李 剛

（吉林省長白山森工集團(tuán)有限公司汪清林業(yè)分公司， 吉林 延邊 133200）

油電式混合動(dòng)力汽車以提高燃油經(jīng)濟(jì)性和降低排放為目標(biāo)，通過對發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)兩種動(dòng)力源合理的布置及控制二者的工作狀態(tài)，可使發(fā)動(dòng)機(jī)在車輛行駛時(shí)運(yùn)行于高效區(qū)，并在車輛減速制動(dòng)時(shí)利用電機(jī)回收再生能量，節(jié)能減排效果顯著。目前，油電式混合動(dòng)力汽車作為純電動(dòng)汽車替代燃油汽車的過渡車型，已成為世界各主要汽車生產(chǎn)廠家研發(fā)和生產(chǎn)的重點(diǎn)。

1 動(dòng)力混合方式與節(jié)能

按動(dòng)力混合方式，混合動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分為串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式，如圖1所示。其中并聯(lián)式和混聯(lián)式根據(jù)電功率在總驅(qū)動(dòng)功率中所占的份額又分微混（＜10%）、中混（10%～25%）、全混（＞25%），全混系統(tǒng)電機(jī)功率較大，可實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)行駛，已成為混合動(dòng)力汽車的主流。

1）串聯(lián)式：動(dòng)力系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、蓄電池和電機(jī)組成，車輪由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，為電-電耦合方式。在低速輕載行駛時(shí)由蓄電池供電，以純電動(dòng)行駛；在轉(zhuǎn)矩/功率需求較大或蓄電池電量不足時(shí)，由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)供電，發(fā)動(dòng)機(jī)取消了怠速與高負(fù)荷工況，并始終運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)區(qū)。其不足是電機(jī)體積較大，能量幾經(jīng)轉(zhuǎn)換，機(jī)械效率較低。

2）并聯(lián)式：動(dòng)力系統(tǒng)有發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)車輪，為機(jī)電-轉(zhuǎn)矩耦合方式。在小負(fù)荷低速運(yùn)行時(shí)，由電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)；中高速行駛時(shí)，由發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)；在加速或負(fù)荷較大時(shí)，由電機(jī)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛行駛。并聯(lián)式避免了發(fā)動(dòng)機(jī)工作于低負(fù)荷和低效率區(qū)域，提高了汽車的傳動(dòng)效率，不足是車輪與發(fā)動(dòng)機(jī)速比固定，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速受車速影響大，經(jīng)濟(jì)效率得不到充分發(fā)揮。

圖1 混合動(dòng)力汽車動(dòng)力混合方式

3）混聯(lián)式：動(dòng)力系統(tǒng)中發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)各有一套機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，兩套機(jī)構(gòu)通過功率分流裝置驅(qū)動(dòng)汽車行駛，為機(jī)電-功率耦合方式?；炻?lián)式綜合了串聯(lián)式和并聯(lián)式的優(yōu)點(diǎn)，在低速小負(fù)荷工況行駛時(shí)，由蓄電池供電，以純電動(dòng)方式行駛；在中高速行駛或有轉(zhuǎn)矩需求時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)通過功率分流裝置共同驅(qū)動(dòng)車輛行駛。功率分流裝置可實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)和車輪間的轉(zhuǎn)速解耦，在車速變化時(shí)，使發(fā)動(dòng)機(jī)避開非經(jīng)濟(jì)區(qū)，最大限度地運(yùn)行于最佳效率區(qū)域。

