汽車混合動力新架構(gòu)：雙電機(jī)全功能混合動力系統(tǒng)全解析

　　隨著地球環(huán)境每況愈下，新能源汽車行業(yè)蒸蒸日上，全球汽車企業(yè)紛紛推出各種新能源汽車，最近大眾、通用、本田、寶馬以及比亞迪、吉利等也紛紛推出混動車型，可以說混動進(jìn)入了百家爭鳴的時代，發(fā)展混合動力汽車的動力系統(tǒng)主要趨勢。前提是選擇性發(fā)展的基于這些新能源技術(shù)有著高效的能耗管理系統(tǒng)，尤其是代表中小型車新能源發(fā)展趨勢的混連式技術(shù)。

　　混聯(lián)式技術(shù)需要精細(xì)化的能耗管理，將發(fā)動機(jī)更長時間維持在高效率區(qū)間運(yùn)轉(zhuǎn)，以及高效、充分的回收減速和制動的能量。混聯(lián)式裝置包含了串聯(lián)式和并聯(lián)式的特點(diǎn)。混合動力的出現(xiàn)就是把發(fā)動機(jī)低負(fù)荷工況下的剩余能量儲存在電池里，然后在車輛運(yùn)行在高負(fù)荷工況時通過電機(jī)釋放出來，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)盡可能多的在高效工況下運(yùn)行，達(dá)到降低油耗、節(jié)能減排的初衷。對于混合動力汽車來說，離合器、變速器、傳動軸、差速器都是必不可少的，而這些部件不但重量不輕、讓車輛的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，同時零部件越多存在故障率高的問題。

　　在混動技術(shù)從豐田的混動是靠單排行星輪開始，雄霸混合動力汽車十多年，豐田只采用了一個行星齒輪組，現(xiàn)弱混合動力系統(tǒng)是將電機(jī)與曲軸直接連接，這種系統(tǒng)也意味著無法純電動行駛，弊端是發(fā)動機(jī)和電動機(jī)無法保證同時在最佳工況時工作。本田的混動就是“串聯(lián)+發(fā)動機(jī)直驅(qū)”加上離合器，這套機(jī)構(gòu)的原理倒為簡單，粗暴復(fù)雜化，僅僅是在傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)和傳統(tǒng)變速箱之間埋一個電機(jī)的做法肯定是不夠的。而通用的混動技術(shù)則是集合了兩家之所長但又相對復(fù)雜。它是由兩組電機(jī)、兩組行星輪和三組離合器組成。主要有四種動力輸出方式，純電動模式（低負(fù)荷工況），混合驅(qū)動模式（常規(guī)行駛），混合驅(qū)動模式（中高速），制動發(fā)電模式（減速—剎車）。一直都是用的兩個行星系齒輪，并輔以三個離合器。聽上去很復(fù)雜，其實(shí)也真的復(fù)雜。

　　對于插電式混合動力確認(rèn)為新能源車汽車可通過電網(wǎng)獲取電能充電具有高效節(jié)能、排放低、續(xù)航里程長等優(yōu)點(diǎn)而成為各大汽車公司研發(fā)的熱點(diǎn)，被視為目前最具有應(yīng)用前景的新能源汽車，這個可從電網(wǎng)獲取電能充電，雖然只是這么一點(diǎn)簡單的改變，傳統(tǒng)混合動力汽車只能稱為節(jié)能汽車，而插電式混合動力汽車可以稱為新能源汽車，對于控制電機(jī)的可靠性、功率與運(yùn)行精度要求也非常高是一款雙行星輪系雙電機(jī)混合動力系統(tǒng)，這樣的多種工作模式、精細(xì)控制帶來的最直接的好處，混合動力、增程器、純電動汽車等新技術(shù)混合動力技術(shù)領(lǐng)域的增程式混動車型，使得混合度化不斷加強(qiáng)。發(fā)動機(jī)和電池電機(jī)各有所長，我們想辦法把發(fā)動機(jī)盡可能固定在最低燃耗的轉(zhuǎn)速，在額外需要動力的時候善用電池電機(jī)的高扭矩輸出特性，二者有效結(jié)合。

