关于混合动力汽车动力耦合技术分析

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摘 要：混合动力电动汽车是未来汽车技术发展的重要方向，而混合动力耦合技术是混合电动汽车发展的关键技术，通过当前混合动力耦合技术的功能进行分析，结合混合动力耦合技术的分类，讨论了齿轮式机械动力耦合系统、电磁式动力耦合技术、液压混合动力耦合系统三种混合动力汽车技术，为混合动力汽车耦合技术的研究提供借鉴。

关键词：混合动力；耦合技术；驱动技术

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.09.014

混合动力电动汽车是将电力驱动技术与燃油驱动技术相结合的车辆，它采用的C电耦合系统的动力耦合技术来实现二者之间的相互转换，耦合动力技术的形式不仅决定了混合动力汽车的工作方式，也决定了汽车功率分配的途径，并且对整个汽车的动力性能、经济性能，还会对汽车的排放性能产生影响。

1 混合动力汽车的耦合形式及功能

混合动力汽车是燃油动力与电力动力的混合体，它的主要特点是车辆能够随车携带多个动力源，在具体的工作过程中，要求动力源能够根据汽车运行的情况和谐工作，相互补充。根据混合动力汽车的运行方式，可以将其耦合系统分为纯电动动力驱动、燃油驱动、混合动力驱动三种模式。因此，混合动力车辆的耦合系统具有如下功能：

（1）汽车动力合成功能。动力耦合系统的动力合成功能要求能够有效的合成输出多个动力源，以满足汽车的电力动能与燃油动能的要求，因为电力动力与燃油动力的特征不同，在动力合成的过程中，各个动力源不能相互干涉，并根据汽车的做功情况，采用不同的驱动技术来输出动力。

（2）动力分解功能。混合动力汽车在汽车行驶的过程中，要能够自行的对蓄电池进行充电，在汽车行驶的过程中，需要对动力进行分解，一部分用于对发电机发电，给蓄电池充电，一部分用于驱动车辆行驶。

（3）制动能量回收功能。为了提高混合动力汽车的能量使用效率，提升汽车整体的燃油经济性能，耦合系统要能够回收汽车制动时产生的动能，对汽车制动能量的可以采用发电回收与液压储能两种方式。

（4）提高汽车的燃油经济性能。耦合系统能够控制发动机的负载和转速，使汽车能够保持均匀的动力，保证发动机在合理的区域工作，提高汽车的燃油性能。

2 混合动力汽车动力耦合技术分类

由于混合动力汽车主要以燃油与电力混合为主，也就是说混合动力汽车的动力源主要以内燃发动机与电力电动机两种。在一些低速、频繁起停的工程车和公交车上采用的液压混合系统，它们的动力源主要以内燃机与液压马达为主，根据混合动力的形成原理与结构，可以将混合动力耦合技术分为如下几种类型：

2.1 齿轮式机械动力耦合系统

这种混合动力耦合系统主要以齿轮式机械动力耦合系统为主，一般采用的行星齿轮耦合机构，它主要有两个自由的旋转速度，太阳齿轮、行星齿轮以及齿轮圈在工作的过程中，能够以不同的速度旋转，以便于有效的对汽车的动力进行分配与汇聚，实现混合动力的节能效果。例如丰田Prius轿车的混合动力系统（THS）是典型的单排行星齿轮式机械动力耦合系统，它的耦合系统主要由单排行星齿轮机构构成的耦合系统，如下图1所示：

从图1可以看出，发动机输出轴与行星架相连，发电机转子与太阳轮相连，它们之间能够配合运动共同工作，电动机的外齿圈通过链条与后桥相连，与汽车的发电装置结合在一起，可以实现发电机与电动机的配合工作，既可以形成发电机，也可以根据汽车运行的情况形成燃油驱动设备。随着混合动力技术的而发展，在单排行星齿轮动力耦合技术的基础上，已经出现了双排双模、三排行星齿轮动力耦合技术，并在很多混合动力汽车上得到了应用。齿轮式机械混合动力耦合技术的系统结构比较复杂，在技术实现上控制难度较大，而且该类混合动力系统受到机械加工工艺与制造精度的限制，以及新材料的研制与控制技术的落后等原因的影响，致使齿轮式机械混合动力耦合技术的应用存在瓶颈。

