本文是驾仕派的首创文章,来自撰稿人鱼非鱼。
假使你不谨慎错过了驾仕派前两天推送的“混动五讲”的实质,没干系,小编带你一同回忆一下。点击浏览:
一名战术研讨人员眼中的混动系统:混杂动力为甚么能省油?
混动五讲I
详解混杂动力系统的三种“姿态”:它们各自的优缺陷在那处?
混动五讲Ⅱ
好了,上面正式投入第三讲——
始于第一代普锐斯的行星齿轮组有哪些“巧妙”的场合?
行星齿轮构造其简直汽车周围的运用曾经良久了,市道上大部份主动变速箱都是操纵几何组行星齿轮,再协做液力变矩器来抵达变速的机能。而寰球上第一款在贸易上得到胜利的混杂动力汽车——年推出的丰田普锐斯一代,也是采取的这类构造。
行星齿轮差未几就以下图所示,此中Sungear是太阳轮、Ringgear是齿圈,Planetcarrier是行星架。这三个机构别离能够连合三个动力输出或输入端。假使不变此中任何一个,则此外两个相当于平凡的齿轮咬合;假使不变此中两个,则一切行星齿轮被锁死。值得注视的是,Planetgear行星轮并不连合任何输入输出机构,它也始终是自如转嫁的,不然一切行星齿轮组都不能转嫁。而连合动力的是行星架,行星架不变往后,行星轮只自转,但不环绕太阳轮公转。
它动起来是上面如许子——
上一期已讲解,通常并联操纵的板滞耦合,即两个输入端的齿轮同时啮合在输出端的齿轮上,最显著的特征是三个齿轮需求有雷同的速率(齿速)。而在齿轮巨细不同的景况下,两个输入端的扭矩能够自如组合,但两者的转速需求抵达必要的不变比例。
而行星齿轮组的各部份转速只需求满意一个线性干系就能够了——
上面右边的杠杆图,能够很懂得的评释三个转速的干系,S和R别离是太阳轮和齿圈的半径(也能够觉得是太阳轮和齿圈的齿数)
在很大水平上,动力流的扭矩和速率都被解耦了。这也是基于行星齿轮的混杂动力被称为“动力分流”的道理,也即是说,基于行星齿轮组的混杂动力能够相对自如地将一个输出/输入轴的动力分流到两个输入/输出轴。
一个最简略的动力分流混杂动力的构造以下图所示:
它能够供应至多10种劳动形式,上面逐一用杠杆图阐述(图中粗实线与三纵轴的交点高下示意正负转速的巨细,箭头长度示意扭矩巨细)
1.车辆停止时,假使电池电量太低,机电正转、正扭矩,启发鼓动机启动——这替换了底本汽车上12V启动机电的机能。
2.一旦鼓动机启动,则鼓动机为正扭矩,在热车的同时启发机电给电池充电。
3.寻常景况下,汽车停止时都不必启动鼓动机,在低速行驶时均能够用机电启动,此时锁止器1锁止了鼓动机和行星架,机电回转并输出正扭矩(与转速同向的扭矩),启发汽车行进。在这个构型下务必有锁止器,不然一旦油门过深,机电电流过大、扭矩过大,就很简略启发鼓动机倒转。
4.假使是在车速较低的景况下刹车制动,则车轮有负扭矩,启发机电输出负扭矩给电池充电。
5.假使是在车速较低的景况下接连加快,车速擢升,当机电启动车轮曾经没有鼓动机直接启动车轮高效,则机电会加大扭矩,启发鼓动机启动。
6.鼓动机启动后,锁止器2将机电和太阳轮不变,鼓动机运行在高效区间,直接启动车轮。假使没有锁止器,一旦油门过深,就很简略将机电带出转速来,进而给机电充电。
7.假使车速进一步回升,那末要将鼓动机继承保持在高效区间,受三者转速成线性干系的束缚,就务必让机电参与劳动。假使此时启动汽车所需功率小于鼓动机高效区间输出功率,则有余功率启发机电输出负扭矩,给电池充电。
8.假使此时启动汽车所需功率大于鼓动机高效区间输出功率,则机电输出正扭矩做为增多。
