中汽研等混动构型方案对比

1中汽研CHS行星排方案 图上方为中汽研CHS行星排方案，图下方为Prius方案。有2处改进。 1）在ICE发动机飞轮的输出轴端通过缓冲锁止组合机构连接到行星排1的行星架。 缓冲锁止组合机构有两方面的作用：①衰减来自发动机的扭振激励，减小对行星排的冲击；②可以开关方式控制行星排1的行星架静止或运动。当车辆以纯电动方式运行时，行星排1的行星架被锁止以后，可以实现MG1和MG2双电机驱动。 2）行星排2固定了齿圈，而不是行星架。 行星排2由于只有1个自由度，它的作用等价于单级减速齿轮，齿圈与行星架互换相当于在这里增大了减速比。 增大减速比可以减小MG2的峰值扭矩，从而减小电机MG2的尺寸和重量，对于公交车这种最高车速不高的情形很适用。 行星排这种动力分流系统的最大弱点就是其恒定的扭矩分配。 在丰田系统中，发动机的28%的扭矩必须传递到发电机MG1，在正常行驶的状态不会对系统产生大的影响，但是在节气门全开全速行驶加速的状态下，扭矩和能量的分配也同正常行驶时是一样的，电机MG1就必须设计的足够大才能够处理28%的发动机输出扭矩，同时驱动电机MG2的输出中必须加上电池的输出才能平衡。 这样就需要两个较大的电机及其控制器。 锁止机构开启，发动机关闭，MG1空转，来自电池包的能量通过MG2单独驱动。 锁止机构锁止，发动机关闭，行星排1和行星排2都作为减速机构运行，来自电池包的能量通过MG1和MG2共同驱动车辆。 锁止机构开启，发动机的动力分为两部分，一部分直接经过齿圈>>行星排2传递到车轮上，另一部分经MG1发电，经过电机控制器>>电池>>电机控制器>>MG2>>行星排2传递到驱动车轮上。 发动机停机，MG2再生制动进行能量回馈对电池充电。 在停车状态下行星排1的齿圈是静止的，发动机带动MG1发电对电池包进行充电。 优点：①由两套电机和行星排组成ECVT动力分流装置，实现了发动机转速与车速解藕，发动机启动之后一直都是工作在高效区，节油；②省略了变速箱；③纯电动可以实现双电机起步 缺点：两套大电机，控制系统复杂，成本高 2松正四代混联方案 说明：2档EMT变速箱空档时，可以实现TM电机单独驱动，纯电动行驶动力系统架构 在松正第3代系统方案的基础上增加了两档EMT变速箱，去掉了离合器。 驾驶员小油门起步，EMT置于空档，发动机这一端脱开，TM主驱动电机单独驱动。 电池和电容电量不足时，EMT置于空档，发动机拖动BSG发电机发电给电源充电。系统的动力源仍然只有TM电机。 电池和电容电量不足时，EMT置于空档，发动机拖动BSG发电机发电给电源充电。系统的动力源仍然只有TM电机。 发动机启动后进行Sync同步控制协调进入并联状态、换档协调都比较难。 优点：①可实现发动机频繁起停（消除怠速）、电机辅助减小发动机、纯电起步、再生制动等节油功能；②采用低速纯电驱动，高速发动机为主、电机为辅的驱动方式，发动机与驱动电机有冗余；③可根据不同客户需要灵活配置不同的储能元件：既可采用小储能元件（小电池或超级电容），以较低的成本实现混合动力功能，达到节油的效果；又可配置较大电池实现插电式混合动力模式，“以电代油”降低运营成本、获得政府补贴；④增加了两档变速箱，发动机的体积和功率都可以缩小，并且可以覆盖更多的燃油经济区间；⑤电池和超级电容并存双电源方案，加速或其他大功率充放电需求时优先使用电容，匀速行驶时使用电池。利用电容的短时大电流吞吐能力，对电池进行消峰平谷，降低电池充放电频率，同时降低了电池SOC的深充深放，电池寿命延长。 缺点：①需要采用较大的发动机以满足高速区的动力需求，较大的驱动电机以满足低速区的动力需求（尤其是低速时峰值扭矩以满足爬坡时的需求）和较大的发电机（或较大的电池）以满足低速运行的能量要求。因此，相对成本较高；②控制策略复杂，才能最大限度地实现混联系统的节油潜力；③利用皮带轮在BSG和发动机之间传递动力，其最大发电功率受到皮带能力和寿命的限制，因此不容易做得更大，从而限制了该系统的应用范围。 3精进ISG同轴混联方案 在882mm电驱总成内布置了两台大电机（850Nm +2200Nm） 与松正系统运行模式和控制策略类似，少了变速箱的换档控制协调。纯电动模式、串联模式、并联模式、能量回馈模式。 优点：①结构简单，容易实现，充分发挥了我国永磁同步电机的优势；②驱动电机采用直驱模式，即电机直接驱动后桥。