混联式混合动力系统是串联式与并联式的综合,其结构如图2-13所示。发动机发出的功率一部分通过机械式传动输送给驱动桥,另一部分则驱动发电机发电。发电机发出的电能输送给电动机或蓄电池,电动机产生的转矩通过动力复合装置传送给驱动桥。
混联式驱动系统的控制策略是在汽车低速行驶时,驱动系统主要以串联方式工作;当汽车高速稳定行驶时,驱动系统则以并联工作方式为主。
目前的混联式结构一般以行星齿轮机构作为动力分配装置。有种最佳的混联式结构是将发动机、发电机和电动机通过一个行星齿轮装置连接起来,动力从发动机输出到与其相连的行星架,行星架将一部分转矩传送到发电机,另一部分传送到传动轴,同时发电机也可以驱动电动机来驱动传动轴。这种机构有两个自由度,可以自由地控制两个不同的速度。
下面介绍两种典型的混联式混合动力汽车。
(1)福特 Escape PSHEV福特汽车公司(欧洲)最新研制开发的 Escape PSHEV(图2-14),采用了很多的新技术,在节能和环保方面有新的进展,在动力系统的配置方面进行全面的调整,使 Escape PSHEV的技术性能大大提高,车辆的总质量也大大减小。
① Escape PSHEV的技术性能 Escape PSHEV是用 Escape轿车改装的混联式混合动力汽车, Escape PSHEV的百公里综合油耗为5.9/100km,一次加油的续驶里程达到800km。其动力性能
基本上与装备V6汽油发动机的 Escape SUV相同。
② Escape PSHEV的结构如图2-15所示。
a.发动机 Escape PSHEV从降低发动机的燃料消耗和排气污染着手,采用了 Atkinson循环的 Zetec四缸发动机。 Atkinson循环发动机有进气、回流、压缩、膨胀和排气5个冲程,由于Atkinson循环能够减少泵气损失和优化膨胀比,同时保持压缩比恒定,它比传统四冲程的奥托循环的发动机更加节能,排放也能达到
超低污染。发动机的动力经过动力组合器传递到主减速齿轮和差速器,驱动车辆行驶。
b.电动/发电机 发动机的后面安装一台电动/发电机,其功率为28kW,电动/发电机能够产生大的低速转矩,有利于帮助发动机快速启动,并能在发动机全部转速范围内产生稳定的电流。
C.驱动电动机 Escape PSHEV采用福特汽车公司的感应电动机,驱动电动机的功率为65kW,驱动电动机经过动力组合器将动力传递到主减速齿轮和差速器,驱动车辆行驶。
d.动力电池组 Escape PShev采用轻型镍氢动力电池组,由多个单节电池组成,动力电池组和DCDC转换器布置在驱动电动机左右两侧的座位下面。
e.动力组合器 福特汽车公司在 Escape PShEV上装配了一个动力组合器,它是一个用行星齿轮和传动齿轮组合而成的传动机构,用以使发动机与驱动电动机在不同的驱动模式时,两种动力装置的运动和动力输出不发生干扰,发动机与驱动电动机处于混合驱动模式时,输送到差速器上的转速相同。
③ Escape PSHEV的控制系统 Escape PSHEV上,发动机驱动电动机和动力组合器的控制系统有以下特点。
a.福特汽车公司的 Escape PSHEV多装置了一个电动/发电机,作为发动机的起动机,带动发动机启动。电动/发电机能在发动机全部转速范围内产生稳定的电流,电流能够供给驱动电动机有效地增加了 Escape PSHEV的续驶里程。
b.驱动电动机可以独立驱动 Escape PSHEV行驶,还可以在车辆加速或爬坡时,输出动力辅助发动机工作,车辆可以获得很大的驱动力。
c.发动机和驱动电动机两套驱动系统通过动力组合器来协调运动和动力传递,其相当于一个无级变速器。在采取任何一种传动模式时,发动机与驱动电动机在动力传递时都不会发生运动干扰。
在制动时,驱动电动机能够回收再生制动时的能量。
d.由于发动机可以实现启动-关闭的控制模式,使发动机始终
保持低燃耗、高效率的平稳运转,采用电动机辅助动力帮助加速或爬坡,因此 Escape PSHEV的百公里综合油耗为5.9L/100km,一次加油的续驶里程达到800km。
④ Escape PSHEV的驱动模式a.发动机驱动模式 这种驱动模式是 Escape PSHEV的主要驱动模式,电动/发电机带动发动机启动后方面发动机的动力通过自动离合器、自动变速器、动力组合器和差速器,驱动车辆前轮转动,另一方面带动电动/发电机发电,使发动机保持在最佳效率状态下运行。
发动机在启动时,利用电动机低转速、大转矩的特性,使发动机快速启动,发动机启动时间约0.2s。
b.驱动电动机驱动模式 当 Escape PSHEV在城市中或低速行驶时,发动机关闭,由驱动电动机通过动力组合器驱动车辆行驶,充分发挥电动机低转速、大转矩的特性,保持汽车低速稳定地行驶。在换挡或停车(红灯或暂时停车)时,发动机被关闭,驱动电动机提供车辆起步时所需要的动力。