9.假使在低车速的景况下,需求急加快,则机电和鼓动机同时输出正扭矩。需求注视的是,由于机电转速的束缚,鼓动机的转速并弗成能太高,仍旧需求保持在中低转速,这束缚了鼓动机的动力输出。
10.在高车速时急加快,则能够使鼓动机和机电都保持高转速和大扭矩,是以足以对付高速公路上坡超车的需求。
是以,在只需求一个行星排(行星齿轮组)且没有变速箱的景况下,就实行了比平凡串并联更多的劳动形式,使得内燃机根基上能够保持在最好转速和最好扭矩输出,这也是为甚么通常这类混杂动力不被称为并联的道理——即使它本质上可是一种更为高等的并联。
其余,由于机电转速限制大,况且在各个区间效率都相对高,因此能够经由调动机电的转速来继承调动鼓动机的转速——是以它也叫做E-CVT,这类刚性连合不光比基于钢带的平凡CVT传动效率更高,况且也更平顺。
但这个构型(行星齿轮组)显然也是有其限制性的——
首先,机电独自启动车辆时,惟有一条加速路线,况且这条加速路线最后传动较量高,使得熟行车速率较低时,机电也需求运行在低效率的较高转速。
下图为第二代普锐斯操纵的机电效率图,横轴为转速,纵轴为扭矩,等高线示意效率(以百分比为单元),能够看出,即使机电高效区间更广泛,但仍旧有更为高效的扭矩和转速区间。琢磨到在不插电的混动汽车中,电量彻底来自于鼓动机启发机电发电,电驱的一共能量本质上经由了内燃机-发机电-电动机(或许是统一个机电)三步消耗——比内燃机启动还多出两步,是以机电假使不能保持在最高效率,很或许也并不节能。
其次,在鼓动机的转速适当独自启动车轮、但所需扭矩却太高或太低时,没想法经由机电调动鼓动机输出扭矩,此时鼓动机没法劳动在最好区间。假使要让机电劳动,则只可同时改动鼓动机转速,而此时鼓动机效率也会降落。
末了,在车速较低时,受机电转速束缚,鼓动机只可保持在低转速,如许即使效率较高,但极限动力却遭到了束缚。
那末,怎么对这些限制实行改观呢?
第一种计划是以下图如许,在聚散器1、2接合、聚散器3断开时,机电经由行星齿轮与鼓动机并联;或许将聚散器2断开,同时将聚散器3接合,锁止器2锁止,这时机电则与鼓动机板滞耦合。其余,也能够将聚散器1断开,机电独自经由太阳轮启动车轮。
假使说机电和鼓动机能够在电连合和板滞连合之间切换是“串并联”,那末这类构型或许能够称为“并并联”——鼓动机和电动机的连合方法能够在两种并联方法中切换。(或许必要要把“动力分流混动”称为混联的话,也能够叫并混联)
如许一来有两个便宜:
1.在车轮转速对应的鼓动机转速正便宜在高效区间、但扭矩不适当时,能够将机电与鼓动机板滞耦合,进而在不改动鼓动机转速的景况下调动其劳动扭矩。
2.经由切换连合方法,机电独自启动车轮有两条不同的加速路线:一条是经由变速后经由太阳轮启动输出轴的行星架;一条是经由齿圈启动输出轴的行星架,如许就能够两全在高速和低速时实行最好速比的不同需求。
不过,这个计划需求3个聚散器,成本并不低,是以第一款贸易上胜利的混动汽车——一代丰田普锐斯并没有采取这类计划,而是把主机电直接套在齿圈连合的输出轴上,而后在太阳轮连合功率较小的发电/电动机。
这个计划比拟前方的有4个便宜:
1.有两个机电且有各自的传动路线,就象征着机电独自启动车轮时,不只加速比能够变动,况且高速机电和低速机电能够别离取舍不同的型号——高速机电选努力率更大的,低速机电选努力率更小的。
2.固然多了一个机电,但两个机电能够同时独自启动车轮或给内燃机加力,是以每个机电都不必太大,况且功能更好。