消除了变速箱，提高了效率，降低了噪音；③可实现发动机频繁起停（消除怠速）、电机辅助减小发动机、纯电起步、再生制动等节油功能；④采用低速纯电驱动，高速发动机为主、电机为辅的驱动方式，发动机与驱动电机有冗余；⑤可根据不同客户需要灵活配置不同的储能元件：既可采用小储能元件（小电池或超级电容），以较低的成本实现混合动力功能，达到节油的效果；又可配置较大电池实现插电式混合动力模式，“以电代油”降低运营成本、获得政府补贴缺点：①发动机不能在其全部工作范围内维持在高效工况。当车速达到“切入速度”时，离合器闭合，发动机直接驱动车辆。在此状态下，发动机的转速与车速直接关联。车速一般可在20-60km/h的范围内变化，发动机的转速则相应地在800-2400rpm的宽范围内变化，而在如此宽的范围内发动机的平均效率是比较低的。因此，在高速区的实际节油效果并不理想；②需要采用较大的发动机以满足高速区的动力需求，较大的驱动电机以满足低速区的动力需求（尤其是低速时峰值扭矩以满足爬坡时的需求）和较大的发电机（或较大的电池）以满足低速运行的能量要求。因此，相对成本较高；③控制策略比较复杂，才能最大限度地实现混联系统的节油潜力；⑤由于发动机、ISG、离合器、驱动电机需同轴安装，系统物理长度长，不易布置。 4伊顿单轴并联方案 在传统车的离合器和变速箱中间加入了一个驱动电机，实现了纯电动行驶和并联模式运行。 控制上最大的挑战在于发动机启动过程不应引起驾驶上的顿挫。 （1）纯电动模式：当车速较低时，如小于15km/h，这时发动机启动以后达不到维持怠速的转速，所以发动机处于关闭状态，离合器断开，车辆只能以纯电模式运行。 （2）并联模式：模态①发动机单独驱动。离合器状态：闭合。电机一直处于零扭矩控制状态。如果发动机的功率能够满足驾驶员的功率需求时。模态②发动机和电机共同驱动。离合器状态：闭合。如果驾驶员的功率需求较大,发动机的功率满足不了时，如急加速和高速大油门情况下。模态③发动机驱动车辆，同时电机处于发电模式。离合器状态：闭合。用于当电池SOC较低时，发动机需要提供电机发电的功率和驾驶员需求功率。 （3）能量回馈模式：离合器打开，驱动电机运行在再生制动模式给电池充电。 优点：①对传统车改动较小，在保持原型车动力系统参数不变的情况下，加入驱动电机可以大幅改善加速性能和经济性能；②结构简单，电机及电池仅起辅助驱动的作用，因此可以采用容量较小、成本较低的电池和电机；③纯电起步，可以避开发动机的恶劣工况，达到节油的效果；④一定的冗余，如果电机、电池系统出故障，可以采用传统模式运行；⑤可以适当地降低发动机的容量，以电机补充动态功率，然而，如果电机容量比较小，则发动机容量减小的空间比较有限 缺点：①对AMT变速箱系统的功能、性能及可靠性要求较高。目前国内在这一领域的技术水平尚有不足，因此国外公司的产品比较占优势；②在道路拥堵慢爬工况下，车速达不到发动机驱动的车速（15km/h），电池得不到补充，很快会亏电，无法长期支撑纯电动模式。这时系统进入与传统车类似的工况，因此节油效果及排放不理想；③车速低时，发动机无法启动，只能TM电机独自驱动，需要电机的低速扭矩较大；④动力系统控制较为复杂；⑤发动机启动以后只能优化转矩范围，效果有限。 5四模混动方案 发动机+离合器+MG1+行星排+2档变速+MG2 适合的车辆状态：车速低时。C结合，MG1静止，ICE停机。S在位置1。 适合的车辆状态：车速高时。C分离，ICE停机。S在位置2。 适合的车辆状态：车速低时。C结合。S在位置1。 适合的车辆状态：车速高时；MG2电机无发动机无级调速。 C结合。S在位置2。 优点：①实现了发动机转速与车速解藕，发动机启动之后一直都是工作在高效区，节油；②车速较高时可以实现3动力源同时驱动，动力充沛；③车速低时，单电机纯电驱动；车速高时，双电机纯电驱动；④增加2档变速，MG2较小 缺点：两套电机+发动机+离合器+2档变速，体积大，控制系统复杂，成本高 注：油耗数据来源于网上数据 1）伊顿并联系统适用于频繁起停，但是车速较快的工况，如城郊公交路路况； 2）行星排ECVT功率分流混联系统比松正和精进这类混联系统的传动效率要高； 3）松正和精进混联系统的爬坡性能普适性不够，起步时只能电机直驱能力有限。