2 功率分流裝置的結(jié)構(gòu)與特性

行星排輪系是混合動(dòng)力汽車應(yīng)用較廣的功率分流裝置，由單個(gè)或多個(gè)行星排組成。單行星排由太陽齒輪、行星（齒輪）架、齒圈3個(gè)基本元件構(gòu)成，如圖2所示。單排行星齒輪機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)自由度，若使一個(gè)基本元件固定不動(dòng)（該元件轉(zhuǎn)速為0）或使其運(yùn)動(dòng)受到一定的約束（該元件轉(zhuǎn)速受限制），則單排行星齒輪機(jī)構(gòu)就只有一個(gè)自由度，整個(gè)輪系將以一定的速比傳遞動(dòng)力；若將其中一個(gè)元件作為輸入件，其它兩個(gè)元件作為輸出件，就可以實(shí)現(xiàn)功率分流。按分流（分配）方式，可分為輸入分配、輸出分配和復(fù)合分配3種模式。輸入分配是將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率在混合動(dòng)力總成的輸入端進(jìn)行分流；輸出分配是通過行星排將發(fā)動(dòng)機(jī)剩余輸出功率與電機(jī)功率在混合動(dòng)力輸出端進(jìn)行匯流；復(fù)合分配采用兩個(gè)行星排，通過行星排將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率進(jìn)行分流，同時(shí)再利用行星排將來自不同路徑的功率進(jìn)行匯流。

若分流裝置只能在一個(gè)連續(xù)區(qū)域變速稱為單模機(jī)構(gòu)，若能實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)不同連續(xù)區(qū)域變速稱為雙模機(jī)構(gòu)。

圖2 行星排簡圖

3 單?；旌蟿?dòng)力功率分流控制與節(jié)能原理

豐田Prius/福特escape混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用單排行星齒輪機(jī)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、驅(qū)動(dòng)輪分別與行星排中的3個(gè)基本元件相連，通過對電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩的控制，達(dá)到功率分流的功能，因其能達(dá)到無級變速器連續(xù)動(dòng)力傳輸效果，所以又將該系統(tǒng)稱為“電子無級變速系統(tǒng)（ECVT）”。

3.1 節(jié)能控制

1）發(fā)動(dòng)機(jī)/電機(jī)工作效率控制：控制電機(jī)覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的非經(jīng)濟(jì)區(qū)， 在ECVT模式下，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩配合發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行于最佳燃油經(jīng)濟(jì)區(qū)附近。

2）能量回收控制：汽車滑行與制動(dòng)時(shí)，通過電機(jī)將汽車慣性動(dòng)能轉(zhuǎn)變成電能，存儲(chǔ)于蓄電池中，進(jìn)行能量再利用。

3.2 單?；旌蟿?dòng)力功率分流系統(tǒng)與傳動(dòng)控制

3.2.1 功率分流變速機(jī)構(gòu)的組成

豐田Prius單模混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由功率分流機(jī)構(gòu)（汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、2個(gè)永磁同步電機(jī)、功率分流裝置）、能量控制部分（功率控制器、電子控制單元）和鎳氫動(dòng)力電池等組成，如圖3所示。

圖3 單?；旌蟿?dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

功率分流變速機(jī)構(gòu)采用輸入分配模式對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行功率分流，在結(jié)構(gòu)上，行星架與發(fā)動(dòng)機(jī)相連，太陽輪與電機(jī)1連接，外齒圈連接電機(jī)2，并與主減速器相連為動(dòng)力輸出件。電機(jī)1用于發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，電機(jī)2用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，兩臺電機(jī)均具有電動(dòng)和發(fā)電功能。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)過行星排分成兩路輸出，一路通過外齒圈直接驅(qū)動(dòng)車輪，形成機(jī)械傳輸通道；另一路經(jīng)太陽輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)1發(fā)電，再由功率控制器將電能供給電機(jī)2轉(zhuǎn)化為機(jī)械能帶動(dòng)車輛行駛，形成電力傳輸通道。

3.2.2 傳動(dòng)控制

汽車在運(yùn)行時(shí)，電子控制單元根據(jù)駕駛員油門踏板位置、制動(dòng)踏板位置、蓄電池荷電狀態(tài)（SOC）、車速和發(fā)動(dòng)機(jī)效率等信號計(jì)算出相應(yīng)的控制指令，控制內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)的工作模式及轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩，如圖4所示。

1）發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)模式：發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，電機(jī)2工作，通過電動(dòng)力固定行星排齒圈，電機(jī)1作為起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)太陽輪帶動(dòng)行星架轉(zhuǎn)動(dòng)，與行星架連接的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。

2）汽車停駛充電模式：電池SOC低于門限值時(shí)，電機(jī)2以電動(dòng)力固定行星排齒圈，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)行星架轉(zhuǎn)動(dòng)，行星架帶動(dòng)太陽輪轉(zhuǎn)動(dòng)，與太陽輪連接的電機(jī)1發(fā)電給電池充電。

