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国内外新能源汽车机电耦合机构发展情况 报告 1.机电耦合机构 混合动力电动汽车是内燃机与电动机两种动力混合驱动的车辆,这种混合是通过机电耦 合系统的动力耦合作用实现的。动力耦合系统负责将HEV 的多个动力组合在一起，实现多动 力源间合理的功率分配并把动力传给驱动桥，它在HEV 开发中处于重要地位，其性能直接关 系到HEV 整车性能是否达到设计要求，是HEV 最核心部分。机电耦合系统的形式不仅决定了 混合动力汽车具备的工作模式,也是功率分配策略制定的依据,并最终对整车的动力性、经济 性和排放性能产生重大影响。机电耦合机构是机电耦合系统的具体实现形式，不同结构的机 电耦合系统将导致其布置形式及HEV 的适用条件和使用要求各不相同，开发难度也相差很大。 所以机电耦合机构的选型决定了HEV 研究开发的重点和方向。 2 国内外机电动力耦合系统研究现状 2.1 国外研究现状 (1)丰田汽车公司是目前走在HEV 最前沿的汽车公司，丰田1997 年推出首款混合动力汽 车Prius，2005 年又推出了搭载必威体育精装版第3 代机电混合动力系统的2006 款Prius，仍采用THS 混联式结构，灵巧精密的行星排对发动机的输出功率进行重新分配，达到合理平衡发动机负 荷的目的。动力分离装置采用了行星齿轮机构,发动机与行星架相连,电动/ 发电机 MG1 与 太阳轮相连,电动/ 发电机MG2 与齿圈相连。动力分离装置按照一定的控制策略将发动机的 动力分配给MG1 和MG2 ,MG2 通过传动链、中间齿轮和主减速器齿轮减速之后驱动车轮。第 三代PRIUS 的传动系统采用了三轴结,构结构如图1所示，为了实现MG2 小型轻量化和使系 统更加紧凑,与前两代PRIUS 传动系统相比,三轴结构采用行星齿轮机构作为MG2 的减速机 构,取代了原结构中的传动链和中间齿轮,提升了薄型电动/ 发电机 MG2 的转矩。其缺点是 结构复杂，成本较高，控制复杂。 1.发动机；2.扭转减震器；3. ;4.动力分离装置；5. ；6.传动链；7.中间齿轮；8.主减速器齿轮；9.驱动桥；10. 减 速齿轮 图1 第三代PRIUS 机电耦合系统示意图 (2)本田汽车公司研发的 Insight 混合动力汽车采用了独特的混合动力系统 IMA 1 （Integrated Motor Assist），采用发动机和电动机扭矩叠加方式进行动力混合，结构如图 2 所示。发动机输出轴通过离合器与电动机的转子轴直接相连，电池组通过控制器作用于电 动机定子，两者的动力叠加是在输出轴处实现，变速器仍为单轴输入。该动力系统以发动机 作为主要动力，电动机作为辅助动力，是一种等速的功率叠加系统，属于并联式HEV 中的单 轴联合式结构。该系统结构简单、紧凑，提高了系统的综合效率，但一些元件和电机的控制 系统需特殊设计。图3 为本田必威体育精装版推出的第四代IMA 混合动力系统将电动机同曲轴固定在一 起，安装在汽油发动机和CVT 无级变速箱之间，充分利用CVT 变速器相应迅速的特点，可根 据油门变化迅速提供适宜的传动比，真正实现了无级变速。但是其传动比变化范围有限，传 动效率低且不能传递交大扭矩。 图2 IMA 集成电机辅助系统 图3 第四代IMA 混合动力系统 （3）通用、戴姆勒-克莱斯勒、宝马在几年前宣布联合开发基于SUV 车型的双模系统， 希望能够借助这一灵活性高且成本低廉的双模混合动力技术把混合动力汽车推向一个新的 高度。双模混合动力系统采用的是双模式变速器，又被称为电子无级变速（EVT=Electrically Variable Transmission），它是由发动机、电动机和发电机通过行星齿轮机构构成的电子无 级调速机构。它的显著优点是：1.集成了电控模块探知驾驶情况，并采用了电脑无级控制变 速比，故而系统能始终工作在最有效率的状态下。2. 电机与变速装置结合紧密，可以在较为 紧密的空间里进行布置，较一般的混合动力车辆能腾出更大的可利用空间。3.在车辆高速行 驶时相比传统混合动力能更显著的降低油耗，适合那些大排量发动机或对牵引能力要求比较 高的车辆，比如SUV 。两种模式的切换十分平滑