【《动力耦合装置研究的国内外文献综述》3200字】

动力耦合装置研究的国内外文献综述国内外公司对动力耦合装置研究现状丰田公司在动力耦合机构的研发和推广处于领先地位，其在1997年就推出了世界上第一款混合动力汽车Prius，其搭载的动力耦合机构也是目前最为成熟的大名鼎鼎的THS（ToyotaHybridSystem）系统，如图1-2，后续由于这套混动系统不断得到改良并被采用在其他车型上，如丰田、汉兰达、雷克萨斯上，因此后续版本都被称为HybridSynergyDrive（HSD），因此它有时也被称为THS-II。丰田THS-Ⅱ系统采用了双排行星齿轮机构，其前排行星齿轮机构主要进行发动机、电机动力耦合，其动力与驱动电机耦合后经齿圈输出。后排行星齿轮机构将行星架固定，其目的是起到减速増扭作用，从而减小驱动电机尺寸。该动力耦合机构主要优点为结构简单，生产成本低，其主要缺点为功率分流方式单一。THS与THS-Ⅱ系统对比见图1-3。图12丰田普锐斯动力分配单元示意图图13新旧THS混动系统对比图通用、戴姆勒-克莱斯勒、宝马三家公司于2005年联合成立混合动力汽车研发中心，开始致力于混合动力汽车的研发。通用公司推出了AHS（AllsionHybridSystem）双模混合动力系统。该动力耦合机构具有三个行星排，两个离合器和两个制动器，通过离合器和制动器的控制能够实现输入分流式和复合分流式两种工作模式。该动力耦合机构主要缺点为采用三个行星排使得结构更为复杂，同时生产成本高，优点为该机构功率分流模式方式多，系统工作效率高。吉利公司在混合动力汽车技术方面也取得突破，推出了CHS（CorunHybridSystem）混合动力系统，并将此系统应用到吉利帝豪EC7车型上。CHS混合动力系统与丰田的THS-II系统工作原理相似。但为了避开丰田专利限制，该系统在该研发之初便申请了一套具有自主知识产权的拉维娜式行星轮组结构，该结构与丰田和通用的行星轮组结构不同，有效的避开了丰田公司专利限制，同时可以达到类似的工作效果。该机构主要优点结构简单，生产成本低，其缺点为机构功率分流方式单一。本田的i-MMD系统把电驱动系统作为中低负荷下的主要驱动源，并且将电池组作为能量的“蓄水池”，通过发电机、电动机进行“削峰填谷”一般的操作，以规避传统汽油机能效最低下的低速、大负载等工况。同时通过阿特金森循环，把汽油机的压缩比极大提高，让燃效尽可能发挥到极限。它同样能实现电动机驱动、发动机带动充电、发动机直驱、制动能量回收等日常工况。受制于内部减速齿轮组的速比限制，系统里的那台阿特金森发动机，直接参与驱动车轮的工况空间非常窄，大多数时候都只需要充当一个增程器的角色，所以它不但功率需求低很多，而且可以在更长的时间以最理想的工况运行。具有更低的功率、更高的热效率，也自然对应着更低的油耗。结构简图见1-4。除了高效之外，i-MMD还有着很好的扩展性。除了加大电池容量变成插电式混动系统（PHEV）之外，它还可以通过取消发动机的直驱模式，使发动机、发电机、电动机之间只剩下串联状态，从而变成单纯的增程式电驱动系统（REEV）。此时发动机的功率需求可以进一步降低，从而进一步压制油耗。由于发电机、电动机之间没有像THS的行星齿轮组那样的机械耦合机制，所以发动机、电动机、发电机之间的工作协调，完全是通过控制系统来“指挥”的。其中电动机除了作为主要的驱动源头之外，还肩负着制动能量回收的重任。图STYLEREF1\s14本田i-MMD系统结构简图虽然从原理上看，i-MMD所需要做的控制层面的工作会更纷繁复杂一些，但是发动机、发电机、电动机之间不必要的相互牵制也会减少。譬如电动机直驱和发动机直驱的时候，理论上可以实现比THS更少的无效负载。当然，更多地依赖离合器来控制动力流，理论上带来的顿挫感也会更多、更明显一些。北汽新能源汽车股份有限公司在中国发明专利104691319中公开了一种双电机耦合驱动系统构型。该构型由两个电动机、一个制动器和一套单行星排系统组成，驱动电机1与行星排的太阳轮连接，驱动电机2与行星排的行星架连接，制动器可以制动行星架，行星排的齿圈为动力输出，将驱动力矩传输到传动轴。该构型利用行星排作为耦合机构，将动力合成后传递到传动轴，可以充分利用行星排的转速特性与转矩特性，提高车辆动力性，使两个电机都工作在高效率区间，提高车辆经济性，还有利于整车布置。国内外学者对动力耦合装置研究现状国内外许多学者也都提出新的动力耦合机构构型并进行仿真分析。Son等[1]对输入功率分配方式的单行星排动力耦合机构进行构型设计，通过分析得出串联模式由于工作效率低而不能用于构型设计。Cheong等[2]提出了液态混合功率分流变速器，将优化后的两种功率分流方式运用实车参数进行仿真，结果表明优化后将提升汽车燃油经济性以及减小电机尺寸等优点。Li等[3]运用动态编程方法对动力耦合机构传动比进行优化分析，仿真结果表明该方法能有有效的运用于动力耦合机构设计中。Chmelicek等[4]提出了双转子动力耦合机构，并进行了理论分析和实验验证，结果表明工作效率能达到94%。