3）車輛起步模式：車輛起步時(shí)，緩踩加速踏板，發(fā)動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，行星架被固定，電機(jī)2驅(qū)動(dòng)行星排齒圈，推動(dòng)車輛前進(jìn)，此時(shí)太陽輪與電機(jī)1隨動(dòng)空轉(zhuǎn)； 急踩加速踏板時(shí)，電機(jī)1迅速起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)（1 s內(nèi)）與電機(jī)2共同驅(qū)動(dòng)車輛。

4）純電動(dòng)行駛模式：汽車低速行駛（車速≤50 km/h），行駛阻力較小，且電池SOC高于45%時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)（行星架）靜止，電機(jī)2驅(qū)動(dòng)齒圈，太陽輪帶動(dòng)電機(jī)l隨動(dòng)，汽車以純電動(dòng)工況行駛；當(dāng)功率需求達(dá)到一定值時(shí)，或純電動(dòng)運(yùn)行車速大于50 km/h或電池SOC低于45%時(shí)，電機(jī)l（太陽輪）驅(qū)動(dòng)行星架起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

圖4 單模混合動(dòng)力工作模式

5）輸入分配模式：低負(fù)荷及定速巡航行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)行星架，一路驅(qū)動(dòng)齒圈將大約70%的轉(zhuǎn)矩直接傳遞到驅(qū)動(dòng)軸上，另一路驅(qū)動(dòng)太陽輪將剩余轉(zhuǎn)矩由太陽輪傳送到電機(jī)1發(fā)電，向車載蓄電池和電機(jī)2提供電能。在車速變化時(shí)，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（行星架）保持在最佳經(jīng)濟(jì)區(qū)域不變，通過調(diào)節(jié)電機(jī)1（太陽輪）轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)輸出（齒圈）的無極變速，同時(shí)調(diào)整電機(jī)2的轉(zhuǎn)速，使發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)轉(zhuǎn)矩疊加，提高輸出轉(zhuǎn)矩。

6）高速巡航模式：隨著車速升高，電機(jī)1（太陽輪）轉(zhuǎn)速逐漸減小直至反轉(zhuǎn)而進(jìn)入電動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)電機(jī)2轉(zhuǎn)為發(fā)電，電機(jī)1（太陽輪）與發(fā)動(dòng)機(jī)（行星架）共同推動(dòng)齒圈，汽車進(jìn)入高速巡航行駛狀態(tài)。

7）車輛加速模式：在急加速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)取消了瞬態(tài)加濃過程，通過功率控制器迅速增加電機(jī)2電流，拖動(dòng)車輛加速，同時(shí)，電機(jī)l也迅速拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)到較高轉(zhuǎn)速。

8）能量回收（滑行和制動(dòng)時(shí)）模式：松開加速踏板及輕踩制動(dòng)踏板時(shí)，車輛滑行，發(fā)動(dòng)機(jī)斷油，電機(jī)l作為電動(dòng)機(jī)調(diào)速，使發(fā)動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，電機(jī)2轉(zhuǎn)為發(fā)電模式，將再生能量進(jìn)行回收，向蓄電池充電，并通過發(fā)電產(chǎn)生的電磁阻力使汽車減速。

單模功率分流機(jī)構(gòu)只有一級連續(xù)變速狀態(tài)，車輛只能在使用比例較高的車速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)燃油經(jīng)濟(jì)性的最優(yōu)化，而且，電機(jī)間存在的電能轉(zhuǎn)換損失（鐵損、銅損等）隨車速上升而增大，使汽車在高速及定速巡航行駛時(shí)，傳動(dòng)效率低于傳統(tǒng)汽車。

4 雙?；旌蟿?dòng)力功率分流控制與節(jié)能原理

通用/寶馬混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用2～3個(gè)行星排，利用多行星排相互組合方式，可形成一條電力路徑和兩條以上機(jī)械傳遞路徑，通過控制速比轉(zhuǎn)換部件和電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)高低速兩種“動(dòng)力分流”模式及一個(gè)或多個(gè)固定擋位，進(jìn)一步提高了汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性和傳動(dòng)效率。

