并聯(lián)混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究?

鄧 濤，周 豪，唐 鵬

(1.重慶交通大學(xué)機(jī)電與車(chē)輛工程學(xué)院，重慶 400074； 2.城市軌道交通車(chē)輛系統(tǒng)集成與控制重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400074)

前言

隨著混合動(dòng)力汽車(chē)迅速發(fā)展，構(gòu)型成了各大汽車(chē)企業(yè)研究重點(diǎn)[1]。目前大多構(gòu)型是由傳統(tǒng)自動(dòng)變速器衍生發(fā)展而來(lái)，如利用桿逆向拆分方法對(duì)功率分流系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)型分析，從現(xiàn)有復(fù)合分配結(jié)構(gòu)獲得適用于混聯(lián)式所有結(jié)構(gòu)[2-3]；基于傳統(tǒng)4速變速器設(shè)計(jì)單電機(jī)混合動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)型[4]；針對(duì)單行星排混合動(dòng)力系統(tǒng)利用機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法獲得22種新的混聯(lián)混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)[5]。也有一些學(xué)者提出了一些創(chuàng)新構(gòu)型，如Tsai等人提出的單電機(jī)并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)新構(gòu)型[6-7]；謝天禮等人提出的多自由度行星齒輪拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[8-9]。然而上述構(gòu)型設(shè)計(jì)并未進(jìn)行全面分析，構(gòu)型的遞推方法缺乏理論支撐，且傳動(dòng)評(píng)價(jià)系統(tǒng)缺乏整體評(píng)價(jià)。

本文中以單電機(jī)并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)為研究對(duì)象，引入機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法[10]進(jìn)行構(gòu)型設(shè)計(jì)，從機(jī)械運(yùn)動(dòng)鏈方法出發(fā)，著重于構(gòu)型的設(shè)計(jì)過(guò)程，獲取多種并聯(lián)混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)創(chuàng)新構(gòu)型。

1 并聯(lián)式混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)分析

1.1 單電機(jī)并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)

單電機(jī)并聯(lián)混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)型如圖1所示，采用雙行星排2自由度行星齒輪耦合結(jié)構(gòu)，控制CL1和CL2與B1和B2，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)、電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)、混合驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)能量回收和怠速充電等模式之間的切換。其中，圖1(a)為朱福堂[4]提出的構(gòu)型，其功率流傳輸更為靈活，且發(fā)動(dòng)機(jī)功率可直接傳遞到傳動(dòng)軸上，避免了能量轉(zhuǎn)換損耗，但整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。圖1(b)為T(mén)sai[6-7]提出的構(gòu)型，其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，將電機(jī)與輸出行星排太陽(yáng)輪同軸連接，發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式的傳動(dòng)比變化接近于恒定值。

圖1 單電機(jī)并聯(lián)混合傳動(dòng)系統(tǒng)行星機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.2 機(jī)械拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析

在2自由度行星輪機(jī)構(gòu)中，連桿數(shù)量、轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)量與齒輪副數(shù)量之間的關(guān)系式為

式中：NJ為運(yùn)動(dòng)副數(shù)量；NJR為轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)量；NJG為齒輪副數(shù)量；NL為連桿數(shù)。7桿機(jī)構(gòu)并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)副、齒輪副和轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)量分別為10，4和6。

根據(jù)圖1，可將行星齒輪系統(tǒng)概括為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖2所示。它包含7大構(gòu)件：固定桿1，轉(zhuǎn)臂2，兩個(gè)行星輪3和6，太陽(yáng)輪4，齒圈5，第7構(gòu)件(第2行星排的齒圈、太陽(yáng)輪或轉(zhuǎn)臂中之一)。具有10個(gè)運(yùn)動(dòng)副：4個(gè)齒輪副(其中包括2個(gè)外齒副，2個(gè)內(nèi)齒副)，6個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。4個(gè)獨(dú)立構(gòu)件(兩個(gè)離合器CL1與CL2和兩個(gè)制動(dòng)器B1與B2)與固定構(gòu)件(齒輪箱)鄰接，其中至少一個(gè)構(gòu)件與發(fā)動(dòng)機(jī)連接，一個(gè)構(gòu)件與電機(jī)連接，一個(gè)構(gòu)件與輸出端連接。

