混合动力汽车耦合技术

• 5 HEV传动系统的机械结构要尽可能紧凑、高效， 复杂功能的实现尽可能依靠电子软，以降低整车 制造成本，为批量生产打下基础。
• 以上是目前HEV动力传动系统研制的方向和趋势， 也是现阶段使HEV达到较高燃油经济性，较低排 放的理想措施。
谢谢
扭矩耦合
• 2 磁场耦合式
磁场耦合式 这种耦合方式是将 电机的转子与发动机输出轴做成一 体 ,通过磁场作用力将电机输出动 力与发动 机输出动力耦合在一起 。
这种耦合方式耦合效率高 ,结 构紧凑 ,耦合冲击小 ,能量回馈方便 、 效率 高 ;但混合度 (电机功率与发 动机功率之比) 低 ,电机 一般只能 起辅助驱动的作用 。由于电机转 子具有一 定的惯性 ,所以多用于轻 度混合的电动车上 。
混合动力驱动系的复杂程度
混合动力汽车的构型分析
车辆驱动系可抽象为如图示的典型结构。
混合动力汽车的构型分析
混合动力汽车的构型分析
• 该混合动力驱动系的阶次为3，指数为2。 • 复杂程度为3×2。 • 具体为多种能源存储联合式串联 + 双轴联合式并联。
混合动力汽车的构型分析
混合动力汽车构型分析
p、q由耦合器的结构确定。 依据驱动结构的不同,转速耦合方式又可分为行星齿轮式和 差速器式2种。
转速耦合
• 1 行星齿轮式
行星齿轮式这是一种普 遍采用的动力耦合形式,通 常发动机输出轴与太阳轮 连接,电机与齿圈连接,行星 架作为输出端。
行星齿轮式耦合的结构 简单,传动效率高(约98%), 混合程度高,并且还可实现 多形式驱动,动力切换过程 中冲击较小,但整车驱动控 制难度增大。
车载能源
能量存储 能量调节和转化
气罐
动力电池组
气罐
发动机-前电动机
动力电池组
动力生 成装置
发动机 前电动机 后电动机 后电动机
动力传动系
特性场转化装置
驱动轮
CVT
前轮
前轮
后轮
后轮
• 该混合动力驱动系的阶次为4，指数为3。
• 复杂程度为4×3。
• 具体为多种能源存储联合式串联 + 双轴联合式并联+驱动 力联合式并联。
• 混联式混合动力(电动)汽车 Combined Hybrid Electric Vehicle: CHEV同 时具有串联式、并联式驱动方式的混合动力(电动)汽车。
• 插电式混合动力(电动)汽车Plug-in Hybrid Electric Vehicle: PHEV可以使 用电力网(包括家用电源插座)对动力电池充电的混合动力汽车，具有纯电动 行驶较长距离的功能，但需要时仍然可以工作在全混合模式。
力,F2=η2i2T2/r;η2′为从电机到后轮的传动效率;i2为从电机到
牵引力耦合式
• 牵引力耦合式
这种耦合方式结 构简单,改装方便, 可实现单、双模式 驱动及制动再生多 种驱动方式,但整车 的驱动控制更为复 杂。
4 混合耦合式
• 混合耦合式
混合耦合式是一种采用前面2种或2种以上耦合方式的动力 耦合方式。
混合耦合式
• 日本丰田汽车公司开 发的Pruis HEV混合驱 动结构
• 福特汽车公司的Escape
混合耦合方式将几种耦合方式相结合,可方便地实现多模式驱动, 还可实现三动力源输出或更多动力源输出的耦合;能量回馈容易,动 力混合度高。但混合耦合方式的结构复杂,驱动控制相对麻烦。
各种动力耦合方式的比较及 HEV 传动系 统的研制方向与趋势
动力源输出动力耦合方式的不同， 将HEV动力系统分为：
扭矩耦合式
下面将分别从动力学和运动学 规律、传动效率、能量流动路径等
转速耦合式
方面分别分析这4类传动方式的动力 耦合过程。以两动力源为例，设动
牵引力耦合式 混合耦合式
力源1(发动机)的输出扭矩为T1，输 出转速为n1。动力源2(电动机)的输 出扭矩为T2，输出转速为n2： 耦合 后的输出扭矩为T3，输出转速为n3。
• 复杂程度为4×3。
• 具体为多种能源存储联合式串联 + 双轴联合式并联+驱动 力联合式并联。
提纲
• 混合动力汽车的构型分析 • 混合动力汽车动力耦合技术
根据电动机和发动机的组合形式，可分为 以下三类：
HEV 动力耦合方式的分类
• 动力耦合主要是针对并联或混联式 混合动力车的动力系统，根据多个
1 扭矩耦合
扭矩耦合式
扭矩耦合式动力系统是指 2 个 ( 多个) 动力源的输出动力在耦 合过程中 , 两动力源的输出扭矩相互独立 , 而输出转速必 须互成比例 , 最终的合成扭矩是两动力源输出扭矩的耦合 叠加 , 而合成转速则不是 两动力源输出转速的叠加 , 合成 扭矩
式中 :η、k 分别为耦合效率和从动力源 2 到动力源 1的传动 比 。依据机械结构的不同 , 扭矩耦合方式又可分为 齿轮耦 合 、磁场耦合 、链或带耦合 3 种 。
转速耦合
• 2 差速器式
差速器实际上是行星齿轮 系k = 1时的一种特殊情况。 对一般差速器,将动力分解,对 此逆用即可实现动力的耦合。
差速器耦合方式与行星齿 轮耦合方式基本类似,只是二 者对发动机和电机的动力性 能要求不同,从而导致HEV动 力混合程度高低不同。差速 器式HEV要求发动机和电机 动力参数相当,动力混合程度 比较高。