4.1 節(jié)能控制

雙?；旌蟿?dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是在單模節(jié)能控制基礎(chǔ)上，優(yōu)化及增加了以下控制內(nèi)容。

1）發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率控制：在雙ECVT模式下，調(diào)節(jié)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行于高效區(qū)。

2）高/低速電子連續(xù)可變速比控制（ECVT2/ECVT1）：車速較低時(shí)，使用輸入分配模式，以較大的速比驅(qū)動(dòng)車輛行駛；車速較高時(shí)，使用復(fù)合分配模式并以較小的速比驅(qū)動(dòng)車輛行駛。

3）固定速比模式下發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)的選取控制：在高、低兩級速度區(qū)域，插入固定速比傳動(dòng)模式，當(dāng)車速與發(fā)動(dòng)機(jī)工況最佳經(jīng)濟(jì)點(diǎn)對應(yīng)時(shí)，進(jìn)行純機(jī)械傳動(dòng)，避免功率分流傳動(dòng)下發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)存在中轉(zhuǎn)功率損失。

4.2 雙行星排功率分流系統(tǒng)與傳動(dòng)控制

4.2.1 功率分流機(jī)構(gòu)組成

圖5 雙行星排雙模功率分流機(jī)構(gòu)

通用新君越30H全混動(dòng)的雙?；旌蟿?dòng)力功率分流機(jī)構(gòu)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、2個(gè)行星排、2個(gè)電機(jī)和3個(gè)離合器構(gòu)成，如圖5所示。在結(jié)構(gòu)上，發(fā)動(dòng)機(jī)通過扭轉(zhuǎn)減震器和旁通離合器連接1號齒圈，電機(jī)A連接1號太陽輪，電機(jī)B連接2號太陽輪，1號太陽輪與2號齒圈通過高速離合器C2連接，兩套行星齒輪組的行星架都向車輪提供動(dòng)力輸出。系統(tǒng)具有2個(gè)動(dòng)力分配模式（輸入分配模式/復(fù)合分配模式）及1個(gè)固定速比傳動(dòng)，在低速/低負(fù)荷工況時(shí)采用輸入分配式模式，在高速/大負(fù)荷工況時(shí)采用復(fù)合分配模式，在中高速巡航狀態(tài)時(shí)采用固定速比機(jī)械傳動(dòng)模式。電機(jī)A、B均可通過并聯(lián)的方式輔助發(fā)動(dòng)機(jī)工作，保證在車速不變的情況下提供動(dòng)力或者吸收動(dòng)力。行駛時(shí)，電控單元根據(jù)汽車行駛、電池SOC狀態(tài)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速目標(biāo)值，控制離合器工作，完成變速機(jī)構(gòu)在純電動(dòng)、高/低速動(dòng)力分流及固定速比模式間的切換，雙行星排功率分流傳動(dòng)模式如圖6所示，雙行星排傳動(dòng)模式與離合器工作狀態(tài)見表1。

圖6 雙行星排功率分流傳動(dòng)模式

表1 雙行星排傳動(dòng)模式與離合器工作狀態(tài)

4.2.2 傳動(dòng)控制

1）發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)模式：發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，1號行星架連接車輪受到限制，電機(jī)A作為起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)1號太陽輪，1號太陽輪帶動(dòng)1號內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)，1號內(nèi)齒圈通過扭轉(zhuǎn)減震器旁通離合器帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。

2）純電動(dòng)模式：緩踩加速踏板，慢起步時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)不工作，低速離合器C1工作，2號齒圈被C1鎖止，電機(jī)B驅(qū)動(dòng)2號太陽輪，動(dòng)力直接通過2號行星架驅(qū)動(dòng)車輪；急速起步或加速時(shí)，車輪由電機(jī)A和電機(jī)B共同驅(qū)動(dòng)。

