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典型混動(dòng)構(gòu)型方案對(duì)比

2021-11-18 09:34:11·  來(lái)源：驅(qū)動(dòng)視界  
　
1. 中汽研CHS行星排方案圖上方為中汽研CHS行星排方案，圖下方為Prius方案。有2處改進(jìn)。1. 在ICE發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪的輸出軸端通過(guò)緩沖鎖止組合機(jī)構(gòu)連接到行星排1的行星架
1. 中汽研CHS行星排方案


圖上方為中汽研CHS行星排方案，圖下方為Prius方案。
有2處改進(jìn)。
1. 在ICE發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪的輸出軸端通過(guò)緩沖鎖止組合機(jī)構(gòu)連接到行星排1的行星架。
緩沖鎖止組合機(jī)構(gòu)有兩方面的作用：
? 衰減來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的扭振激勵(lì)，減小對(duì)行星排的沖擊；
?可以開(kāi)關(guān)方式控制行星排1的行星架靜止或運(yùn)動(dòng)。當(dāng)車(chē)輛以純電動(dòng)方式運(yùn)行時(shí)，行星排1的行星架被鎖止以后，可以實(shí)現(xiàn)MG1和MG2雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
2. 行星排2固定了齒圈，而不是行星架。
行星排2由于只有1個(gè)自由度，它的作用等價(jià)于單級(jí)減速齒輪，齒圈與行星架互換相當(dāng)于在這里增大了減速比。
增大減速比可以減小MG2的峰值扭矩，從而減小電機(jī)MG2的尺寸和重量， 對(duì)于公交車(chē)這種最高車(chē)速不高的情形很適用。
行星排這種動(dòng)力分流系統(tǒng)的最大弱點(diǎn)就是其恒定的扭矩分配。
在豐田系統(tǒng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)的28%的扭矩必須傳遞到發(fā)電機(jī)MG1，在正常行駛的狀態(tài)不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生大的影響，但是在節(jié)氣門(mén)全開(kāi)全速行駛加速的狀態(tài)下，扭矩和能量的分配也同正常行駛時(shí)是一樣的，電機(jī)MG1就必須設(shè)計(jì)的足夠大才能夠處理28%的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)MG2的輸出中必須加上電池的輸出才能平衡。
這樣就需要兩個(gè)較大的電機(jī)及其控制器。


鎖止機(jī)構(gòu)開(kāi)啟，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，MG1空轉(zhuǎn)，來(lái)自電池包的能量通過(guò)MG2單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。


鎖止機(jī)構(gòu)鎖止，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，行星排1和行星排2都作為減速機(jī)構(gòu)運(yùn)行，來(lái)自電池包的能量通過(guò)MG1和MG2共同驅(qū)動(dòng)車(chē)輛。


鎖止機(jī)構(gòu)開(kāi)啟，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力分為兩部分，一部分直接經(jīng)過(guò)齒圈>>行星排2傳遞到車(chē)輪上，另一部分經(jīng)MG1發(fā)電，經(jīng)過(guò)電機(jī)控制器>>電池>>電機(jī)控制器>>MG2>>行星排2傳遞到驅(qū)動(dòng)車(chē)輪上。


發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)，MG2再生制動(dòng)進(jìn)行能量回饋對(duì)電池充電。


在停車(chē)狀態(tài)下行星排1的齒圈是靜止的，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)MG1發(fā)電對(duì)電池包進(jìn)行充電。
優(yōu)點(diǎn)：
  • 由兩套電機(jī)和行星排組成ECVT動(dòng)力分流裝置，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與車(chē)速解藕，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)之后一直都是工作在高效區(qū)，節(jié)油；
  • 省略了變速箱；l純電動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)雙電機(jī)起步
缺點(diǎn)：
? 兩套大電機(jī)，控制系統(tǒng)復(fù)雜，成本高
2. 松正四代混聯(lián)方案


說(shuō)明：2檔EMT變速箱空檔時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)TM電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，純電動(dòng)行駛動(dòng)力系統(tǒng)架構(gòu)
在松正第3代系統(tǒng)方案的基礎(chǔ)上增加了兩檔EMT變速箱，去掉了離合器。




駕駛員小油門(mén)起步，EMT置于空檔，發(fā)動(dòng)機(jī)這一端脫開(kāi)，TM主驅(qū)動(dòng)電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。


電池和電容電量不足時(shí)，EMT置于空檔，發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)BSG發(fā)電機(jī)發(fā)電給電源充電。
系統(tǒng)的動(dòng)力源仍然只有TM電機(jī)。


