汽車(chē)混合動(dòng)力新架構：雙電機全功能混合動(dòng)力系統全解析

　　隨著(zhù)地球環(huán)境每況愈下，新能源汽車(chē)行業(yè)蒸蒸日上，全球汽車(chē)企業(yè)紛紛推出各種新能源汽車(chē)，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(dòng)車(chē)型，可以說(shuō)混動(dòng)進(jìn)入了百家爭鳴的時(shí)代，發(fā)展混合動(dòng)力汽車(chē)的動(dòng)力系統主要趨勢。前提是選擇性發(fā)展的基于這些新能源技術(shù)有著(zhù)高效的能耗管理系統，尤其是代表中小型車(chē)新能源發(fā)展趨勢的混連式技術(shù)。

　　混聯(lián)式技術(shù)需要精細化的能耗管理，將發(fā)動(dòng)機更長(cháng)時(shí)間維持在高效率區間運轉，以及高效、充分的回收減速和制動(dòng)的能量?；炻?lián)式裝置包含了串聯(lián)式和并聯(lián)式的特點(diǎn)。混合動(dòng)力的出現就是把發(fā)動(dòng)機低負荷工況下的剩余能量?jì)Υ嬖陔姵乩?，然后在?chē)輛運行在高負荷工況時(shí)通過(guò)電機釋放出來(lái)，從而實(shí)現發(fā)動(dòng)機盡可能多的在高效工況下運行，達到降低油耗、節能減排的初衷。對于混合動(dòng)力汽車(chē)來(lái)說(shuō)，離合器、變速器、傳動(dòng)軸、差速器都是必不可少的，而這些部件不但重量不輕、讓車(chē)輛的結構更為復雜，同時(shí)零部件越多存在故障率高的問(wèn)題。

　　在混動(dòng)技術(shù)從豐田的混動(dòng)是靠單排行星輪開(kāi)始，雄霸混合動(dòng)力汽車(chē)十多年，豐田只采用了一個(gè)行星齒輪組，現弱混合動(dòng)力系統是將電機與曲軸直接連接，這種系統也意味著(zhù)無(wú)法純電動(dòng)行駛，弊端是發(fā)動(dòng)機和電動(dòng)機無(wú)法保證同時(shí)在最佳工況時(shí)工作。本田的混動(dòng)就是“串聯(lián)+發(fā)動(dòng)機直驅”加上離合器，這套機構的原理倒為簡(jiǎn)單，粗暴復雜化，僅僅是在傳統發(fā)動(dòng)機和傳統變速箱之間埋一個(gè)電機的做法肯定是不夠的。而通用的混動(dòng)技術(shù)則是集合了兩家之所長(cháng)但又相對復雜。它是由兩組電機、兩組行星輪和三組離合器組成。主要有四種動(dòng)力輸出方式，純電動(dòng)模式（低負荷工況），混合驅動(dòng)模式（常規行駛），混合驅動(dòng)模式（中高速），制動(dòng)發(fā)電模式（減速—剎車(chē)）。一直都是用的兩個(gè)行星系齒輪，并輔以三個(gè)離合器。聽(tīng)上去很復雜，其實(shí)也真的復雜。

　　對于插電式混合動(dòng)力確認為新能源車(chē)汽車(chē)可通過(guò)電網(wǎng)獲取電能充電具有高效節能、排放低、續航里程長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)而成為各大汽車(chē)公司研發(fā)的熱點(diǎn)，被視為目前最具有應用前景的新能源汽車(chē)，這個(gè)可從電網(wǎng)獲取電能充電，雖然只是這么一點(diǎn)簡(jiǎn)單的改變，傳統混合動(dòng)力汽車(chē)只能稱(chēng)為節能汽車(chē)，而插電式混合動(dòng)力汽車(chē)可以稱(chēng)為新能源汽車(chē)，對于控制電機的可靠性、功率與運行精度要求也非常高是一款雙行星輪系雙電機混合動(dòng)力系統，這樣的多種工作模式、精細控制帶來(lái)的最直接的好處，混合動(dòng)力、增程器、純電動(dòng)汽車(chē)等新技術(shù)混合動(dòng)力技術(shù)領(lǐng)域的增程式混動(dòng)車(chē)型，使得混合度化不斷加強。發(fā)動(dòng)機和電池電機各有所長(cháng)，我們想辦法把發(fā)動(dòng)機盡可能固定在最低燃耗的轉速，在額外需要動(dòng)力的時(shí)候善用電池電機的高扭矩輸出特性，二者有效結合。

