功率分流式(PS)混动构型

2020-01-21 03:53:19 浏览: 663次 来源:亚博官网登陆 作者:

有段时间没更混动相关的话题了,之前楼主的几篇次要引见了混动的分类、构型和48V相关的。但混动这么多,从手艺的可靠性、成熟度及最主要的成本和节油结果来说,混动只要两种:一种是丰田混动,另一种是其他混动。这句话足以表现日本车企在混动方面的造诣,除了丰田,本田在这块也玩的蛮溜的,例如本田的i-MMD和i-DCD混动方案。在楼主《浅谈夹杂动力构型》那篇中,次要引见了P0~P4构型的混动系统,根基没涉及PS(功率分流式)的,由于PS跟我们常说的P0~P4构型仍是有很大差别的,而在PS这块,日本车企有着绝对的手艺劣势,如丰田的THS和本田的i-MMD都可归类于PS式,因而,这篇楼主想对THS和i-MMD这两种功率分流式的混动方案做些简单引见。

01

丰田THS

丰田混动系统从1997年第一代普锐斯推出到此刻已有四代(这里插播一段普锐斯的成长史,在第31届东京车展,普锐斯概念车初次推出;1997~2003年,第一代普锐斯;2003~2009年,第二代普锐斯;2009~2015年,第三代普锐斯;2015年至今,是第四代普锐斯)。搭载在第一代普锐斯的混动系统即为大名鼎鼎的THS(Toyota Hybrid System),后续因为这套混动系统不竭获得改良并被采用在其他车型上,如丰田、汉兰达、雷克萨斯上,因而后续版本都被称为Hybrid Synergy Drive(HSD),因而它有时也被称为THS II。

但不管这套系统若何改良,传动系统仍然具有不异的根基特征:系统由两个Motor Generator(别离是MG1和MG2)及行星齿轮系形成,行星齿轮系即为所谓的动力分派单位(PSD-Power Split Device);因而HSD作为丰田开辟的一套混动手艺,连系了电驱动和无极变速器,丰田也将配置HSD的车型号称为E-CVT配置,所谓的E-CVT即为上面所述的PSD。

THS最焦点的部件就是这个PSD,与保守变速箱比拟,这套PSD可能很是简单,但现实的结果却很是强大,可能正应验了那句越完满的工具就应越简单,苹果教主乔布斯的极简主义这恰是如斯。

如上图所示:这套PSD包罗外齿圈(Ring Gear)、行星齿轮架(Planet Carrier)和太阳齿轮(Sun Gear),外齿圈与MG2相连,太阳齿轮与MG1相连,行星架与内燃机相连,此中两个Motor Generator的属性如下:

PSD有四个可自在自转或公转的行星齿轮,当齿圈固定不动(泊车形态)时,若MG1带动太阳齿轮自转,可带动行星齿轮公转从而带动行星架动弹(即启动策动机过程)。

当行星齿轮自转,MG2带动齿圈正转,太阳齿轮可反转;反之,MG2带动齿圈反转时,太阳齿轮可正转。此外,当外齿圈与太阳齿轮同向动弹时,行星齿轮又可进行公转。细心研究后,你会发觉这套PSD的运作之美,而正因而巧妙的设想,才实现了策动机、电机和车轮之间互不干扰的运作,从而省去了离合器。最终的成果就是:这套PSD可如CVT一样实现无极变速,外齿圈、行星齿轮架及太阳齿轮三者之间的转速、扭矩及功率会具有如下特征关系:

PSD的传动比是若何计较的?各齿轮之间的转速关系又是若何推导出来的?对于这些问题,开初楼主也挺懵逼,但看了下面这个视频后就豁然开畅了。

通过上面这个视频,再按照这套THS固定的齿数(ZR=78 ZS=30),我们可获得彼此之间的传动等到转速关系,如下:

举个例子,当汽车以Hybrid模式工作行驶时,若车速为75,此时外齿圈、行星齿轮架(即策动机转速)和太阳齿轮三者的转速将会别离如下:

其次,当策动机运转时按照上面的公式,分派给太阳齿轮和外齿圈的扭矩也是必然的,别离是28%(1/3.6)和72%(2.6/3.6),只需策动机做功就不会改变此根基现实。因而在现实运作过程中,亚博官网登陆次要就是节制这三者之间的转速,最终可实现汽车的无极变速,但汽车外行驶时工况良多,虽然PSD在机械布局上会很简单,但节制策略却很是复杂。下面选几个工况代表性的说下这套THS的工作模式。

1、怠速充电模式

在泊车形态,若电池SOC过低需要进行充电时,此时MG1作为起动机将策动机启动;等策动机启动成功后MG1会转为发电模式,由策动机带动MG1进行发电为电池充电。

2、起步

在起步阶段,因为策动机工作在低效率区,因而不会参与车辆的起步,此时次要是MG2作为车辆前进的动力源。

3、策动机参与的工况

当在高速巡航或加快工况,策动机此时效率很高。其发生的能量一部门可用于驱动车辆,另一部门则可带动MG1,此时MG1可间接向MG2供给电能也可用于电池充电。

在策动机参与工作时,MG1和MG2的工作形态可分为如下三种环境:

3.1 Cruising: ICE Power

此时,ICE发生的功率一部门间接用于驱动车辆,另一部门将分派给MG1用于发电,MG1所发的电能间接供给MG2工作,MG2发出的力将加载到驱动轴上来辅助策动机驱动车辆。

3.2、Full Acceleration: ICE Power + Battery Power

当有大的加快需求,如爬陡坡等工况时,此时在3.1的根本上,额外需要电池供电给MG2利用来进一步提高此时的动力需求。

3.3 Cruising: ICE Power + Battery Charging

此工况也是在3.1的根本上,若此时电池SOC过低,同时又不需要更多额外动力,那么策动机发出的功率一部门将会间接用于驱动车辆,而另一部门则用于MG1发电,但MG1所发的一部门给MG2利用,另一部门则用于电池充电。

4、减速和制动工况

此时THS系统将会进行制动能量回收,当制动时,汽车的惯机能量将被转化为电能,此时MG2作为发电机为HV电池充电。

比拟第一代THS,后续的版本都是对之前的改良和加强,例如采用集成度更高、功率更高的电机,其次第一代和第二代外齿圈与车轮之间是通过链条传动,后续都改为减速齿轮等。总之系统改良上愈加紧凑和高效,楼主在此就不细致对比了,由于根基工作道理都是一样的,下面是目前的THS II的布局和形成:

02

本田i-MMD

本地步球梦愿景下,次要有三套混动系统:单电机的i-DCD、双电机的i-MMD和三电机的SH-AWD,并别离在低端、中端和高端车中利用。

本田i-MMD次要由一个驱动电机(即可作为驱动电机也可作为发电机)、一个发电机(次要作为发电机)和一个电动CVT形成。

本田i-MMD工作模式次要有三种:纯电动驱动模式(EV Drive Mode)、混动驱动模式(Hybrid Drive Mode)和策动机驱动模式(Engine Drive Mode),与THS比拟,虽都有混动驱动模式,但在i-MMD上,当车辆工作在混动驱动模式时,策动机只是驱动发电机给电池充电或间接驱动发电机给驱动电机用,现实的驱动仍然只是驱动电机,而THS在混动驱动模式下,策动机和MG2可配合出力驱动汽车;别的,THS没有纯策动机驱动模式。

EV Drive Mode:与策动机相连的离合器会脱开,电池给驱动电机供电,驱动电机担任驱动车辆行驶。

此中驱动电机的特征如下:

制动能量回收模式:在此模式下,,与策动机相连的离合器会脱开,驱动电机则工作在发电机模式进行制动能量的回收给电池充电。

Hybrid Drive Mode:在此模式下,与策动机相连的离合器会脱开,策动机驱动发电机给电机供电,只由驱动电机驱动车辆行驶(系统雷同于串联式),若发电机供给的电能高于驱动电机所需,则发电机遇把多余的电能用于给锂电池充电。当发电机供给的电能低于驱动电机所需时,额外的电能将由锂电池供给。

Engine Drive Mode:在此模式下,与策动机相连的离合器会连系,此时系统工作在并联混动模式下,车辆由策动机间接驱动,而电机则起到动力辅助或发电的感化,当车辆需要额外的扭矩输入时,该电机将起到动力辅助的感化,而当在减速制动时,则会回收能量用于给锂电池充电。

此外本田还有具有Pulg in配置的i-MMD

下图愈加细致的暗示了在分歧工况下,i-MMD分歧驱动模式间的切换。

从上图可看到EV Drive Mode次要在起步以及低速低负荷时会启用,以避免策动机因工作在低负荷区形成燃油经济性的下降。在低速巡航阶段也可能工作在Hybrid Drive Mode ,好比当以EV 模式持续工作在低速巡航阶段,电池电量会逐步被耗尽,此时需要启动策动机给电池充电。在从低速向高速急加快的阶段,会工作在混动模式,但此时驱动电机的所需的电能来自电池和策动机带动的发电机两者来配合供给,以满足急加快过程电机所需的能量。而在高速巡航阶段,因为策动机此时效率会很高,因而次要工作在Engine Drive Mode。

下图是i-MMD E/E架构图,从该图看的化仍是挺复杂的,整套系统最焦点就是其能量办理系统,该能量办理系统次要实现如下两个方针:

1、包管在车辆在所运转的每一个驱动模式下都能获得最高的燃油经济性。

2、为了最优的燃油经济性,使车辆在分歧的驱动模式间进行平顺的切换并包管优良的驾驶性。

03

总结

从道理上来看,THS和i-MMD两者都是把电驱系统作为中低负荷的次要驱动力,以规避策动机工作在燃油经济性很差的区间。可实现电机直驱、策动机带动充电或制动能量回收等常见模式下。但THS次要采用不带离合器的行星齿轮系进行策动机、电机和发电机三者之间的耦合,因而比拟带离合器的i-MMD,三者之间的协和谐切换愈加平顺。

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