混合动力车辆自动传动系统发展现状及前景

林梦

摘 要：车辆传动系统是链接动力输入单元（发动机、电动机）与行驶系系统（车轮）的结构，直接影响着车辆的动力性和经济性。其能量传递方式和传递路径具有较高的研究价值。分析了混合动力车辆的动力特点，介绍了多种用于混合动力汽车的传动形式及其性能特点，并预测了混合动力车辆自动传动系统的发展趋势。

关键词：混合动力车辆；传动系统；新能源；内燃机

中图分类号：U463.6 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.11.024

自20世纪90年代以来，随着人类社会的快速工业化，能源危机和环境问题已成为阻碍可持续发展的重要问题。绿色能源和节能减排成为许多工业领域，尤其是汽车行业倡导的一种发展理念。作为世界最大的汽车市场之一——中国，随着2001年“十五”计划明确提出发展新能源汽车工业，越来越多的国内外学者开始关注和参与中国新能源汽车的发展。

1 新能源汽车简介

新能源汽车，是指使用一种或以上非传统化石燃料（柴油、汽油）的新能源为动力的汽车，新的动力可替代传统燃油内燃机（ICE），或采取与传统内燃机共同工作的方式，从而驱动车辆正常行驶。目前，新能源汽车主要包括纯电动汽车（EV）、油电混合动力汽车（HEV）、燃料电池汽车（FCEV）和液化天然气动力汽车（CNG）等。

2 混合动力汽车的传动形式及性能特点

油电混合动力汽车（HEV）指的是采用内燃机（ICE）和电动机（MG）两种动力源驱动的汽车，其特点是充分发挥了内燃机的动力性和电驱动的经济性，具有很高的自由度，布置灵活，可根据车辆的不同动力性需求设计传动形式。因此，研究其自动传动系统有着很高的研究价值。

油电混合汽车的特点在于其动力输出系统由内燃机与电动机共同组成，内燃机与电动机在组合动力输出方面有着非常灵活的选择性。根据现有对混合动力车辆传动形式的研究，其主要的传动形式可概括为串联型、并联型和混联型。

2.1 串联型混合动力汽车

串联型的特点在于发动机与电动机、驱动桥是串联的。串联型的混合动力驱动方式采用发动机带动发电机，将化石燃料的化石能转化成为电能，进而储存或直接供给电动机驱动车辆。发动机和驱动桥直接采用的不是机械的固态链接，而以电能为介质，可实现能量在化石能、机械能、电能与机械能间的传递。在自动变速器方面，由于串联型混合动力可简化地将发动机看作一种电源装置，车辆由电动机直接驱动。由于电动机在动力学方面具有的特点，能很好地满足车辆行驶的功率需求。因此，串联型混合动力车辆的传动系统可省略或仅需针对少数特殊工况设计，其结构十分简单。

2.2 并联型混合动力汽车

并联型混合动力汽车的发动机和电机均通过某种类型的变速器与车轮有直接的连接。这种结构会使发动机的运行转速受到车速的影响，发动机的输出转矩会随着电机辅助而增加。并联方式的发动机与车速的关联使其在控制车辆排放方面不比串联方式，但这种连接方式可利用电机平衡发动机的转矩负荷，使发动机在更高的效率区域工作。并联型混合动力车有2种基本类型：以发动机作为主要动力源，电机助力；以电机作为主要动力源，发动机助力。由于只有1个电机，并联型混合动力汽车的成本低于串联型，但因发动机与电机之间采用物理连接，导致并联型控制比串联型复杂得多。

2.3 混联型混合动力汽车

混联型混合动力汽车的适应性强，在实现产业化的混合动力汽车产品中应用广泛。丰田公司在混联式混合动力方面获得了一定的成果。THS-II是一种典型的混联式驱动的动力总成，其旗舰车型“普锐斯”推出了PRUISI、II、III三个系列的车型，均采用混联式的布置方案。此外，德国宝马公司、戴姆勒奔驰公司和美国通用公司也相继推出了混联式混合动力产品。

单星带传动式发动机产生的动力经过扭转减振器与单星排的行星架相连，电动机与太阳轮、齿圈相连。其中，行星排的齿圈和行星轮的直接动力可以分离，齿圈为系统输出，通过带轮实现减速增距，以满足汽车行驶的需求。“双星传动式”采用2个平行的行星排，可实现发动机和2个电动机直接的功率分配，其主要代表车型为丰田“普锐斯”第 III 代混合动力轿车。单星CVT式变速机由1个行星排和1个CVT 机构组成，其结构简单，且仅需要1个电动机提供辅助动力。该方案将行星齿轮机构与金属带式CVT相结合，实现了功率分流和无级变速。其中，部分功率经CVT传递至输出端，提高了传动效率。该方案无须电动机参与调速，实现了全机械传动，不存在能量转换，效率高；不足之处为速比范围较小、发动机驱动时的最低稳定车速较大。

3 混合动力汽车的发展趋势

油电混合动力的传动系统是基于车辆行驶需求的，可实现化石能和电能的功率分流和匹配的系统。其发展趋势可以概括为以下3点：①动力链接方式多元化。随着混合动力车辆的发展，各动力直接的匹配越来越趋向单一化，匹配方案不再简单地以串联型和并联型进行划分。②传动系统更加紧凑。随着行星排的巧妙利用，传动系统的变速机构更加紧凑。通过对各行星排之间自由度的约束，可实现多档间的可靠性换挡。③基于电机的辅助作用，可实现对发动机动力的无极传动。混合动力汽车可以通过行星机构实现电动机对发动机功率的补充，使发动机的功率输出范围尽可能地贴合路面行驶需求，使发动机能在较为经济的工况下实现动力输出，同时，延长车辆的续驶里程。

参考文献

[1]邓元望，王耀南，陈洁平.混合动力驱动系统及其在越野车中的应用[J].农业机械学报，2006，37（10）.

[2]张金柱.丰田第二代混合动力系统（THS-II）[J].内燃机，2005（3）：6-9.

〔编辑：张思楠〕