　　綜上所述，要多功能、多用途，輕混、深混、挿電、純電動(dòng)覆蓋全功能的跨界車(chē)，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力系統離不開(kāi)雙行星輪系架構，它具有減速、多動(dòng)力耦合、還具有離合器的作用，用鎖止制動(dòng)器就能達到的作用，只要恰當地使用鎖止制動(dòng)器，整體自動(dòng)變速混合系統可以得到多個(gè)的解決方案。在電動(dòng)汽車(chē)多電機多擋位自動(dòng)變速系統的實(shí)施中，復雜的結構改為簡(jiǎn)單造，驅動(dòng)模式具有多用途。下面嘗試運用電動(dòng)汽車(chē)多電機多擋位自動(dòng)變速系統在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力系統中。將發(fā)動(dòng)機主軸與第一級行星輪系中的內齒圈輪相聯(lián)接，第一級星輪架的聯(lián)軸與第二級行星輪系中的太陽(yáng)輪相聯(lián)接，MG1電機/發(fā)電機與第一級行星輪系中的太陽(yáng)輪相聯(lián)接，MG2電機與第二級行星輪系中的內齒圈輪相聯(lián)接，第二級行星輪系中星輪架與輸出軸差速器相聯(lián)接，由此組成雙電機全功能混合動(dòng)力系統，在不同的驅動(dòng)模式中得到以下功能：

　?、?MG1電機/發(fā)電機啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機與發(fā)電模式

　　放開(kāi)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(yáng)輪相聯(lián)接的傳動(dòng)軸固定不轉動(dòng)，開(kāi)啟MG1電機/發(fā)電機，太陽(yáng)輪齒輪轉動(dòng)傳送行星輪齒輪，行星輪齒輪帶動(dòng)齒圈至發(fā)動(dòng)機啟動(dòng)，發(fā)動(dòng)機轉動(dòng)之后MG1電機/發(fā)電機可以發(fā)電，對電池組進(jìn)行充電，發(fā)動(dòng)機可設定在最佳轉速、最佳扭矩和最佳油耗狀態(tài)下工作。

　?、?MG1電機/發(fā)電機、發(fā)動(dòng)機混合變速驅動(dòng)模式

　　按第一項啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機后，鎖止S3，放開(kāi)S4，MG1電機/發(fā)電機反轉速度與發(fā)電時(shí)的速度相對一致，發(fā)動(dòng)機都參與起步，完全規避了發(fā)動(dòng)機中低速的運轉區間，在發(fā)動(dòng)機保持發(fā)電恒定的轉速下，MG1電機/發(fā)電機將反向速度逐漸降低至零隨即正向轉動(dòng)，通過(guò)與發(fā)動(dòng)機同時(shí)驅動(dòng)或加速通過(guò)聯(lián)軸傳至輸出軸差速器驅動(dòng)車(chē)輪。汽車(chē)就起步了，MG1電機/發(fā)電機從反轉速度逐漸降低至零再轉化為正轉而且不斷提高轉速，這就是汽車(chē)加速的過(guò)程。在對加速性要求不太高的場(chǎng)合，汽油發(fā)動(dòng)機和電動(dòng)機耦聯(lián)工作，提供可與汽油發(fā)動(dòng)機相當的車(chē)輛起步性能。在制動(dòng)時(shí)MG1電機/發(fā)電機能大部分回收這些能量，并將其暫時(shí)貯存起來(lái)供加速時(shí)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(dòng)機高效工況，達到更省油的目的。

　?、?MG2電機、發(fā)動(dòng)機混合變速驅動(dòng)模式

　　按第二項啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機后，S1、S2、S3、S4全放開(kāi)，MG1電機/發(fā)電機反轉速度與發(fā)電時(shí)的速度一致，在發(fā)動(dòng)機保持發(fā)電的轉速，將MG1電機/發(fā)電機反轉速度逐漸降低至零即把S4鎖止，此時(shí)發(fā)動(dòng)機驅動(dòng)車(chē)輛行進(jìn)中，在MG1電機/發(fā)電機反轉速度逐漸降低至零同時(shí)，MG2電機也從靜止不斷提高轉速，汽車(chē)開(kāi)始加速。此后，MG2電機、發(fā)動(dòng)機混合變速驅動(dòng)汽車(chē)。這是高速路況下，雙動(dòng)力直接驅動(dòng)車(chē)輛，可以一直工作在最佳工作狀態(tài)，在制動(dòng)時(shí)MG2電機能大部分回收這些能量，并將其暫時(shí)貯存起來(lái)供加速時(shí)再用，沒(méi)有功率浪費的問(wèn)題。

