混合动力电动汽车动力耦合装置分析

混合动力电动汽车动力耦合装置分析

作者：王磊

来源：《山东青年》2018年第07期

摘要：混合动力电动汽车的发动机和电动机的布置多种多样，但这两个动力源输出的动力必须进行有效的耦合，特别是在发动机与电动机联合驱动的时候，两动力源的配合尤为重要，并不是简单的将发动机驱动与电动机驱动单独的加装到同一辆汽车上。通过对动力耦合装置进行分析，可以根据设计需求选择合适的动力耦合装置。

关键词：混合动力；汽车；动力耦合装置

1 动力耦合装置的功能

混合动力汽车的发动机与电动机的动力耦合离不开动力耦合机构，不同动力耦合机构的耦合方式及其结构形式有很大差别，但都应具有以下四种基本功能：

（1）动力耦合功能

耦合机构就是为了将两个或多个动力源输出的动力合成在一起，使混合动力汽车可以由这些动力源单独或联合驱动，而且各动力源输出的动力互不干涉。

（2）能量反馈功能

回收汽车制动时的能量用作发电机发电，是提高混合动力汽车燃油经济性的有效途径之一，动力耦合装置应能在这个过程中使驱动轮只与电机连接。

（3）模式切换功能

混合动力汽车动力耦合装置的结构应紧凑，切换驱动模式时要平顺防止产生冲击。

（4）辅助功能

汽车在起步阶段扭矩需求较大，耦合装置应能满足起步需求，避免起步时能量过多的消耗在离合器上。

2 动力耦合方式的分类

混合动力汽车的适用条件和使用要求以及动力系统的研究开发受到动力耦合形式及其结构的影响。并联或混联式混合动力车的耦合装置可以分为扭矩耦合式、转速耦合式、牵引力耦合式和混合耦合式4类。

（1）扭矩耦合式

扭矩耦合式动力系统是指两动力源输出的扭矩相互独立、转速互成比例，动力以扭矩的形式进行合成，所合成的扭矩是两动力源输出扭矩之和。扭矩耦合式又可分为齿轮耦合式、磁场耦合式和链或带耦合式。

齿轮耦合式的动力耦合方式是用一对啮合齿轮将两动力源的扭矩合成在一起，齿轮与动力源的连接由离合器控制。该耦合方式可实现发动机和电动机单独或共同驱动车辆，其结构简单，易于控制，而且耦合效率较高，但是在动力切换和耦合过程中产生的冲击较大，容易损坏。

磁场耦合式的动力耦合方式是利用磁场的作用将发动机与电动机输出的扭矩合成在一起，电机的转子和发动机的输出轴是一体的。磁场耦合式的功率耦合率高而且易于能量的传递和回收，但是因为电机转子具有惯性作用会消耗较多的能量，所以这种耦合方式多用于混合度较低的轻度混合动力汽车上。

链或带耦合式动力耦合方式是指两动力源输出的动力用链条或皮带将扭矩合成在一起输出。因其耦合效率低而使用的较少。

（2）转速耦合式

转速耦合式动力系统是指两动力源输出的转速相互独立、扭矩互成比例，动力以转速的形式进行合成，所合成的转速是两动力源输出转速之和。常用的行星齿轮式和差速器式耦合器都是转速耦合方式。

行星齿轮式动力耦合方式是目前使用最普遍的一种方式，通过行星齿轮机构将两动力源输出的动力合成在一起输出。一般将太阳轮和齿圈分别与发动机和电机的输出轴连接作为输入端，将行星架作为输出端。这种耦合方式结构简单而且传动效率较高，可实现多形式的驱动，动力切换和耦合过程产生的冲击较小，但是整车驱动控制难度较大，适用于混合程度高的车辆。

差速器式动力耦合方式是行星齿轮式动力耦合方式的一种特殊表现形式。两者对混合动力汽车的混合程度的高低要求不同，一般装有差速器式耦合装置的混合动力汽车混合程度较高。

（3）牵引力耦合式

牵引力耦合式动力系统是指通过利用发动机和电动机分别驱动汽车的前轮或后轮产生的驱动力将两动力源输出的动力合成在一起。该耦合方式结构简单，可实现四轮驱动，但驱动控制较为复杂。

（4）混合耦合式

混合耦合式动力系统是指将前三种耦合方式中的两种或三种相结合，充分利用各耦合方式的优点，实现多模式驱动，但其结构和驱动控制也更为复杂。

3 各类动力耦合方式的比较

从适用于HEV的动力混合度、能量再生难度、控制难度、耦合效率、动力切换时结合平顺性、耦合系统的结构复杂程度及其造价等角度对上述动力耦合方式进行评价，不同动力耦合方式的比较在表1中列出。

[参考文献]

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[2]杨章林.差速器式HEV动力耦合装置设计分析[J].黑龙江工业学院学报（综合版），2017，17（09）：50-53.

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[4]支亚辉. 混合动力车动力耦合装置设计与特性分析[D].石家庄铁道大学，2017.

[5]高爱云，田松文.HEV用行星齿轮式动力耦合装置设计与运动分析[J].机械传动，2017，41（05）：72-76.

（作者单位：山东科技职业学院，山东潍坊 261053）