動力耦合裝置研究的國內(nèi)外文獻綜述國內(nèi)外公司對動力耦合裝置研究現(xiàn)狀豐田公司在動力耦合機構的研發(fā)和推廣處于領先地位，其在1997年就推出了世界上第一款混合動力汽車Prius，其搭載的動力耦合機構也是目前最為成熟的大名鼎鼎的THS（ToyotaHybridSystem）系統(tǒng)，如圖1-2，后續(xù)由于這套混動系統(tǒng)不斷得到改良并被采用在其他車型上，如豐田、漢蘭達、雷克薩斯上，因此后續(xù)版本都被稱為HybridSynergyDrive（HSD），因此它有時也被稱為THS-II。豐田THS-Ⅱ系統(tǒng)采用了雙排行星齒輪機構，其前排行星齒輪機構主要進行發(fā)動機、電機動力耦合，其動力與驅(qū)動電機耦合后經(jīng)齒圈輸出。后排行星齒輪機構將行星架固定，其目的是起到減速増扭作用，從而減小驅(qū)動電機尺寸。該動力耦合機構主要優(yōu)點為結構簡單，生產(chǎn)成本低，其主要缺點為功率分流方式單一。THS與THS-Ⅱ系統(tǒng)對比見圖1-3。圖12豐田普銳斯動力分配單元示意圖圖13新舊THS混動系統(tǒng)對比圖通用、戴姆勒-克萊斯勒、寶馬三家公司于2005年聯(lián)合成立混合動力汽車研發(fā)中心，開始致力于混合動力汽車的研發(fā)。通用公司推出了AHS（AllsionHybridSystem）雙模混合動力系統(tǒng)。該動力耦合機構具有三個行星排，兩個離合器和兩個制動器，通過離合器和制動器的控制能夠?qū)崿F(xiàn)輸入分流式和復合分流式兩種工作模式。該動力耦合機構主要缺點為采用三個行星排使得結構更為復雜，同時生產(chǎn)成本高，優(yōu)點為該機構功率分流模式方式多，系統(tǒng)工作效率高。吉利公司在混合動力汽車技術方面也取得突破，推出了CHS（CorunHybridSystem）混合動力系統(tǒng)，并將此系統(tǒng)應用到吉利帝豪EC7車型上。CHS混合動力系統(tǒng)與豐田的THS-II系統(tǒng)工作原理相似。但為了避開豐田專利限制，該系統(tǒng)在該研發(fā)之初便申請了一套具有自主知識產(chǎn)權的拉維娜式行星輪組結構，該結構與豐田和通用的行星輪組結構不同，有效的避開了豐田公司專利限制，同時可以達到類似的工作效果。該機構主要優(yōu)點結構簡單，生產(chǎn)成本低，其缺點為機構功率分流方式單一。本田的i-MMD系統(tǒng)把電驅(qū)動系統(tǒng)作為中低負荷下的主要驅(qū)動源，并且將電池組作為能量的“蓄水池”，通過發(fā)電機、電動機進行“削峰填谷”一般的操作，以規(guī)避傳統(tǒng)汽油機能效最低下的低速、大負載等工況。同時通過阿特金森循環(huán)，把汽油機的壓縮比極大提高，讓燃效盡可能發(fā)揮到極限。它同樣能實現(xiàn)電動機驅(qū)動、發(fā)動機帶動充電、發(fā)動機直驅(qū)、制動能量回收等日常工況。受制于內(nèi)部減速齒輪組的速比限制，系統(tǒng)里的那臺阿特金森發(fā)動機，直接參與驅(qū)動車輪的工況空間非常窄，大多數(shù)時候都只需要充當一個增程器的角色，所以它不但功率需求低很多，而且可以在更長的時間以最理想的工況運行。具有更低的功率、更高的熱效率，也自然對應著更低的油耗。結構簡圖見1-4。除了高效之外，i-MMD還有著很好的擴展性。除了加大電池容量變成插電式混動系統(tǒng)（PHEV）之外，它還可以通過取消發(fā)動機的直驅(qū)模式，使發(fā)動機、發(fā)電機、電動機之間只剩下串聯(lián)狀態(tài)，從而變成單純的增程式電驅(qū)動系統(tǒng)（REEV）。此時發(fā)動機的功率需求可以進一步降低，從而進一步壓制油耗。由于發(fā)電機、電動機之間沒有像THS的行星齒輪組那樣的機械耦合機制，所以發(fā)動機、電動機、發(fā)電機之間的工作協(xié)調(diào)，完全是通過控制系統(tǒng)來“指揮”的。其中電動機除了作為主要的驅(qū)動源頭之外，還肩負著制動能量回收的重任。圖STYLEREF1\s14本田i-MMD系統(tǒng)結構簡圖雖然從原理上看，i-MMD所需要做的控制層面的工作會更紛繁復雜一些，但是發(fā)動機、發(fā)電機、電動機之間不必要的相互牽制也會減少。譬如電動機直驅(qū)和發(fā)動機直驅(qū)的時候，理論上可以實現(xiàn)比THS更少的無效負載。當然，更多地依賴離合器來控制動力流，理論上帶來的頓挫感也會更多、更明顯一些。