　?、?強混模式雙電機多擋位發(fā)動(dòng)機混合變速驅動(dòng)

　　按第一項啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機后，S1、S2、S4全放開(kāi)，繼續鎖止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(yáng)輪相聯(lián)接的傳動(dòng)軸固定不轉動(dòng)，切斷兩級行星輪系的關(guān)聯(lián)，使各自運轉。在MG1電機/發(fā)電機反轉速度與發(fā)電時(shí)的速度一致，在發(fā)動(dòng)機保持發(fā)電的轉速，將MG1電機/發(fā)電機反轉速度逐漸降低至零隨即正向轉動(dòng)，同時(shí)，MG2電機也從靜止不斷提高轉速（放開(kāi)S3），汽車(chē)開(kāi)始加速。在整個(gè)過(guò)程，通過(guò)MG1電機和MG2電機分別呈相反方向旋轉來(lái)驅動(dòng)車(chē)輛起步，雙電機與發(fā)動(dòng)機同步急加速的時(shí)候，電動(dòng)機和發(fā)動(dòng)機可以一起驅動(dòng)車(chē)輪，實(shí)現最大動(dòng)力輸出。MG1電機/發(fā)電機配置功率比MG2電機功率小，而兩電各自有合適的傳動(dòng)比，再加上兩種耦合的疊加傳動(dòng)比，即可有多個(gè)擋位使用，毎個(gè)擋位都能功率與速度的對應，各電機在高效區轉速范圍內使用，物盡其用，能量回收盡可能在高效區，續航里程大幅提高。在此模式中雙電機和發(fā)動(dòng)機可共同參與加速、加速度也是最大，加速時(shí)間最短，超加速能力最強，同時(shí)可達至最高速。隨外界的負荷變化，讓電動(dòng)機的驅動(dòng)力與行駛阻力始終保持平衡，從而在高效率區工作。動(dòng)力系統更加靈活地根據工況來(lái)調節內燃機的功率輸出和電機的運轉。全功能混合動(dòng)力技術(shù)還是目前最新的混動(dòng)技術(shù)，可靠性也更高。電控系統通過(guò)扭矩傳感實(shí)時(shí)探測車(chē)輛行駛的工況，來(lái)判斷發(fā)動(dòng)機是否需要參與驅動(dòng)，從而決定是采用純電驅動(dòng)、混合驅動(dòng)還是發(fā)動(dòng)機直驅的模式來(lái)精細化管理能耗，并且不受車(chē)輛行駛速度的限制，又能在高速狀態(tài)下，對經(jīng)濟性帶來(lái)更大的提升，同時(shí)也能獲得更加出色的加速性能。從而更有效地利用發(fā)動(dòng)機高效工況，達到更省油的目的。是一種比較完美的組合。

　　5. MG1電機/發(fā)電機純電動(dòng)驅動(dòng)模式

　　S2、S4放開(kāi)，鎖止S1、S3，由MG1電機/發(fā)電機啟動(dòng)、停止、速度的快慢，制動(dòng)回饋發(fā)電，并將其暫時(shí)貯存起來(lái)供加速時(shí)再用。功率在合理傳動(dòng)比中運行。MG1電機/發(fā)電機配置功率比MG2電機功率少，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(chǎng)合，車(chē)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電機純電動(dòng)驅動(dòng)模式

　　對于增程式技術(shù)未來(lái)的發(fā)展命運，現在從學(xué)界到業(yè)界尚有爭議。增程式技術(shù)的出現是對新能源汽車(chē)行駛里程不足的補充，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(zhù)動(dòng)力電池技術(shù)的進(jìn)步，增程技術(shù)會(huì )否失去存在的價(jià)值等。是否要將增程技術(shù)定位為過(guò)渡技術(shù)也值得思考。如果將增程式作為獨立的發(fā)展方向，那么它的發(fā)展前景在哪里。這些問(wèn)題需要技術(shù)研發(fā)回答，實(shí)用的雙電機多擋位發(fā)動(dòng)機混合動(dòng)力變速驅動(dòng)的增程模式。

