并联式混合动力电动汽车的驱动系统布置

根据内燃机、电动机动力合成的方式及有无离合器等情况，并联式混合动力电动汽车的驱动系统存在较大差别。

当动力合成器单独采用转矩耦合时，并联式混合动力电动汽车驱动系统可采用两轴式、单轴式和分离轴式三种布置形式。当动力合成器单独采用速度耦合或同时采用转矩耦合与速度耦合时，并联式混合动力驱动系统主要采用两轴式布置形式。

1.转矩耦合的混合动力驱动系统

（1）两轴式结构的混合动力驱动系统 发动机和电动机通过动力合成器的两输入轴进行动力合成，再经过机械传动装置驱动汽车行驶。两轴式混合动力驱动系统的变速器与动力装置的布置形式多样，使得驱动系统结构也多样化，主要有以下两种结构：

1）变速器位于转矩耦合器之前的两轴式混合动力驱动系统。图12-14所示的两轴式混合动力驱动系统应用了两个变速器。变速器1位于发动机和转矩耦合器之间，变速器2位于电动机和转矩耦合器之间。两个变速器可以是单档或多档。多档变速器能形成多种牵引力-转速特性曲线。两个多档变速器为发动机和电动机驱动系统运行于各自的最佳区域提供了更多的可能性，使该混合动力驱动系统的性能和整体效率可超过其他类型的混合动力驱动系统。但两个多档变速器将使混合动力驱动系统复杂化，且两个变速器换挡复杂。为此，常见的布置形式是变速器1为多档，变速器2为单档，或者变速器1与变速器2均为单档。变速器1为单档而变速器2为多档的布置形式是不合适的，因为这种布置方案不能充分发挥发动机和电动机的优势。

图12-14 变速器位于转矩耦合器之前的混合动力驱动系统

2）变速器位于转矩耦合器之后的两轴式混合动力驱动系统。图12-15所示的两轴式混合动力驱动系统只有一个变速器，位于转矩耦合器之后，能以相同速比提高发动机和电动机两者的转矩。转矩耦合器传动比k₁和k₂的合理选择，将使电动机和发动机能工作在各自的额定转速范围内且最大限度地发挥两者的动力优势。这种布置形式适用于采用小型发动机和电动机的情况。多档变速器的作用是增大低速时混合动力驱动系统的牵引力。

图12-15 变速器位于转矩耦合器之后的两轴式混合动力驱动系统

（2）单轴式结构的混合动力驱动系统 对于转矩耦合的并联式混合动力驱动系统，其简单且紧凑的构造是单轴式结构，其中电动机转子起着转矩耦合装置的作用。图12-16所示为变速器位于电动机之后的单轴式混合动力驱动系统。图12-17所示为变速器位于电动机之前的单轴式混合动力驱动系统。

图12-16 变速器位于电动机之后的单轴式混合动力驱动系统

图12-17 变速器位于电动机之前的单轴式混合动力驱动系统

在变速器位于电动机之后的结构中，发动机转矩和电动机传递到驱动桥的转矩、转速均由变速器调节。此时，发动机和电动机必须有相同的转速范围。这一结构常用于小型电动机的情况，属于轻度混合动力驱动系统。其中，电动机起着起动机、发电机、发动机的辅助动力和再生制动的多重集成作用。

在变速器位于电动机之前的结构中，当电动机转矩直接传递给主减速器时，变速器仅能调节发动机转矩。这一结构可用于有大范围恒功率区的大型电动机的混合驱动系统。变速器仅用于改变发动机的运行工作点，以改进车辆性能和发动机的运行效率。应该注意，当车辆停止并且电动机刚性地连接到驱动轮时，发动机不能带动电动机使其作为发电机而向蓄电池组充电。

（3）分离轴式结构的混合动力驱动系统 另一种并联式混合动力电驱动系统是分离轴式结构。其中，一个轴由发动机驱动，另一个轴则由电动机驱动，牵引力通过前后驱动轮在路面上合成，如图12-18所示。

图12-18 分离轴式混合动力驱动系统(www.xing528.com)

分离轴式结构可以保持原始发动机和传动装置不变，只是在另一轴上加装一套电动机驱动系统，成为四轮驱动形式。但这种结构势必占据原有车辆的大量空间，使装载乘客和行李的有效空间减小。

2.速度耦合的混合动力驱动系统

图12-19所示为速度耦合的两轴式混合动力驱动系统。

图12-19 速度耦合的两轴式混合动力驱动系统

发动机通过离合器和变速器与行星齿轮机构的太阳轮连接。其中，变速器用来调整发动机的转矩特性，以满足动力匹配的要求。电动机通过一对齿轮与齿圈连接，制动器1和制动器2将太阳轮和齿圈与静止的车架锁定。其工作原理如下：

（1）混合驱动模式 当制动器1和制动器2被释放时，太阳轮和齿圈可以旋转，发动机和电动机都向驱动轮供给正向转速和转矩。此时，由行星齿轮机构的行星架提供的输出转速是太阳轮与齿圈转速的加权和；行星架输出的转矩正比于发动机转矩和电动机转矩。

（2）纯粹的发动机驱动模式 当制动器2将齿圈锁定在车架上而制动器1被释放时，发动机通过太阳轮和齿圈单独向驱动轮提供动力。此时，通过一对齿轮与齿圈相连的电动机不工作。

（3）纯粹的电驱动模式 当制动器1将太阳轮锁定在车架上而制动器2被释放时，电动机通过齿圈和行星架向驱动轮提供动力。此时，与太阳轮相连的发动机关闭。

（4）再生制动模式 制动器1和制动器2的状态同于纯粹的电驱动模式时的状态。此时，发动机也关闭，电动机工作在发电机状态，按再生制动模式予以控制，实现能量回收。

（5）发动机驱动和蓄电池充电模式 发动机的离合器和制动器1、制动器2的状态同于混合驱动模式时的状态。此时，发动机通过行星齿轮机构的转速分解，将其功率分离为两部分，一部分用于驱动，另一部分用于带动电动机发电，向蓄电池充电。

3.既有转矩耦合又有速度耦合的混合动力驱动系统

同时采用转矩耦合与速度耦合的两轴式混合动力驱动系统，如图12-20所示。

当选择转矩耦合运行模式时，制动器2将行星齿轮机构的齿圈锁定在车架上，同时离合器1和离合器3接合，而离合器2脱开。此时，发动机和电动机的动力经耦合齿轮、离合器3直到太阳轮轴，实现转矩合成。在这样的情况下，行星齿轮机构仅起减速器的作用，为典型的转矩耦合的并联式混合动力驱动系统。

当选择转速耦合运行模式时，离合器1和离合器2接合，而离合器3分离，同时制动器1和制动器2释放。此时，连接到驱动车轮的行星架的转速是发动机转速和电动机转速的组合，发动机转矩、电动机转矩以及作用于驱动轮上的转矩保持固定不变的关系。

动力合成器转矩耦合或转速耦合的选择，使得动力装置将有更多的可供选择的运行模式和运行区域，以便优化其性能。例如在低车速时，转矩耦合模式适合于高加速性能和爬坡能力的需求；在高车速时，则应采用转速耦合模式，以保持发动机转速处于其最佳运行区。

图12-20 同时采用转矩耦合与速度耦合的两轴式混合动力驱动系统