電池和電容電量不足時(shí)，EMT置于空檔，發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)BSG發(fā)電機(jī)發(fā)電給電源充電。
系統(tǒng)的動(dòng)力源仍然只有TM電機(jī)。


發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后進(jìn)行Sync同步控制協(xié)調(diào)進(jìn)入并聯(lián)狀態(tài)、換檔協(xié)調(diào)都比較難。
優(yōu)點(diǎn)：
  • 可實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁起停（消除怠速）、電機(jī)輔助減小發(fā)動(dòng)機(jī)、純電起步、再生制動(dòng)等節(jié)油功能；
  • 采用低速純電驅(qū)動(dòng)，高速發(fā)動(dòng)機(jī)為主、電機(jī)為輔的驅(qū)動(dòng)方式，發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)有冗余；
  • 可根據(jù)不同客戶(hù)需要靈活配置不同的儲(chǔ)能元件：既可采用小儲(chǔ)能元件（小電池或超級(jí)電容），以較低的成本實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力功能，達(dá)到節(jié)油的效果；又可配置較大電池實(shí)現(xiàn)插電式混合動(dòng)力模式，“以電代油”降低運(yùn)營(yíng)成本、獲得政府補(bǔ)貼；
  • 增加了兩檔變速箱，發(fā)動(dòng)機(jī)的體積和功率都可以縮小，并且可以覆蓋更多的燃油經(jīng)濟(jì)區(qū)間；
  • 電池和超級(jí)電容并存雙電源方案，加速或其他大功率充放電需求時(shí)優(yōu)先使用電容，勻速行駛時(shí)使用電池。利用電容的短時(shí)大電流吞吐能力，對(duì)電池進(jìn)行消峰平谷，降低電池充放電頻率，同時(shí)降低了電池SOC的深充深放，電池壽命延長(zhǎng)。
缺點(diǎn)：
  • 需要采用較大的發(fā)動(dòng)機(jī)以滿(mǎn)足高速區(qū)的動(dòng)力需求，較大的驅(qū)動(dòng)電機(jī)以滿(mǎn)足低速區(qū)的動(dòng)力需求（尤其是低速時(shí)峰值扭矩以滿(mǎn)足爬坡時(shí)的需求）和較大的發(fā)電機(jī)（或較大的電池）以滿(mǎn)足低速運(yùn)行的能量要求。因此，相對(duì)成本較高；
  • 控制策略復(fù)雜，才能最大限度地實(shí)現(xiàn)混聯(lián)系統(tǒng)的節(jié)油潛力；
  • 利用皮帶輪在BSG和發(fā)動(dòng)機(jī)之間傳遞動(dòng)力，其最大發(fā)電功率受到皮帶能力和壽命的限制，因此不容易做得更大，從而限制了該系統(tǒng)的應(yīng)用范圍
3. 精進(jìn)ISG同軸混聯(lián)方案


在882mm電驅(qū)總成內(nèi)布置了兩臺(tái)大電機(jī)（850Nm +2200Nm）


與松正系統(tǒng)運(yùn)行模式和控制策略類(lèi)似！少了變速箱的換檔控制協(xié)調(diào)。
  • 純電動(dòng)模式
  • 串聯(lián)模式
  • 并聯(lián)模式
  • 能量回饋模式
優(yōu)點(diǎn)：
  • 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，充分發(fā)揮了我國(guó)永磁同步電機(jī)的優(yōu)勢(shì)；
  • 驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用直驅(qū)模式，即電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)后橋。消除了變速箱，提高了效率，降低了噪音；
  • 可實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁起停（消除怠速）、電機(jī)輔助減小發(fā)動(dòng)機(jī)、純電起步、再生制動(dòng)等節(jié)油功能；
  • 采用低速純電驅(qū)動(dòng)，高速發(fā)動(dòng)機(jī)為主、電機(jī)為輔的驅(qū)動(dòng)方式，發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)有冗余；
  • 可根據(jù)不同客戶(hù)需要靈活配置不同的儲(chǔ)能元件：既可采用小儲(chǔ)能元件（小電池或超級(jí)電容），以較低的成本實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力功能，達(dá)到節(jié)油的效果；又可配置較大電池實(shí)現(xiàn)插電式混合動(dòng)力模式，“以電代油”降低運(yùn)營(yíng)成本、獲得政府補(bǔ)貼
缺點(diǎn)：
  • 發(fā)動(dòng)機(jī)不能在其全部工作范圍內(nèi)維持在高效工況。
當(dāng)車(chē)速達(dá)到“切入速度”時(shí)，離合器閉合，發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車(chē)輛。在此狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與車(chē)速直接關(guān)聯(lián)。車(chē)速一般可在20-60km/h的范圍內(nèi)變化，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速則相應(yīng)地在800-2400rpm的寬范圍內(nèi)變化，而在如此寬的范圍內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)的平均效率是比較低的。因此，在高速區(qū)的實(shí)際節(jié)油效果并不理想；
  • 需要采用較大的發(fā)動(dòng)機(jī)以滿(mǎn)足高速區(qū)的動(dòng)力需求，較大的驅(qū)動(dòng)電機(jī)以滿(mǎn)足低速區(qū)的動(dòng)力需求（尤其是低速時(shí)峰值扭矩以滿(mǎn)足爬坡時(shí)的需求）和較大的發(fā)電機(jī)（或較大的電池）以滿(mǎn)足低速運(yùn)行的能量要求。因此，相對(duì)成本較高；
  • 控制策略比較復(fù)雜，才能最大限度地實(shí)現(xiàn)混聯(lián)系統(tǒng)的節(jié)油潛力；
  • 由于發(fā)動(dòng)機(jī)、ISG、離合器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)需同軸安裝，系統(tǒng)物理長(zhǎng)度長(zhǎng)，不易布置
4. 伊頓單軸并聯(lián)方案