3.一个机电并联、一个机电经由行星齿轮耦合,各司其职,省去了用聚散器去切换。况且由于在纯电启动形式下,以MG2做为要紧动力,增大MG2输出并不会启发鼓动机回转,是以锁止器也能够省去,成本较低。
4.MG2直接套在输出轴上,传动效率较高况且构造紧凑。
不只前两代普锐斯都采取这一构造,到方今为止,福特的混杂动力仍旧在操纵这一构型,只不过福特混动的主机电更大,而副机电更小,也能做到不错的效率。
第三、第四代普锐斯最先,丰田进一步改良了这一构型,采取了双行星排,不过第二组行星排的行星架为永远不变,是以第二组行星齿轮只相当于将MG2增多了一个加速齿轮(但构造更紧凑),更适当低速时启动车轮。
吉祥科力远的混杂动力系统也能够看做是这一构型的变种,可是双行星排的构型变为了拉威娜式,主机电成为了动力分流系统的第四轴,而不是像丰田那样本质上仍旧惟有三个轴。同时在第一组行星排的机电和鼓动机处都增多了锁止器,进一步擢升了效率。
而这些构型只需在后轴增多第三个机电,也就实行了混动四驱。绝大部份基于行星齿轮的四驱系统,譬如雷克萨斯的RXh和h四驱、汉兰达混动四驱、福特翼虎混动四驱,都是如斯。
通用的混动系统则相对这一大类混动又有了显然的改良:
在第一代雪佛兰Volt插电混动车型中,固然也是单行星排,但输出轴从齿圈移到了行星架,主机电从输出轴的齿圈,移到了太阳轮的输入轴,副机电则与鼓动机板滞耦合,都在齿圈输入,同时它还占有多达三个聚散器/锁止器。
这类构型固然成本远比前方几种构造高,但有上面两个上风——
1.增多了串连形式或许也能够叫增程形式。聚散器2断开、聚散器1和3接合时,鼓动机和车轮以前没有任何板滞连合,鼓动机能够接连以最好转速和扭矩启发副机电MGA发电,而后主机电MGA以不变速比启动车轮,假使所需功率小于鼓动机功率,则电池体现为充电,反之体现为放电。严峻的说,这类构型才是真实的“混联”。
2.不只两个机电能够别离以不同速比独自启动机电,况且在大机电独自启动机电时,小机电能够给大机电调速,这使得整套系统在操纵纯电启动时效率也很高。
这类构型成本较高,但很适当插电混动车型操纵。
本质上,单行星排依照各轴连合的动力源不同,理论上有多达12种的组合或许,一代普锐斯和一代Volt可是操纵了此中两种,不过并不是一共的构型都是公道的。
而在第二代Volt中,通用也增多了一组行星排,况且与丰田、科力远本质上的1行星排和1.5行星排混动系统不同,这套系统是真实的双行星排,自如度要大良多。
而丰田在最新一代的丰田Prius插电混动(即PriusPrime)中,为了在纯电形式下也尽或许缩小鼓动机的参与,增多了两个聚散器。
能够跟通用二代Volt比拟一下——
就像一最先提到的,两个以上的行星齿轮组本来还能够用做主动变速箱。是以,良多华丽车的混杂动力系统会操纵三个行星排,如许一来协做一些锁止器,相当于在实行混杂动力的同时,还供应了保守主动变速箱的机能,能够对独自启动的鼓动机或机电实行换挡变速。在仍旧保持了高效率的同时,也能够擢升功能,在各个车速区间都能表现三个动力源的最大动力,况且像保守有挡位的汽车相同,能刹那降挡以擢升动力输出。
譬如雷克萨斯GS和LS的混动系统构型以下图所示:
凯迪拉克CT6插电混动的构型以下图所示:
对于行星齿轮组的实质,鱼非鱼就讲到了这边,你get到几许?50%有木有?接下来,混动五讲系列的第四期:机电能够“藏在”汽车中的哪些地方?将准期所致,对这部份实质感乐趣的小火伴请