3）低速輸入分配模式：當(dāng)車速達(dá)到一定值或需求功率較大時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)并迅速運(yùn)行于經(jīng)濟(jì)高效區(qū)。此時(shí)，一部分動(dòng)力經(jīng)過1號齒圈傳遞給1號行星架，驅(qū)動(dòng)車輛；另一部分動(dòng)力則由行星齒輪、1號太陽輪帶動(dòng)電機(jī)A發(fā)電，根據(jù)電池SOC和輸出轉(zhuǎn)矩需求，控制系統(tǒng)將電能分流給電機(jī)B以驅(qū)動(dòng)車輛或向車載電池充電。汽車行駛時(shí)，調(diào)整電機(jī)A轉(zhuǎn)速，可在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變狀態(tài)下，改變車速；當(dāng)行駛阻力變化時(shí)，控制電機(jī)B輸出轉(zhuǎn)矩，可保持車速穩(wěn)定。

4）固定速比傳動(dòng)模式：當(dāng)汽車進(jìn)入巡航行駛狀態(tài)時(shí)，低速離合器C1和高速離合器C2均工作，此時(shí)1號太陽輪被C2、C1 鎖止不轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)1號齒圈通過1號行星架以固定的速比驅(qū)動(dòng)車輪，實(shí)現(xiàn)純機(jī)械動(dòng)力傳遞。由于2號齒圈也被鎖止，電機(jī)B與車輪之間的轉(zhuǎn)速為固定速比，可以以并聯(lián)的方式輔助發(fā)動(dòng)機(jī)工作，在有輸出轉(zhuǎn)矩需求或動(dòng)力剩余時(shí)，可在保證車速不變的情況下，通過2號行星架向車輪提供動(dòng)力或者吸收動(dòng)力發(fā)電。此模式的速比對應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速區(qū)，提高了汽車的傳動(dòng)效率和燃油經(jīng)濟(jì)性。

5）高速復(fù)合分配模式：車速高于110 km/h時(shí)，高速離合器C2工作，1號太陽輪與2號齒圈相連，發(fā)動(dòng)機(jī)一部分動(dòng)力從1號行星架輸出直接驅(qū)動(dòng)車輛，另一部分動(dòng)力則通過1號太陽輪經(jīng)高速離合器C2傳送到2號齒圈，再傳給2號行星架驅(qū)動(dòng)車輛。同時(shí)，2號行星齒輪將部分動(dòng)力經(jīng)2號太陽輪分給電機(jī)B發(fā)電，電機(jī)B將發(fā)出的電能供給電機(jī)A（帶動(dòng)1號太陽輪）驅(qū)動(dòng)行星架以增大輸出轉(zhuǎn)矩。此模式減小了發(fā)動(dòng)機(jī)到車輪的速比，在車速較高的狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)仍能運(yùn)行于高效區(qū)間，進(jìn)一步提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率。

4.3 三行星排混合動(dòng)力功率分流系統(tǒng)與傳動(dòng)控制

4.3.1 功率分流變速機(jī)構(gòu)組成

通用、寶馬SUV雙?；旌蟿?dòng)力功率分流變速機(jī)構(gòu)由發(fā)動(dòng)機(jī)、3個(gè)行星排、2個(gè)電機(jī)和4個(gè)離合器組成，具有2個(gè)動(dòng)力分配模式和4個(gè)固定擋位。其中，電機(jī)A的轉(zhuǎn)子與1號行星排的太陽輪及2號行星排的齒圈連為一體，電機(jī)B的轉(zhuǎn)子與2號、3號行星排共用的太陽輪相連，如圖7所示。

圖7 三行星排雙模功率分流變速機(jī)構(gòu)

4.3.2 傳動(dòng)控制

汽車行駛時(shí)，控制單元依據(jù)相關(guān)信號，控制發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、離合器工作，使車輛以純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式、高/低速混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模式、1/2擋低速、3/4擋高速驅(qū)動(dòng)模式等交互切換行駛。三行星排傳動(dòng)模式與離合器工作見表2，三行星排功率分流傳動(dòng)模式如圖8所示。

1）低速輸入分配模式：汽車低速行駛時(shí)，離合器C1接合，C2、C3、C4分離，3號行星排因齒圈被固定，太陽輪驅(qū)動(dòng)行星架減速輸出。發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力由1號前行星排齒圈輸入，經(jīng)公用行星架至2號行星排，一部分動(dòng)力經(jīng)后太陽輪至3號行星架以機(jī)械方式減速輸出，一部分動(dòng)力由2號齒圈至電機(jī)A轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏α?，向電機(jī)B提供電能，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速處于最佳油耗點(diǎn)，改變電機(jī)A的轉(zhuǎn)速和控制電機(jī)B的輸出轉(zhuǎn)矩，可使車速在一定變化范圍內(nèi)上升或下降。