在傳統(tǒng)車(chē)的離合器和變速箱中間加入了一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了純電動(dòng)行駛和并聯(lián)模式運(yùn)行。




控制上最大的挑戰(zhàn)在于發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程不應(yīng)引起駕駛員駕駛上的頓挫。
? 純電動(dòng)模式
當(dāng)車(chē)速較低時(shí)，如小于15km/h，這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)以后達(dá)不到維持怠速的轉(zhuǎn)速，所以發(fā)動(dòng)機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)，離合器斷開(kāi)，車(chē)輛只能以純電模式運(yùn)行。
? 并聯(lián)模式
模態(tài)①發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。
離合器狀態(tài)：閉合。
電機(jī)一直處于零扭矩控制狀態(tài)。
如果發(fā)動(dòng)機(jī)的功率能夠滿(mǎn)足駕駛員的功率需求時(shí)。
模態(tài)②發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)。
離合器狀態(tài)：閉合。
如果駕駛員的功率需求較大, 發(fā)動(dòng)機(jī)的功率滿(mǎn)足不了時(shí)，如急加速和高速大油門(mén)情況下。
模態(tài)③發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛，同時(shí)電機(jī)處于發(fā)電模式。
離合器狀態(tài)：閉合。
用于當(dāng)電池SOC較低時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)需要提供電機(jī)發(fā)電的功率和駕駛員需求功率。
? 能量回饋模式
離合器打開(kāi)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行在再生制動(dòng)模式給電池充電。
優(yōu)點(diǎn)：
  • 對(duì)傳統(tǒng)車(chē)改動(dòng)較小，在保持原型車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)不變的情況下，加入驅(qū)動(dòng)電機(jī)可以大幅改善加速性能和經(jīng)濟(jì)性能；
  • 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電機(jī)及電池僅起輔助驅(qū)動(dòng)的作用，因此可以采用容量較小、成本較低的電池和電機(jī)；
  • 純電起步，可以避開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)的惡劣工況，達(dá)到節(jié)油的效果；
  • 一定的冗余，如果電機(jī)、電池系統(tǒng)出故障，可以采用傳統(tǒng)模式運(yùn)行；
優(yōu)點(diǎn)：
  • 可以適當(dāng)?shù)亟档桶l(fā)動(dòng)機(jī)的容量，以電機(jī)補(bǔ)充動(dòng)態(tài)功率，然而，如果電機(jī)容量比較小，則發(fā)動(dòng)機(jī)容量減小的空間比較有限
缺點(diǎn)：
  • 對(duì)AMT變速箱系統(tǒng)的功能、性能及可靠性要求較高。目前國(guó)內(nèi)在這一領(lǐng)域的技術(shù)水平尚有不足，因此國(guó)外公司的產(chǎn)品比較占優(yōu)勢(shì)；
  • 在道路擁堵慢爬工況下，車(chē)速達(dá)不到發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的車(chē)速（15km/h），電池得不到補(bǔ)充，很快會(huì)虧電，無(wú)法長(zhǎng)期支撐純電動(dòng)模式。這時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入與傳統(tǒng)車(chē)類(lèi)似的工況，因此節(jié)油效果及排放不理想；
  • 車(chē)速低時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法啟動(dòng)，只能TM電機(jī)獨(dú)自驅(qū)動(dòng)，需要電機(jī)的低速扭矩較大；
  • 動(dòng)力系統(tǒng)控制較為復(fù)雜；
  • 發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)以后只能優(yōu)化轉(zhuǎn)矩范圍，效果有限
5. 四?；靹?dòng)方案