Zhang等[5]通过对Prius和Volt两种单行星排动力耦合机构进行分析，得出单行星排动力耦合机构通过添加离合器能够产生12种不同构型，添加3个离合器能够有4种不同工作模式。Mashadi等[6]提出一种动力耦合机构通过添加两个离合器控制能够实现两种功率分流方式模式，从而提升系统的工作效率。Miller[7]对实车运用的几种动力耦合机构进行分析，得出串-并联切换模式在动力耦合机构构型设计中具有一定的优势。目前，我国对行星齿轮式动力耦合装置的研究还较少且多集中在控制策略的研究方面。叶红朝等[8]通过分析多级2K－H型行星齿轮减速器的设计特点，提出用编程实现自动设计的构想，采用分层的方法建立了系统的结构框架，开发了软件系统，对齿轮机构的设计具有较高的应用价值。钟小帅[9]通过测绘工程机械中的挖掘机减速器，介绍了二级行星齿轮传动结构，并分析计算其传动比，验算并模拟共用一个齿圈安装的可能性，通过所测出的齿轮参数复核计算齿轮的结构尺寸，对行星齿轮传动的理解、设计提供了指导性建议。何耀华等[10]依功率合成模式工作的无齿圈行星齿轮多动力源动力耦合机构为基础，研究了混合动力电动汽车的工作模式、传动比计算及机构的传动特性，对有齿圈行星齿轮机构的研究及工作模式分析有重要指导意义。张硕等[11]说明了耦合系统的范围，总结了传统动力耦合系统的特性，并指出其优缺点，预测了多动力耦合机构的发展趋势，对动力耦合装置的结构设计有一定的参考价值。朱福堂等[12]为了优选出满足要求拓扑特性的行星齿轮机构方案，采用创造性设计法，设计了一系列行星齿轮机构方案，并提出方案评价指标及评价方法，为HEV－PGCM后续设计与分析提供了参考方案。曾小华等[13]对动力耦合机构构型设计提出两种不同方案，即行星齿轮机构类和差速器式，并对上述方案进行仿真分析，得出差速器式运用到动力耦合机构构型设计具有一定的可行性。王伟华等[14]通过运用杠杆法对动力耦合机构构型进行分析，并从多种构型中挑选出可行的构型方案，分析结果表明复合分流式在高速模式效率比较高，同时根据相应的机械点能够很容易挑选出复合分流式构型。杜爱民等[15]提出一种单行星排动力耦合机构，通过添加两个离合器和两个制动器能够实现6种工作模式，并对工作模式切换策略进行了研究。步曦等[16]对行星齿轮机构进行分析并确立了计算行星齿轮机构特征参数的方法，对混合动力汽车的动力部件进行建模以及仿真计算。参考文献SonH,ParkK,HwangS,etal.DesignMethodologyofaPowerSplitTypePlug-InHybridElectricVehicleConsideringDrivetrainLosses[J].Energies,2017,10(4):437.CheongKL,LiPY,ChaseTR.Optimaldesignofpower-splittransmissionsforhydraulichybridpassengervehicles[C]//AmericanControlConference(ACC),2011.IEEE,2011:3295-3300.LiY,KarNC.Advanceddesignapproachofpowersplitdeviceofplug-inhybridelectricvehiclesusingdynamicprogramming[C]//VehiclePowerandPropulsionConference(VPPC),2011IEEE.IEEE,2011:1-6.ChmelicekP,CalverleyS,DraganRS,etal.Dualrotormagneticallygearedpowersplitdeviceforhybridelectricvehicles[C]//ElectricMachinesandDrivesConference(IEMDC),2017IEEEInternational.IEEE,2017:1-6.ZhangX,LiCT,KumD,etal.ConfigurationAnalysisofPower-SplitHybridVehiclesWithaSinglePlanetaryGear[J].IEEETransactionsonVehicularTechnology,2012,61(8):3544-3552.MashadiB,EmadiSAM.Dual-modepower-splittransmissionforhybridelectricvehicles[J].IEEETransactionsonVehicularTechnology,2010,59(7):3223-3232.MillerJM.Hybridelectricvehiclepropulsionsystemarchitecturesofthee-CVTtype[J].IEEETransactionsonPowerElectronics,2006,21(3):756-767.叶红朝，孙毅，屠立．多级2K－H行星减速器设计系统的开发［J］．机械设计与制造，2012(7):36－37．钟小帅．从测绘行星齿轮减速器