表2 三行星排傳動(dòng)模式與離合器工作

圖8 三行星排功率分流傳動(dòng)模式

2）1擋傳動(dòng)模式：在輸入分配模式下，保持發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變，降低電機(jī)A（2號齒圈）轉(zhuǎn)速，車速隨之提升，后太陽輪轉(zhuǎn)速相應(yīng)升高，當(dāng)與2號齒圈接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，C4接合，形成1擋傳動(dòng)，動(dòng)力傳遞變?yōu)榧儥C(jī)械方式。當(dāng)車速進(jìn)一步提升，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高，逐漸偏離經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域時(shí)，C4分離，系統(tǒng)切換回輸入分配模式，通過降低電機(jī)A和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，在車速提升的同時(shí)，使發(fā)動(dòng)機(jī)回到經(jīng)濟(jì)區(qū)運(yùn)行。

3）2擋傳動(dòng)模式：輸入分配模式下，隨著車速的進(jìn)一步提升，電機(jī)A轉(zhuǎn)速下降至0，即轉(zhuǎn)入電動(dòng)制動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)后行星架轉(zhuǎn)速與公用行星架接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，在C1接合基礎(chǔ)上，C2接合，將公用行星架與輸出軸直接相連，形成2擋傳動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力再次以機(jī)械傳動(dòng)形式驅(qū)動(dòng)車輪。

4）高速復(fù)合分配模式：2擋傳動(dòng)模式下，隨著車輛提速，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)又偏離經(jīng)濟(jì)區(qū)，此時(shí)，C1分離，C2維持接合，動(dòng)力一部分由公用行星架直接輸出，一部分由2號行星架、后太陽輪將動(dòng)力分給電機(jī)B發(fā)電，電機(jī)B將電能分流給電機(jī)A，電機(jī)A驅(qū)動(dòng)前太陽輪，并與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率匯流，形成復(fù)合分配模式；調(diào)整電機(jī)A的轉(zhuǎn)速，可使發(fā)動(dòng)機(jī)在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速區(qū)內(nèi)，改變汽車運(yùn)行速度。

5）3擋傳動(dòng)模式：在復(fù)合分配模式下，電機(jī)A使前太陽輪轉(zhuǎn)速持續(xù)升高，推動(dòng)行星輪反轉(zhuǎn)，使公用行星架加速，車速繼續(xù)上升，當(dāng)2號行星排齒圈與后太陽輪轉(zhuǎn)速接近時(shí)，C4接合，形成3擋直接傳動(dòng)。在3擋模式下，車輛再提速，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨之上升，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)偏離高效區(qū)時(shí)，C4分離，系統(tǒng)再次返回復(fù)合分配模式，繼續(xù)調(diào)整電機(jī)A、B的轉(zhuǎn)速，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速回到經(jīng)濟(jì)區(qū)，汽車過渡到超速運(yùn)行，即輸出軸轉(zhuǎn)速大于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

6）4擋傳動(dòng)模式：汽車以復(fù)合分配模式超速運(yùn)行，在發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速區(qū)內(nèi)，降低與后太陽輪連接的電機(jī)B轉(zhuǎn)速，使車速繼續(xù)提升，當(dāng)后太陽輪轉(zhuǎn)速接近于0時(shí)，C3接合制動(dòng)后太陽輪，此時(shí)公用行星架驅(qū)動(dòng)2號齒圈與前太陽輪組件達(dá)到最高轉(zhuǎn)速，變速機(jī)構(gòu)進(jìn)入固定速比的4擋超速傳動(dòng)模式。

7）純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)與發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)模式：當(dāng)車輛需求功率較低并且電池荷電狀態(tài)SOC較高時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，在低速行駛時(shí)，以輸入分配傳動(dòng)模式，由電機(jī)B單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛；在車速稍高時(shí)，以復(fù)合分配傳動(dòng)模式，由電機(jī)A、B共同驅(qū)動(dòng)車輛；當(dāng)車速上升（大于60 km/h）或需求功率增加時(shí)，電機(jī)A受控制動(dòng)，由電機(jī)B起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，車輛由發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)一起驅(qū)動(dòng)行駛。在電動(dòng)模式下，若電池SOC低于下限值，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)；由電機(jī)A向動(dòng)力電池組充電，反之，發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)。當(dāng)需要倒車時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)不工作，離合器C1工作，電機(jī)B反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)倒車。