北汽新能源汽車股份有限公司在中國發(fā)明專利104691319中公開了一種雙電機耦合驅(qū)動系統(tǒng)構型。該構型由兩個電動機、一個制動器和一套單行星排系統(tǒng)組成，驅(qū)動電機1與行星排的太陽輪連接，驅(qū)動電機2與行星排的行星架連接，制動器可以制動行星架，行星排的齒圈為動力輸出，將驅(qū)動力矩傳輸?shù)絺鲃虞S。該構型利用行星排作為耦合機構，將動力合成后傳遞到傳動軸，可以充分利用行星排的轉(zhuǎn)速特性與轉(zhuǎn)矩特性，提高車輛動力性，使兩個電機都工作在高效率區(qū)間，提高車輛經(jīng)濟性，還有利于整車布置。國內(nèi)外學者對動力耦合裝置研究現(xiàn)狀國內(nèi)外許多學者也都提出新的動力耦合機構構型并進行仿真分析。Son等[1]對輸入功率分配方式的單行星排動力耦合機構進行構型設計，通過分析得出串聯(lián)模式由于工作效率低而不能用于構型設計。Cheong等[2]提出了液態(tài)混合功率分流變速器，將優(yōu)化后的兩種功率分流方式運用實車參數(shù)進行仿真，結果表明優(yōu)化后將提升汽車燃油經(jīng)濟性以及減小電機尺寸等優(yōu)點。Li等[3]運用動態(tài)編程方法對動力耦合機構傳動比進行優(yōu)化分析，仿真結果表明該方法能有有效的運用于動力耦合機構設計中。Chmelicek等[4]提出了雙轉(zhuǎn)子動力耦合機構，并進行了理論分析和實驗驗證，結果表明工作效率能達到94%。Zhang等[5]通過對Prius和Volt兩種單行星排動力耦合機構進行分析，得出單行星排動力耦合機構通過添加離合器能夠產(chǎn)生12種不同構型，添加3個離合器能夠有4種不同工作模式。Mashadi等[6]提出一種動力耦合機構通過添加兩個離合器控制能夠?qū)崿F(xiàn)兩種功率分流方式模式，從而提升系統(tǒng)的工作效率。Miller[7]對實車運用的幾種動力耦合機構進行分析，得出串-并聯(lián)切換模式在動力耦合機構構型設計中具有一定的優(yōu)勢。目前，我國對行星齒輪式動力耦合裝置的研究還較少且多集中在控制策略的研究方面。葉紅朝等[8]通過分析多級2K－H型行星齒輪減速器的設計特點，提出用編程實現(xiàn)自動設計的構想，采用分層的方法建立了系統(tǒng)的結構框架，開發(fā)了軟件系統(tǒng)，對齒輪機構的設計具有較高的應用價值。鐘小帥[9]通過測繪工程機械中的挖掘機減速器，介紹了二級行星齒輪傳動結構，并分析計算其傳動比，驗算并模擬共用一個齒圈安裝的可能性，通過所測出的齒輪參數(shù)復核計算齒輪的結構尺寸，對行星齒輪傳動的理解、設計提供了指導性建議。何耀華等[10]依功率合成模式工作的無齒圈行星齒輪多動力源動力耦合機構為基礎，研究了混合動力電動汽車的工作模式、傳動比計算及機構的傳動特性，對有齒圈行星齒輪機構的研究及工作模式分析有重要指導意義。張碩等[11]說明了耦合系統(tǒng)的范圍，總結了傳統(tǒng)動力耦合系統(tǒng)的特性，并指出其優(yōu)缺點，預測了多動力耦合機構的發(fā)展趨勢，對動力耦合裝置的結構設計有一定的參考價值。朱福堂等[12]為了優(yōu)選出滿足要求拓撲特性的行星齒輪機構方案，采用創(chuàng)造性設計法，設計了一系列行星齒輪機構方案，并提出方案評價指標及評價方法，為HEV－PGCM后續(xù)設計與分析提供了參考方案。曾小華等[13]對動力耦合機構構型設計提出兩種不同方案，即行星齒輪機構類和差速器式，并對上述方案進行仿真分析，得出差速器式運用到動力耦合機構構型設計具有一定的可行性。王偉華等[14]通過運用杠桿法對動力耦合機構構型進行分析，并從多種構型中挑選出可行的構型方案，分析結果表明復合分流式在高速模式效率比較高，同時根據(jù)相應的機械點能夠很容易挑選出復合分流式構型。杜愛民等[15]提出一種單行星排動力耦合機構，通過添加兩個離合器和兩個制動器能夠?qū)崿F(xiàn)6種工作模式，并對工作模式切換策略進行了研究。步曦等[16]對行星齒輪機構進行分析并確立了計算行星齒輪機構特征參數(shù)的方法，對混合動力汽車的動力部件進行建模以及仿真計算。參考文獻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.葉紅朝，孫毅，屠立．多級2K－H行星減速器設計系統(tǒng)的開發(fā)［J］．機械設計與制造，2012(7):36－37．鐘小帥．從測繪行星齒輪減速器