2.2 电磁式动力耦合技术

该类技术主要采用的是非接触式的动力耦合技术，是运用电磁力对动力系统进行耦合的混合动力系统，根据电磁耦合的工作方式，可以将电磁式动力耦合技术分为串联式电机动力耦合技术与双转子电磁式动力耦合技术。

（1）串联式电动机耦合技术。该耦合式集成动力技术采用的发动机输出轴与汽车发电机的转子转轴直接采用串联的方式进行连接，在二者之间也可能通过离合器进行连接，这样汽车的电动机与发动机之间采用同轴转矩叠加方式进行动力耦合，即电力驱动与燃油驱动通过叠加。可以看出，该类混合技术动力系统具有机构紧凑、可靠性高、成本低等优点，在一些中高档的混合动力汽车中经常用串联式电动机耦合技术作为驱动技术。

从目前对串联式电机集成动力耦合技术的应用来看，轻度、中度的混合动力耦合技术在混合动力汽车耦合系统应用比较广泛，但是，采用轻度与中度混合耦合技术对于汽车的燃油性能不高，这不符合低碳环保的要求，在具体的应用中还不是十分广泛。因此，发展适度重度混合动力耦合电磁式技术是未来混合动力发展的重要方向之一。

（2）双转子电机动力耦合系统。该耦合系统的工作原理主要采用双转子电机进行工作，电机的内部结构比较复杂，在其内部有两个转子与一个定子，这样内转子与外转子就可以形成一个内发电机，而外转子与定子又可以形成一个外电机，这样就形成了双电动机进行工作。因此，从这个结构上说，它形成的双电机的结构模式，即双转子的电机动力耦合结构，可以有效的将机械能转换为电能。双转子电机动力耦合技术优点是系统控制灵活，结构比较紧凑简单，成本造价比较低，相对于其他电机来说，它的功率密度与转矩有了很大的提高，能提高汽车的燃油经济性能。尤其是作为多端口机电能量转换装置，为制动能量的收集提供了多样化的选择，采用双转子电机动力耦合技术可以有效的协调系统的内外两个电机协调工作，采用该技术能够代替混合动力汽车的变速箱、起动机与发电机的诸多功能，使得混合动力汽车实现无级变速和多种工作模式的功能，提高整车的安全性与经济性能。

2.3 液压混合动力耦合系统

液压混合动力耦合技术系统主要由电力驱动技术、液压传动技术、燃油驱动技术等组件构成，它一般有并联型混合动力耦合技术与混联性液压混合动力耦合技术传动装置构成。它是由液压变量马达、液压变量泵、高压蓄能器等组件构成，该混合动力耦合技术具有良好的制动能量回收、发动驱动等混合驱动的性能。在液压混合动力耦合系统中，液压油是液压混合动力的驱动介质，在耦合系统中起到了十分重要的作用，液压混合动力耦合系统的动力聚合与分配同时通过液压介质的控制来实现的。

液压混合动力耦合技术是混合动力汽车的重要发展方向，它的节能性能比较好，该技术结构简单，蓄能的密度高，整车的成本也比较低，在回收制动能量的过程中，没有化学能与机械能的相互转化，这样能够有效的保证蓄电池的电能在制动时不会被损耗，而且蓄电池的功率密度也比较大，而且制动能量的转换速度比较快，能量的回收率也比较高，能够有效的提高混合动力整车的燃油性能，减少尾气的排放量。

3 结束语

混合动力耦合技术的发展是发展高性能混合动力汽车的重要技术，在未来汽车发展的过程中具有十分重要的作用，通过对混合动力技术的种类与功能进行探究，指出了混合动力耦合技术在实际应用过程中优缺点，在未来的研究中，需要从动力耦合技术系统进行开发与研究，这样才能有效的促进新能源汽车的发展，同样混合动力控制的智能化与混合动力车辆结构的集成化也将是未来混合动力汽车的发展方向。

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