2.5带动力分路装置的混合方案
带动力分路装置的混合方案属于混联式的机械结构,包括2个电机,即El和E2, El主要作为驱动电机,E2主要用于调速,2个电机均可以作为发电机和电动机,如图6所示。电机和发动机通过一套行星齿轮组连接实现动力分配。此方案利用电动机和发动机这2个动力来驱动车轮,同时电动机在行驶中还可以发电。根据行驶条件的不同,可以仅靠电动机驱动力来行驶,或者利用发动机和电动机驱动行驶。
内燃机的动力被分成两部分,一部分直接输出至传动系用来驱动车轮,另一部分通往电动机,给电动机供应电力和HV蓄电池充电。
带动力分路装置的混合方案在电动机和发电机之间采用AC500 V高压电路传输,可以极大地降低动力传输中电能的损耗,高效地传输动力。当发动机工作效率低时,此系统可以将发动机停机,车辆依靠电机动力行驶。同时,此方案极大地增加了减速和制动过程中的能量回收,提高能量的利用率。
此方案最典型的应用案例是丰田公司PRIUS(普锐斯)油电混合动力车。此外,宝马公司也推出了采用此方案的混合动力车型。
2.6路况决定方案
此方案中,车辆的前驱横置系统保持不变,后轴则用1个电动机来驱动。在不同的电池储电状态下,通过后轴实现电力驱动和能量回收。由路况决定的混合动力,方案如图7所示。
为了实现高动态停止/起动,车辆首先通过后轴大功率纯电动模式起步,同时同步起动内燃机。除了混合功能外,在发动机和电动机功率极限内,可按需要以任何比例分配前后轴的转矩,从而实现四轮驱动。不同路况下,可以产生不同的驱动条件。
美国克莱斯勒公司和日本丰田公司都推出过采用路况决定方案的混合动力车型。
2.7 ESG
ESG (Electric starter generator电动变速器)是将双离合器的性能和一种弱混合动力的功能结合在一起的混合方案。此方案电动机不再布置在发动机与变速器之间,而是与变速器做成一体,将电动机安装到偶数档齿轮箱的传动分支上,如图8所示。图8中下部为奇数档位和离合器K1,称为1号变速器,上部为偶数档位和离合器K2,称为2号变速器。
ESG方案可实现以下工作模式。
1)发动机驱动模式。当2号变速器挂上偶数档运行时,离合器K2接合,离合器K1分离。起动机SG通过离合器K2直接与发动机连接,实现相应档位行驶。当1号变速器挂上奇数档运行时,离合器K1接合,同时根据换档策略,2号变速器预先选定一个偶数档位或者挂入空档。如果2号变速器挂入空档,离合器K2将会接合,以便传递发电机所需转矩。如果在2号变速器中预先选定一个偶数档位,离合器K2将会分离,发动机的转矩通过离合器K1和2个挂入的档位驱动电机。
2)电机起动/行驶模式。如果电机的功率和电池的容量足够大,就可以实现纯电力驱动。此时,2个离合器都分离,并根据车速和负荷的大小,将转矩传递给驱动轮。
3)制动能量回收模式。为了有效地利用制动能量,在汽车滑行时将发动机与动力总成脱开。此时,由电机承担汽车减速的任务,电机根据汽车车速、制动踏板位置和经过优化的传动比阻力矩用于发电,于是汽车的动能转换为电能。
4)停车空调模式。在ESG方案中,空调压缩机通过传统的电磁离合器与电机连接。在行驶中由发动机通过2号变速器输入轴实现机械传动。在停车阶段,2号变速器挂入空档,离合器K2分离,起动机对空调压缩机实施电驱动。
德国鲁克(LUK)公司已经造出了连接在一台1.3 L柴油机上的采用这种传动机构的样车。
3各种方案的对比
上述各种动力系统布置方案在有限条件下的对比结果见表1。通过对比可以看出大部分方案均适用于中或强混合,只是取决于电动机的尺寸。所有方案均可实现起动/停止功能,而能量回收和电力驱动需要由具有较高电功率等级的方案来实现。从兼容性上来讲,带动力分路装置方案只能应用于特殊的传动系统,ESG方案只能应用于双离合器系统,其余方案均可与原变速系统相容。
4结束语
在未来,会出现一个各种混合动力方案淘汰、优化、集中的过程。在这个过程中起决定作用的问题是:混合动力汽车必须实现电力驱动还是仅仅达到节油的目的。这将决定是强混合还是中混合方案能取得最终的突破。