　　綜上所述，要多功能、多用途，輕混、深混、挿電、純電動覆蓋全功能的跨界車，混合動力電動汽車的動力系統(tǒng)離不開雙行星輪系架構(gòu)，它具有減速、多動力耦合、還具有離合器的作用，用鎖止制動器就能達(dá)到的作用，只要恰當(dāng)?shù)厥褂面i止制動器，整體自動變速混合系統(tǒng)可以得到多個的解決方案。在電動汽車多電機(jī)多擋位自動變速系統(tǒng)的實(shí)施中，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)改為簡單造，驅(qū)動模式具有多用途。下面嘗試運(yùn)用電動汽車多電機(jī)多擋位自動變速系統(tǒng)在混合動力電動汽車的動力系統(tǒng)中。將發(fā)動機(jī)主軸與第一級行星輪系中的內(nèi)齒圈輪相聯(lián)接，第一級星輪架的聯(lián)軸與第二級行星輪系中的太陽輪相聯(lián)接，MG1電機(jī)/發(fā)電機(jī)與第一級行星輪系中的太陽輪相聯(lián)接，MG2電機(jī)與第二級行星輪系中的內(nèi)齒圈輪相聯(lián)接，第二級行星輪系中星輪架與輸出軸差速器相聯(lián)接，由此組成雙電機(jī)全功能混合動力系統(tǒng)，在不同的驅(qū)動模式中得到以下功能：

　　⒈ MG1電機(jī)/發(fā)電機(jī)啟動發(fā)動機(jī)與發(fā)電模式

　　放開S1、S4，鎖止S2，S3，使得第一級行星輪系中的星輪架與第二級行星輪系中的太陽輪相聯(lián)接的傳動軸固定不轉(zhuǎn)動，開啟MG1電機(jī)/發(fā)電機(jī)，太陽輪齒輪轉(zhuǎn)動傳送行星輪齒輪，行星輪齒輪帶動齒圈至發(fā)動機(jī)啟動，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動之后MG1電機(jī)/發(fā)電機(jī)可以發(fā)電，對電池組進(jìn)行充電，發(fā)動機(jī)可設(shè)定在最佳轉(zhuǎn)速、最佳扭矩和最佳油耗狀態(tài)下工作。

　?、?MG1電機(jī)/發(fā)電機(jī)、發(fā)動機(jī)混合變速驅(qū)動模式

　　按第一項(xiàng)啟動發(fā)動機(jī)后，鎖止S3，放開S4，MG1電機(jī)/發(fā)電機(jī)反轉(zhuǎn)速度與發(fā)電時的速度相對一致，發(fā)動機(jī)都參與起步，完全規(guī)避了發(fā)動機(jī)中低速的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)間，在發(fā)動機(jī)保持發(fā)電恒定的轉(zhuǎn)速下，MG1電機(jī)/發(fā)電機(jī)將反向速度逐漸降低至零隨即正向轉(zhuǎn)動，通過與發(fā)動機(jī)同時驅(qū)動或加速通過聯(lián)軸傳至輸出軸差速器驅(qū)動車輪。汽車就起步了，MG1電機(jī)/發(fā)電機(jī)從反轉(zhuǎn)速度逐漸降低至零再轉(zhuǎn)化為正轉(zhuǎn)而且不斷提高轉(zhuǎn)速，這就是汽車加速的過程。在對加速性要求不太高的場合，汽油發(fā)動機(jī)和電動機(jī)耦聯(lián)工作，提供可與汽油發(fā)動機(jī)相當(dāng)?shù)能囕v起步性能。在制動時MG1電機(jī)/發(fā)電機(jī)能大部分回收這些能量，并將其暫時貯存起來供加速時再用，又能在高速狀態(tài)下獲得更加出色的加速性能。從而更有效地利用發(fā)動機(jī)高效工況，達(dá)到更省油的目的。