c.混合动力驱动模式 车辆在加速或爬坡时,发动机节气门开度最大,发动机发出最大动力,同时驱动电动机也输出最大动力。在动力组合器的协调下,发动机和驱动电动机以混合驱动模式共同驱动汽车行驶,此时车辆有最大的驱动功率。
d.再生制动能量的回收 当 Escape PSHEV在制动时将再生制动时的能量回收。
e.倒车 Escape PSHEV倒车时,用驱动电动机反转来使车辆倒车。
⑤ Escape PSHEV的车身与底盘 Escape PSHEV的车身具有高度流线型,在车身和底盘上大量采取铝、镁等轻金属,使整车的整备质量减轻,在车身和底盘结构上还采用了多种最新技术,提高了整车的性能。新型低滚动阻力的轮胎减少了能量的消耗。
⑥ Eacape PSHEV的特点 在混合动力驱动模式时,发动机和驱动电动机两套独立的驱动系统并存,这两套独立的驱动系统的动力,是通过福特汽车公司专门设计的PTH动力组合器起作用
的,在任何一种传动工况时,发动机与驱动电动机的动力传递不会发生运动干扰。
Escape PSHEV选择 Atkinson循环的四缸发动机,更加节能,排放也能达到超低污染。但 Atkinson循环发动机的固有缺点是低速转矩损失较大,不过在 Escape PSHEV上可以用电动机驱动来克服,这使 Atkinson循环发动机成为HEV理想的发动机。
(2)丰田 Estima-Four PSHEV丰田汽车公司的 Estima-Four PSHEV(图2-16)是最新推出的四轮驱动的混联式混合动力汽车。 Estima-Four PSHEV由发动机、电动/发电机和驱动电动机三大动力总成组成。装有丰田汽车公司自行开发的四轮驱动系统,可以发动机驱动前轮、电动机驱动后轮的四轮驱动混合动力驱动模式使车辆行驶。
① Estima-Four PSHEV的结构如图217所示a.发动机 Estima-Four PSHEV的发动机,采用了丰田汽车公司开发的新型的 Atkinson循环、高膨胀比、大功率、大转矩的汽油发动机。发动机的排量为2.4L,发动机采用可变正时气门(VVT-i)系统,可进一步提高燃烧效率。发动机主要追求髙热效率,而不是高功率,因此具有更好的经济性,燃料经济性比普通汽油发动机汽车提高约1倍,排放废气中CO/CH和NOx的含量为传统内燃机轿车的1/12,达到日本环境厅超低排放( SULEV)的规定,该项标准被认为是目前日本对低公害汽车尾气技术限制的最严厉的标准。发动机采用铝合金制造的缸体,在结构上进一步改
进,使发动机的尺寸和质量都比传统的发动机有所减小。
b.电动/发电机 Estima-Four PSHEV的发动机有很大的功率,在发动机工作时,不仅有足够的驱动力,而且能够带动电动/发电机发电,可以满足自行充电的要求,使驱动电动机工作时有足够的电能供应。电动/发电机还用于发动机的启动并对发动机起平衡的作用。
C.驱动电动机 Estima-Four PSHEV的驱动电动机装在车辆的后部,它通过驱动系统和后驱动桥带动后轮转动d.驱动系统 Estima-Four PSHEV的驱动系统,采用了丰田汽车公司新研发的THSC驱动系统。THSC驱动系统将发动机、电动/发电机、驱动电动机组成新的混合驱动系统,在发动机-驱动电动机混合动力驱动时,调节前、后轮的驱动力,使发动机和驱动电动机的动力匹配达到最佳效果。
② Estima-Four PSHEV的控制系统a.多能源动力管理系统在 Estima-Four PSHEV启动、加速和爬坡时,由中央控制器的多能源动力总成控制模块控制,可以用发动机驱动车辆的前轮转动,可以用驱动电动机驱动车辆的后轮转动,还可以在发动机驱动车辆前轮转动的同时,驱动电动机也驱动
车辆后轮转动,形成混合动力驱动的双对顶角四轮驱动模式。系统响应速度快,使各个动力装置保持最高效率和最佳状态,使车辆有良好的加速性能和越野性能。
b.操纵系统 当驾驶员踩下加速踏板时,加速踏板行程转换为电量信号输入中央控制器,经过计算机计算,通过多能源动力总成控制模块向 Estima-Four PSHEV驱动系统发出相应的指令。根据车辆的状态,确定发动机的启动或关闭,并根据电池管理系统模块反馈的信息,指令发动机带动电动/发电机发电,补充动力电池组的电量等。在发动机电动机混合驱动时,协调发动机的驱动力和驱动电动机的驱动力③ Estima-Four PSHEV的特点 Estima-Four PSHEV动力驱动系统的特点:一是控制电动/发电机与发动机共同组成(转速合成)混合驱动模式;二是控制发动机与驱动电动机共同组成(驱动力合成)混合驱动模式;三是电动/发电机与驱动电动机共同组成双电动机(驱动力合成)混合驱动模式,有效提高车辆的总驱动力,双电动机驱动可以更好地发挥电动机在低转速时大转矩的特性,特别适应在湿滑道路和泥泞道路上低速越野行驶,具有强劲的驱动力和附着力。
