混合動力汽車的耦合技術

摘要：動力耦合系統是混合動力汽車的核心部分，通過動力耦合裝置可以實現混合動力汽車不同工作模式之間的轉換，動力耦合系統的性能會直接關系到混合動力汽車的整車性能狀況。本文從混合動力汽車的耦合技術的功能、動力耦合裝置的分類以及動力耦合裝置的發展趨勢等方面對混合動力汽車耦合技術進行論述。

關鍵詞：混合動力汽車;功能;動力耦合;發展趨勢

動力耦合裝置是混合動力汽車上使得多個動力源輸出與整車動力輸出之間產生一定影響關系的機構，對于常見的油-電混合動力汽車就是指能夠把發動機和電機動力耦合輸出的裝置。根據動力耦合方式的不同可以將混合動力汽車分為串聯式、并聯式、混聯式和牽引力合成式，其中串聯式結構最為簡單，并聯式次之，混聯和牽引力合成式最為復雜，同時也是混合動力汽車發展的主要方向。

1.功能

雖然混合動力汽車的動力耦合方式存在很大的差別，但是它們的功能基本相同，歸納總結起來主要有以下幾項。

動力耦合功能：實現多個動力源的轉速、轉矩和功率的合成，形成驅動車輛的動力。各動力源的輸出的動力不能相互干涉，每個動力源可以單獨驅動車輛也可以幾個動力源共同驅動，不能影響傳動效率。必要的時候還能夠將一個動力源輸出的動力進行分解。行駛發電模式就是將發動機的動力分成兩部分，一部分用來驅動車輛，另一部分用來驅動電機發電。

能量回饋功能：再生制動功能是混合動力汽車四種節能途徑之一，它利用汽車在制動時的動能拖動電機發電。這個過程需要保持驅動輪與電機的機械連接并且斷開與發動機的連接，動力耦合裝置應該在再生制動的時候實現這種連接。

模式切換功能：動力耦合裝置應該結構緊湊，與動力傳動系統的其他部件配合緊密，控制便捷可靠，能夠方便地實現多種驅動模式并且保證模式之間的切換過程平順且無沖擊。

輔助功能：動力耦合裝置應該能夠滿足混合動力汽車起步時的低速、大轉矩的需求，避免傳動汽車在起步離合器上消耗的能量損失;除此之外，該裝置還能夠利用電動機的反轉特性或者改變發動機轉矩方向實現倒車的功能，進而取消變速器的倒擋機構。

動力耦合裝置的前兩項屬于基本功能，后兩項是混合動力汽車發展到一定階段才能實現的高級功能。目前國內混合動力汽車的動力耦合裝置基本實現了前兩項功能，后兩項功能尚未實現。

2.動力耦合裝置的分類

混合動力汽車通過下列四類耦合方式把多個動力源的動力合成輸出：

轉矩耦合式：各動力源輸出的轉矩獨立，轉速符合一定的比例關系，動力耦合器輸出的轉矩等于各動力源轉矩的線性和。這類耦合方式還可以進一步細分為三種，第一種是齒輪耦合式，一汽集團和二汽集團開發的混合動力城市客車都采用這種結構。第二種是磁場耦合式，將電機轉子和發動機曲軸布置在同一條軸線上，通過電機的勵磁控制把電機轉矩和發動機轉矩耦合到一起輸出，本田公司的IMA系統和長安集團的ISG系統都采用這種耦合方式。第三種是鏈或者帶耦合式，通過鏈條或者皮帶將動力源輸出的動力進行合成，這種耦合方式結構簡單、沖擊小，但是效率低下。

轉速耦合式：各動力源的轉速獨立，轉矩成一定的比例，動力耦合器輸出的轉速等于各動力源轉速的線性和。這種耦合方式可以進一步細分為兩種：一種是行星齒輪耦合式，該種耦合方式是利用一組行星齒輪將發動機和電機的動力耦合，通過一組離合器和兩組制動器的結合/分離控制整車的工作模式和模式之間的切換。第二種是差速器耦合式，湖南大學以菱形轎車作為基礎開發差速器耦合式混合動力轎車，菱形車的驅動車輪位于中間，兩個轉向輪分別位于汽車的前后方，該車巧妙地反向運用汽車差速器作為動力耦合裝置，把發動機和電機的動力耦合用兩個離合/制動器控制該車的工作模式及其切換過程。

牽引力耦合式：前后軸分別由獨立的動力源驅動，通過前后軸的驅動力實現各動力源的耦合，這種耦合方式前后軸獨立性好，可以將整車的驅動功率劃分為幾個等級。該種耦合方式的顯著優點是：汽車的驅動力由兩根驅動軸承擔，因此作用于每一根驅動軸上的驅動力都會達到其輪胎與地面之間的附著極限;在標準的工作模式下，汽車主要是由發動機驅動，在零排放模式下，只是用電動機驅動;當汽車需要加速或者爬坡，發動機和電動機同時驅動;此種結構的混合動力汽車的燃油經濟性和動力性都超過了傳統的內燃機汽車。

混合耦合式：近幾年出現了在同一輛混合動力汽車上采用兩種甚至兩種以上的動力耦合方式的設計，這就是混合耦合。豐田旗下的Camry的混合耦合就是發動機和MG1電機通過轉速合成端的行星齒輪構成轉速耦合，動力從齒圈輸出，由于MG1電機具有轉速調節作用，發動機轉速與車速相互獨立，即實現了ECVT。轉速耦合形成的動力再與MG2電機形成轉矩耦合，動力在齒圈上疊加輸出。這種耦合方式能夠匯集多種耦合方式的優點，避免它們的不足，實現多種工作模式，與變速系統緊密配合，使得混合動力汽車節能減排的優勢得到充分的發揮，但是同時也使得結構最復雜、控制難度最大的動力耦合方式。這種耦合方式已經成為混合動力汽車的發展趨勢。

3.動力耦合裝置的發展趨勢

由以上的分析可以知道，混合動力汽車的動力耦合裝置正向功能更加完備、結構更加復雜、控制更先進的方向發展。國外一些汽車公司憑借他們掌握的豐富的產品開發經驗、精湛的制造工藝和先進的控制技術不斷研制新的動力耦合方式，推出的混合動力汽車主要是采用混合耦合方式。

國內在這方面目前仍還處于初級階段，功能上僅能滿足基本要求，耦合方式只局限于前三類，與國外相比較還存在著很大的差距。中國在混合動力汽車關鍵單元技術方面已經取得了一定的重大進展，如何將這些關鍵單元用更高級的耦合方式形成功能更完備的混合動力汽車是當務之急。

參考文獻

[1]蔣科軍，何仁，束馳，等.混合動力汽車動力耦合技術綜述[J].機械傳動，2015（4）：175-181.

[2]趙福水，陶棟材，龍英，等.混合動力汽車動力耦合系統結構與發展分析[J].湖南農機，2007（9）：12-13.

[3]彭建偉.關于混合動力汽車動力耦合技術分析[J].山東工業技術，2017（9）：16-17.

作者簡介：吳俊鋒（1998-），男，福建省泉州市人，在讀本科，山東科技大學交通學院車輛工程專業2016級，研究方向為車輛工程。