　?、?MG2電機(jī)、發(fā)動機(jī)混合變速驅(qū)動模式

　　按第二項(xiàng)啟動發(fā)動機(jī)后，S1、S2、S3、S4全放開，MG1電機(jī)/發(fā)電機(jī)反轉(zhuǎn)速度與發(fā)電時的速度一致，在發(fā)動機(jī)保持發(fā)電的轉(zhuǎn)速，將MG1電機(jī)/發(fā)電機(jī)反轉(zhuǎn)速度逐漸降低至零即把S4鎖止，此時發(fā)動機(jī)驅(qū)動車輛行進(jìn)中，在MG1電機(jī)/發(fā)電機(jī)反轉(zhuǎn)速度逐漸降低至零同時，MG2電機(jī)也從靜止不斷提高轉(zhuǎn)速，汽車開始加速。此后，MG2電機(jī)、發(fā)動機(jī)混合變速驅(qū)動汽車。這是高速路況下，雙動力直接驅(qū)動車輛，可以一直工作在最佳工作狀態(tài)，在制動時MG2電機(jī)能大部分回收這些能量，并將其暫時貯存起來供加速時再用，沒有功率浪費(fèi)的問題。

　　⒋ 強(qiáng)混模式雙電機(jī)多擋位發(fā)動機(jī)混合變速驅(qū)動

　　按第一項(xiàng)啟動發(fā)動機(jī)后，S1、S2、S4全放開，繼續(xù)鎖止S3，使得第一級行星輪系中的星輪架與第二級行星輪系中的太陽輪相聯(lián)接的傳動軸固定不轉(zhuǎn)動，切斷兩級行星輪系的關(guān)聯(lián)，使各自運(yùn)轉(zhuǎn)。在MG1電機(jī)/發(fā)電機(jī)反轉(zhuǎn)速度與發(fā)電時的速度一致，在發(fā)動機(jī)保持發(fā)電的轉(zhuǎn)速，將MG1電機(jī)/發(fā)電機(jī)反轉(zhuǎn)速度逐漸降低至零隨即正向轉(zhuǎn)動，同時，MG2電機(jī)也從靜止不斷提高轉(zhuǎn)速（放開S3），汽車開始加速。在整個過程，通過MG1電機(jī)和MG2電機(jī)分別呈相反方向旋轉(zhuǎn)來驅(qū)動車輛起步，雙電機(jī)與發(fā)動機(jī)同步急加速的時候，電動機(jī)和發(fā)動機(jī)可以一起驅(qū)動車輪，實(shí)現(xiàn)最大動力輸出。MG1電機(jī)/發(fā)電機(jī)配置功率比MG2電機(jī)功率小，而兩電各自有合適的傳動比，再加上兩種耦合的疊加傳動比，即可有多個擋位使用，毎個擋位都能功率與速度的對應(yīng)，各電機(jī)在高效區(qū)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)使用，物盡其用，能量回收盡可能在高效區(qū)，續(xù)航里程大幅提高。在此模式中雙電機(jī)和發(fā)動機(jī)可共同參與加速、加速度也是最大，加速時間最短，超加速能力最強(qiáng)，同時可達(dá)至最高速。隨外界的負(fù)荷變化，讓電動機(jī)的驅(qū)動力與行駛阻力始終保持平衡，從而在高效率區(qū)工作。動力系統(tǒng)更加靈活地根據(jù)工況來調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)的功率輸出和電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。全功能混合動力技術(shù)還是目前最新的混動技術(shù)，可靠性也更高。電控系統(tǒng)通過扭矩傳感實(shí)時探測車輛行駛的工況，來判斷發(fā)動機(jī)是否需要參與驅(qū)動，從而決定是采用純電驅(qū)動、混合驅(qū)動還是發(fā)動機(jī)直驅(qū)的模式來精細(xì)化管理能耗，并且不受車輛行駛速度的限制，又能在高速狀態(tài)下，對經(jīng)濟(jì)性帶來更大的提升，同時也能獲得更加出色的加速性能。從而更有效地利用發(fā)動機(jī)高效工況，達(dá)到更省油的目的。是一種比較完美的組合。