8）加速控制模式：通用/寶馬八缸混動(dòng)SUV汽車采用閉缸技術(shù)，在低負(fù)荷與低速巡航時(shí)，采用輸入分配和復(fù)合分配模式，發(fā)動(dòng)機(jī)四缸運(yùn)行，提高了燃燒效率；在高速時(shí)，采用3、4擋固定速比模式，發(fā)動(dòng)機(jī)四缸或八缸運(yùn)行，提高了傳動(dòng)效率；當(dāng)車輛加速時(shí)，動(dòng)力電池組向電機(jī)額外提供電能，協(xié)助車輛迅速提速；在急加速時(shí)，由電機(jī)助推使用八缸工作；緩加速時(shí)，由電機(jī)輔助使用四缸工作，降低了有害氣體的排放。

4.3.3 能量回收控制

以寶馬X6混合動(dòng)力汽車為例，當(dāng)車輛減速滑行或踏下制動(dòng)踏板時(shí)，控制單元根據(jù)油門踏板和制動(dòng)踏板位置信號，向功率控制器發(fā)出指令，使電機(jī)A（在汽車低速減速狀態(tài)）或電機(jī)B（在汽車高速減速狀態(tài)）以發(fā)電機(jī)狀態(tài)工作，回收滑行與制動(dòng)過程產(chǎn)生的再生能量。制動(dòng)踏板工作位置分再生制動(dòng)（空行程）和液壓制動(dòng)兩階行程，踩下制動(dòng)踏板時(shí)，制動(dòng)踏板角度傳感器向控制單元傳送再生制動(dòng)力矩和液壓制動(dòng)力矩兩類信號，控制單元根據(jù)空行程距離（踏板阻力由模擬器產(chǎn)生，如圖9所示）確定再生制動(dòng)力矩大?。ㄆ浯笮】捎晒β士刂破魍ㄟ^控制發(fā)電機(jī)向蓄電池充電電流的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)），當(dāng)踏板達(dá)到液壓制動(dòng)行程位置，即需求的制動(dòng)力較大時(shí)，液壓制動(dòng)系統(tǒng)介入，完成車輛的緊急制動(dòng)。

雙模式系統(tǒng)通過復(fù)合分配模式與輸入分配模式兩種方式回收制動(dòng)再生能量，可在較寬的車速范圍內(nèi)，使發(fā)電機(jī)具有足夠的轉(zhuǎn)速來發(fā)電，使制動(dòng)能量回饋更充分和高效。

5 結(jié)論

圖9 制動(dòng)踏板阻力模擬器

功率分流技術(shù)優(yōu)化了發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力源與電機(jī)動(dòng)力源的分配，雙模系統(tǒng)相比于單模系統(tǒng)提高了系統(tǒng)選擇的靈活度和傳動(dòng)效率，使系統(tǒng)的中轉(zhuǎn)能量損失在相對較寬的速比范圍內(nèi)保持在較低的數(shù)值，進(jìn)一步提升了車輛運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。在目前的控制技術(shù)支撐下，采用雙模功率分流機(jī)構(gòu)已成為混合動(dòng)力汽車的最佳選項(xiàng)。隨著技術(shù)的進(jìn)步和新技術(shù)的衍生，功率分流技術(shù)將會(huì)不斷發(fā)展，勢必將混合動(dòng)力汽車的傳動(dòng)效率與燃油經(jīng)濟(jì)性推向新的層次。

［1］ 張金柱.混合動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)、原理與維修［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2017.

［2］ 夏志強(qiáng).混合動(dòng)力與替代燃料汽車［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

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［4］ 康奈爾·斯坦.車輛動(dòng)力技術(shù)［M］.周蘇，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017.

［5］ 趙航，史廣奎.混合動(dòng)力電動(dòng)汽車技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.