＋Ｔ ∞ ＝０ 动机的二次能量转换 ，整个系统的效率最高 ，有些文献将这种
将 转 速 关 系 带 入 功 率 方程 可 得 ：
工况定义为机械 点。当功 率分 流耦 合机 构处于平 衡状态时 ，
一 科 教导 刊 ｒ电子版Ｊ·２０１６年 第 ４期 ｒ中ｊ一