　　5. MG1電機(jī)/發(fā)電機(jī)純電動驅(qū)動模式

　　S2、S4放開，鎖止S1、S3，由MG1電機(jī)/發(fā)電機(jī)啟動、停止、速度的快慢，制動回饋發(fā)電，并將其暫時貯存起來供加速時再用。功率在合理傳動比中運(yùn)行。MG1電機(jī)/發(fā)電機(jī)配置功率比MG2電機(jī)功率少，特別適合在城市的道路上，在對加速性要求不太高和輕載的場合，車多、人多、速度慢、紅綠燈更多頻繁啟停的道路上行駛。

　?、?増程式發(fā)電、MG2電機(jī)純電動驅(qū)動模式

　　對于增程式技術(shù)未來的發(fā)展命運(yùn)，現(xiàn)在從學(xué)界到業(yè)界尚有爭議。增程式技術(shù)的出現(xiàn)是對新能源汽車行駛里程不足的補(bǔ)充，爭議的關(guān)注點(diǎn)聚焦在增程技術(shù)是否環(huán)保，以及隨著動力電池技術(shù)的進(jìn)步，增程技術(shù)會否失去存在的價值等。是否要將增程技術(shù)定位為過渡技術(shù)也值得思考。如果將增程式作為獨(dú)立的發(fā)展方向，那么它的發(fā)展前景在哪里。這些問題需要技術(shù)研發(fā)回答，實(shí)用的雙電機(jī)多擋位發(fā)動機(jī)混合動力變速驅(qū)動的增程模式。

　　按第一項(xiàng)啟動發(fā)動機(jī)后，MG2電機(jī)從靜止不斷提高轉(zhuǎn)速，汽車開始加速。S3是保持鎖止?fàn)顟B(tài)，即兩組行星輪系動力相隔開，MG1電機(jī)/發(fā)電機(jī)發(fā)電與MG2電機(jī)驅(qū)動互不干擾，啟動、停止、速度的快慢，整個行駛過程由MG2電機(jī)驅(qū)動，中高速時使用回饋制動由MG2電機(jī)回收，向電池組充電，并將其暫時貯存起來供加速時再用。通過控制系統(tǒng)優(yōu)化，可以讓發(fā)動機(jī)一直工作在最佳轉(zhuǎn)速，即使在充電不便時，市內(nèi)堵車路況下油耗也比較低，也可以控制發(fā)動機(jī)噪音到非常小。在增程模式下，沒有“里程焦慮”，而且發(fā)動機(jī)可以一直控制在最佳轉(zhuǎn)速，油耗低，噪音小，振動小便能使發(fā)動機(jī)一直保持在最佳工況狀態(tài)，動力性好，排放量很低。而且電能的來源都是發(fā)動機(jī)，只需加油即可。

　　7. 雙電機(jī)多擋位變速驅(qū)動純電動模式

　　熟悉純電動汽車的消費(fèi)者會明白，純電動汽車在中低速下的性能十分優(yōu)異，安靜、經(jīng)濟(jì)、性能，但到了高速，純電動汽車的性價比就會變的很低，阻力的增加讓純電動汽車的電量消耗速度成倍數(shù)增加。

　　MG1電機(jī)/發(fā)電機(jī)與第二級行星輪系中星輪架與輸出軸的傳動比是MG2電機(jī)與第二級行星輪系中星輪架與輸出軸的傳動比大，MG1電機(jī)/發(fā)電機(jī)MG2電機(jī)共同參與起步并根據(jù)不同需要，采用不同擋位行駛，四種狀態(tài)分別為；MG1電機(jī)/發(fā)電機(jī)反轉(zhuǎn)和電MG2機(jī)正轉(zhuǎn)、MG1電機(jī)/發(fā)電機(jī)正轉(zhuǎn)、電MG2機(jī)正轉(zhuǎn)、MG1電機(jī)/發(fā)電機(jī)和電MG2機(jī)正轉(zhuǎn)。可以實(shí)現(xiàn)較高的傳動效率和更多的擋位及更寬泛的傳動比，這樣可以降低對MG電機(jī)功率及速度等級的要求。爬坡有力，中高速夠勁。