發(fā)動(dòng)機(jī)+離合器+MG1+行星排+2檔變速+MG2


適合的車(chē)輛狀態(tài)：車(chē)速低時(shí)。C結(jié)合，MG1靜止，ICE停機(jī)。S在位置1。


適合的車(chē)輛狀態(tài)：車(chē)速高時(shí)。C分離，ICE停機(jī)。S在位置2。


適合的車(chē)輛狀態(tài)：車(chē)速低時(shí)。C結(jié)合。S在位置1。


適合的車(chē)輛狀態(tài)：車(chē)速高時(shí)；MG2電機(jī)無(wú)發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速。
C結(jié)合。S在位置2。
優(yōu)點(diǎn)：
  • 實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與車(chē)速解藕，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)之后一直都是工作在高效區(qū)，節(jié)油；
  • 車(chē)速較高時(shí)可以實(shí)現(xiàn)3動(dòng)力源同時(shí)驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力充沛；
  • 車(chē)速低時(shí)，單電機(jī)純電驅(qū)動(dòng)；車(chē)速高時(shí)，雙電機(jī)純電驅(qū)動(dòng)；
  • 增加2檔變速，MG2較小
缺點(diǎn)：
  • 兩套電機(jī)+發(fā)動(dòng)機(jī)+離合器+2檔變速，體積大，控制系統(tǒng)復(fù)雜，成本高
6. 方案對(duì)比結(jié)果


注：油耗數(shù)據(jù)來(lái)源于網(wǎng)上數(shù)據(jù)
1. 伊頓并聯(lián)系統(tǒng)適用于頻繁起停，但是車(chē)速較快的工況，如城郊公交路路況；
2. 行星排ECVT功率分流混聯(lián)系統(tǒng)比松正和精進(jìn)這類(lèi)混聯(lián)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率要高；
3. 松正和精進(jìn)混聯(lián)系統(tǒng)的爬坡性能普適性不夠，起步時(shí)只能電機(jī)直驅(qū)能力有限。
7. 附錄 Prius系統(tǒng)介紹


第3代與第2代Prius動(dòng)力系統(tǒng)方案本質(zhì)上是一樣的，第3代靠近差速器的行星齒輪相當(dāng)于單級(jí)減速機(jī)構(gòu)。




車(chē)輛小油門(mén)起步時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)不起動(dòng)，MG2純電動(dòng)運(yùn)行，MG1只是反轉(zhuǎn)IDLE狀態(tài)


當(dāng)車(chē)速大于24km/h-32km/h, 發(fā)動(dòng)機(jī)肯定會(huì)起動(dòng)。
MG1作為發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)機(jī)。


發(fā)動(dòng)機(jī)的功率分為兩部分，一部分直接驅(qū)動(dòng)車(chē)輪，另一部分驅(qū)動(dòng)MG1發(fā)電。
根據(jù)整車(chē)功率需求和發(fā)動(dòng)機(jī)自身的功率，MG2會(huì)適當(dāng)?shù)妮o助發(fā)動(dòng)機(jī)參與驅(qū)動(dòng)。


發(fā)動(dòng)機(jī)的功率分為兩部分，一部分直接驅(qū)動(dòng)車(chē)輪，另一部分驅(qū)動(dòng)MG1發(fā)電。
根據(jù)整車(chē)功率需求和發(fā)動(dòng)機(jī)自身的功率，MG2會(huì)適當(dāng)?shù)妮o助發(fā)動(dòng)機(jī)參與驅(qū)動(dòng)。與小油門(mén)加速類(lèi)似。


發(fā)動(dòng)機(jī)和MG2同時(shí)參與驅(qū)動(dòng)，MG1工作在發(fā)電模式。
MG2消耗的功率遠(yuǎn)大于MG1發(fā)電產(chǎn)生的功率，這時(shí)候高壓電池的SOC會(huì)快速下降。


MG1固定不動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)和MG2扭矩耦合共同驅(qū)動(dòng)車(chē)輛。


MG1，MG2，發(fā)動(dòng)機(jī)三者共同驅(qū)動(dòng)車(chē)輛。MG1反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。


MG2工作在再生制動(dòng)模式，MG1處于反轉(zhuǎn)IDLE狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)。


MG2驅(qū)動(dòng)，MG1處于正轉(zhuǎn)IDLE狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)則停機(jī)。 
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