　　按第一項啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機后，MG2電機從靜止不斷提高轉速，汽車(chē)開(kāi)始加速。S3是保持鎖止狀態(tài)，即兩組行星輪系動(dòng)力相隔開(kāi)，MG1電機/發(fā)電機發(fā)電與MG2電機驅動(dòng)互不干擾，啟動(dòng)、停止、速度的快慢，整個(gè)行駛過(guò)程由MG2電機驅動(dòng)，中高速時(shí)使用回饋制動(dòng)由MG2電機回收，向電池組充電，并將其暫時(shí)貯存起來(lái)供加速時(shí)再用。通過(guò)控制系統優(yōu)化，可以讓發(fā)動(dòng)機一直工作在最佳轉速，即使在充電不便時(shí)，市內堵車(chē)路況下油耗也比較低，也可以控制發(fā)動(dòng)機噪音到非常小。在增程模式下，沒(méi)有“里程焦慮”，而且發(fā)動(dòng)機可以一直控制在最佳轉速，油耗低，噪音小，振動(dòng)小便能使發(fā)動(dòng)機一直保持在最佳工況狀態(tài)，動(dòng)力性好，排放量很低。而且電能的來(lái)源都是發(fā)動(dòng)機，只需加油即可。

　　7. 雙電機多擋位變速驅動(dòng)純電動(dòng)模式

　　熟悉純電動(dòng)汽車(chē)的消費者會(huì )明白，純電動(dòng)汽車(chē)在中低速下的性能十分優(yōu)異，安靜、經(jīng)濟、性能，但到了高速，純電動(dòng)汽車(chē)的性?xún)r(jià)比就會(huì )變的很低，阻力的增加讓純電動(dòng)汽車(chē)的電量消耗速度成倍數增加。

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

　　熟悉純電動(dòng)汽車(chē)的消費者會(huì )明白，電動(dòng)機在剛起步的時(shí)候就可以輸出最大的啟動(dòng)扭矩，純電動(dòng)汽車(chē)在中低速下的性能十分優(yōu)異，安靜、經(jīng)濟、性能，但到了高速，純電動(dòng)汽車(chē)的性?xún)r(jià)比就會(huì )變的低，伴隨轉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(dòng)汽車(chē)的電量消耗速度成倍數增加。在汽車(chē)處于加速或者大負荷工況時(shí)，

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

　　8. 純發(fā)動(dòng)機驅動(dòng)

　　在電池組電力不足，為了避免電池組電量過(guò)度損耗功率閾值，電池失效的速率而不用電機驅動(dòng)，在公路上巡航時(shí)使用汽油發(fā)動(dòng)機該模式，在時(shí)速40KM/H以上手動(dòng)擋的汽車(chē)司機都知道，到達該速度以上，巳是推到最高的擋位。讓發(fā)動(dòng)機直接驅動(dòng)，可以一直工作在最佳工作模式，沒(méi)有功率浪費的問(wèn)題。制動(dòng)時(shí)根據速度的不同，MG1電機/發(fā)電機MG2電機分別或共同回饋發(fā)電，并將其暫時(shí)貯存起來(lái)供加速時(shí)再用。

　　發(fā)動(dòng)機雙電機多擋位混合動(dòng)力變速驅動(dòng)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(dòng)器，有效地減少了零部件的數量和重量，更減少了日后維修的次數與時(shí)間。在不同擋位、八種模式轉換行駛采用最為簡(jiǎn)單的結構，無(wú)論電氣系統、液壓控制系統可得到最簡(jiǎn)的配置，各種狀態(tài)在適用范圍內發(fā)動(dòng)機、電機分別都能在高效區內工作，動(dòng)力系統可以更加靈活地根據工況來(lái)調節內燃機的功率輸出和電機的運轉?？刂破骺梢货矶偷仉S心所欲并根據不同需要駕馭車(chē)輛，驅動(dòng)系統在深度集成化配合智能化的電控策略后，擁有更強的拓展性，適用于HEV/PHEV/EREV等多種類(lèi)型混合動(dòng)力，這是現代車(chē)最需要的，髙性能的混合動(dòng)力總成，是一種比較完美的組合。若增配衛星摩擦環(huán)型無(wú)級變速器更是如虎添翼。

　　從理論上看，發(fā)動(dòng)機雙電機多擋位混合動(dòng)力變速驅動(dòng)拿出了史上運用最全面，合成最強的混合動(dòng)力技術(shù)已經(jīng)可以有與日系混動(dòng)和通用的混動(dòng)技術(shù)分庭抗禮的資本。此項混動(dòng)技術(shù)實(shí)力，以洪荒之力從容面對越來(lái)越嚴格的各類(lèi)排放法規。