　　熟悉純電動汽車的消費(fèi)者會明白，電動機(jī)在剛起步的時候就可以輸出最大的啟動扭矩，純電動汽車在中低速下的性能十分優(yōu)異，安靜、經(jīng)濟(jì)、性能，但到了高速，純電動汽車的性價比就會變的低，伴隨轉(zhuǎn)速的逐漸升高扭矩反而是呈衰減的趨勢，阻力的增加讓純電動汽車的電量消耗速度成倍數(shù)增加。在汽車處于加速或者大負(fù)荷工況時，

　　在這系統(tǒng)裝置中，MG1電機(jī)/發(fā)電機(jī)與第二級行星輪系中星輪架與輸出軸的傳動比是MG2電機(jī)與第二級行星輪系中星輪架與輸出軸的傳動比大，在不中斷動力的情況下，這套自適應(yīng)系統(tǒng)隨外界的負(fù)荷變化，讓電動機(jī)的驅(qū)動力與行駛阻力始終保持平衡，從而高效率工作。MG1電機(jī)/發(fā)電機(jī)MG2電機(jī)的組合可以獲得三個擋位，每個都有相對應(yīng)的傳動比，爬坡有力，中高速夠勁。兩臺電機(jī)可以一起工作，兩者功率加起來具有非常好的起步和加速性能。

　　8. 純發(fā)動機(jī)驅(qū)動

　　在電池組電力不足，為了避免電池組電量過度損耗功率閾值，電池失效的速率而不用電機(jī)驅(qū)動，在公路上巡航時使用汽油發(fā)動機(jī)該模式，在時速40KM/H以上手動擋的汽車司機(jī)都知道，到達(dá)該速度以上，巳是推到最高的擋位。讓發(fā)動機(jī)直接驅(qū)動，可以一直工作在最佳工作模式，沒有功率浪費(fèi)的問題。制動時根據(jù)速度的不同，MG1電機(jī)/發(fā)電機(jī)MG2電機(jī)分別或共同回饋發(fā)電，并將其暫時貯存起來供加速時再用。

　　發(fā)動機(jī)雙電機(jī)多擋位混合動力變速驅(qū)動該技術(shù)避免使用體積大的離合器，采用相對耐用的鎖止制動器，有效地減少了零部件的數(shù)量和重量，更減少了日后維修的次數(shù)與時間。在不同擋位、八種模式轉(zhuǎn)換行駛采用最為簡單的結(jié)構(gòu)，無論電氣系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)可得到最簡的配置，各種狀態(tài)在適用范圍內(nèi)發(fā)動機(jī)、電機(jī)分別都能在高效區(qū)內(nèi)工作，動力系統(tǒng)可以更加靈活地根據(jù)工況來調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)的功率輸出和電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)?？刂破骺梢货矶偷仉S心所欲并根據(jù)不同需要駕馭車輛，驅(qū)動系統(tǒng)在深度集成化配合智能化的電控策略后，擁有更強(qiáng)的拓展性，適用于HEV/PHEV/EREV等多種類型混合動力，這是現(xiàn)代車最需要的，髙性能的混合動力總成，是一種比較完美的組合。若增配衛(wèi)星摩擦環(huán)型無級變速器更是如虎添翼。

　　從理論上看，發(fā)動機(jī)雙電機(jī)多擋位混合動力變速驅(qū)動拿出了史上運(yùn)用最全面，合成最強(qiáng)的混合動力技術(shù)已經(jīng)可以有與日系混動和通用的混動技術(shù)分庭抗禮的資本。此項(xiàng)混動技術(shù)實(shí)力，以洪荒之力從容面對越來越嚴(yán)格的各類排放法規(guī)。