混合动力汽车的构型分析
混合动力驱动系阶次: 混合动力驱动系阶次是指驱动系中所具有的可独立 驱动车辆行驶的单个驱动系数目，记为ND；
混合动力驱动系联结部件：用于实现串联、并联的耦合部件的总称，比如 实现电电混合的功率器件控制单元，用于实现机电混合动力的动力耦合装 置等；
混合动力驱动系指数: 混合动力驱动系指数是指驱动系中所具有的用于实 现动力和能源合成的联接部件个数，记为NC。
混合动力汽车的构型分析
混合动力汽车构型分析
车载能源 能量存储 能量调节和转化
动力生成装
动力传动系
置
特性场转化装置
驱动轮
油箱
发动机
传动系统
前轴
油箱
发动机-电动/发电机1 电动/发电机 2
后轴Baidu Nhomakorabea
动力电池 组
电动/发电机 1
传动系统
前轴
动力电池 组
电动/发电机 2
后轴
• 该混合动力驱动系的阶次为4，指数为3。
• 串联式混合动力(电动)汽车 Series Hybrid Electric Vehicle:SHEV车辆的驱 动力只来源于电动机的混合动力(电动)汽车；
• 并联式混合动力(电动)汽车 Parallel Hybrid Electric Vehicle:PHEV车辆的 驱动力由电动机及发动机同时或单独供给的混合动力(电动)汽车；
3 牵引力耦合式
• 牵引力耦合式
这种耦合方式比较特殊,发动机驱动汽车前轮(后轮),电机驱 动后轮(前轮),通过前后车轮驱动力将多个动力源输出动力合 成在一起。
动力合成规律为，
式中:F为整车驱动力;F1为发动机最终作用在前轮上的驱动
力,
n1为从发动机到前轮的传动效率;i1为
从发动机到前轮的传动比;F2为电机最终作用在后轮上的驱动
T3 = T1 + T2 ; n3 = n1 = n2
扭矩耦合
• 3 链或带耦合式
这种耦合方式通过链 条或皮带将两动力源输 出动力进行合成。链或 带耦合结构简单,冲击小, 但是耦合效率低 。
T3 =η( T1 + k T2 ) , n3 = n1 = 1/ k n2
2 转速耦合
• 转速耦合式
转速耦合式动力系统是指2个(多个)动力源的输出动力在耦 合过程中,两动力源的输出转速相互独立,而输出扭矩必须互 成比例,最终的合成转速是两动力源输出转速的耦合叠加,合 成扭矩则不是两动力源输出扭矩的叠加
混合动力汽车动力耦合技术
LH 车辆1202班
提纲
• 混合动力汽车的构型分析 • 混合动力汽车的动力耦合技术
混合动力汽车的概念
GB/T 19596-2004 电动汽车术语 混合动力(电动)汽车 ( Hybrid Electric Vehicle)
HEV,指能够至少从下述两类车载储存的能量中获得动力的汽车：－可消耗的 燃料；－可再充电能/能量储存装置。
扭矩耦合
• 1齿轮耦合式
齿轮耦合这种动力耦合方式通 过啮合齿轮 (组) 将多个输入动力合 成在一起输出 。
这种耦合 方式结构简单 ,可以实 现单输入 、双输入等多种驱动方 式 ,耦合效率较高 ,控制相对简单 ; 但由于齿轮是 刚性啮合的 ,在动力 切换 、耦合过程中易产生冲击 。
T3 =η( T1 + k T2 ) ; n3 = n1 = 1/ k n2
• 2要从根本上提高燃油经济性，减少排放，HEV的 机(内燃机动力)电( 电机动力)混合度不能太低。因 为混合度太低，则接近一般燃油汽车，很难达到预 期效果。但从目前国内外H EV 技术研究水平来看， 混合度也不能太高，因为太高,电力驱动起主要作 用，势必会增加电池的重量，增加车重，反而增大 燃油消耗 。
如日本丰田汽车公司开发的Pruis 的HEV混合驱动结构(如下 图所示)发动机与发电机的动力耦合是行星齿轮式 ,之后两者 的合成动力又与电机动力进行齿轮式耦合,最终的合动力驱动 差速器;再如福特汽车公司的Escape(如下图所示),其动力合成 是磁场扭矩耦合与行星齿轮转速耦合2种方式的结合;此外,美 国加州大学提出的一种先进、高效HEV传动系统的动力合成 也采用混合耦合方式。
• 3 要使发动机一直工作于理想工况,HEV驱动系统 必须具有无级变速功能。HEV能提高燃油经济性、 降低排放的关键是在车辆运行时改善发动机工作 状况，使其工作于经济工况下，而彻底解决这一 问题的方法就是采用无级变速。采用无级变速传 动还可大大提高制动能量再生效率。
• 4 HEV多能源输出的动力耦合或动力切换(驱动模 式从一个动力源切换到另一个动力源)要平顺，以 保证汽车的行驶平顺性和驾驶性能。
表为从动力混合度动力切换平顺性结构复杂程度、耦合效率、 是否容易控制、能否实现多模式驱动及造价等角度对以上各动力耦 合方式进行评价的结果。通过分析和比较, 结合国内外HEV 研究和发 展现状,一款理想、高效、紧凑、经济的HEV 动力系统必须具备以下 5点:
• 1HEV要有高效方便的能量回收功能。能量回收是 提高HEV燃油经济性的最有效途径之一 ，特别是对 城市行驶车辆 。