圖2 單電機(jī)并聯(lián)混合傳動(dòng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

機(jī)械創(chuàng)新性設(shè)計(jì)方法[10]包括5個(gè)步驟：一般化、特定化、具體化、動(dòng)力輸入輸出分析和運(yùn)行模式分析，其流程如圖3所示。

2.1 一般化規(guī)則

根據(jù)圖1(b)構(gòu)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖和機(jī)械創(chuàng)新性設(shè)計(jì)一般化設(shè)計(jì)規(guī)則[10]，固定桿(構(gòu)件1)關(guān)聯(lián)著4個(gè)運(yùn)動(dòng)副，釋放并一般化為具有4個(gè)運(yùn)動(dòng)副的構(gòu)件，簡(jiǎn)稱(chēng)為4副件(以下的2副件、3副件同義)；轉(zhuǎn)臂(構(gòu)件2)與3個(gè)運(yùn)動(dòng)副關(guān)聯(lián)，一般化為3副桿；同理行星輪(構(gòu)件3，6)一般化為3副桿；太陽(yáng)輪(構(gòu)件4)一般化為3副桿；齒圈(構(gòu)件5)和第7構(gòu)件(第2行星排的齒圈)一般化為2副桿；固定桿與轉(zhuǎn)臂、固定桿與太陽(yáng)輪、固定桿與齒圈、轉(zhuǎn)臂與行星輪和固定桿與第7構(gòu)件(齒圈)之間運(yùn)動(dòng)副皆一般化為JR(轉(zhuǎn)動(dòng)副)；行星輪與太陽(yáng)輪之間的運(yùn)動(dòng)副一般化為JGo(外齒輪副)；行星輪與環(huán)齒輪(齒圈)之間的運(yùn)動(dòng)副、第7構(gòu)件與行星輪之間運(yùn)動(dòng)副一般化為JGi(內(nèi)齒輪副)。最后得到圖1(b)的運(yùn)動(dòng)鏈圖如圖4所示。

圖3 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)流程圖

圖4 一般化運(yùn)動(dòng)鏈圖

通過(guò)圖1(b)構(gòu)型拓?fù)鋱D的運(yùn)動(dòng)鏈分析得到7桿10運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)鏈，查詢一般化鏈圖譜[9]，得到(7，10)一般化鏈圖譜，如圖5所示。

2.2 設(shè)計(jì)約束分析

對(duì)圖1(b)的行星齒輪進(jìn)行結(jié)構(gòu)特性分析，可得到其設(shè)計(jì)約束[11]如下。

(1)固定桿(構(gòu)件1)

在每個(gè)行星齒輪機(jī)構(gòu)中必有一桿為固定桿；固定桿必須至少是一個(gè)4副桿；為避免機(jī)構(gòu)退化，固定桿不能包含在三桿回路中；除了行星齒輪，其余任何連接都必須與固定桿連接。

(2)轉(zhuǎn)臂(構(gòu)件2)

圖5 (7，10)一般化運(yùn)動(dòng)鏈圖譜

每1個(gè)行星輪都有轉(zhuǎn)臂支撐；轉(zhuǎn)臂機(jī)構(gòu)必須與和它鄰近的行星輪連接，同時(shí)與固定桿連接。

(3)行星輪(構(gòu)件3和6)

在行星齒輪機(jī)構(gòu)中需有2個(gè)單獨(dú)的行星輪；行星輪與固定桿不相鄰；1個(gè)行星輪至少有2個(gè)齒輪副和1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副(轉(zhuǎn)動(dòng)副與轉(zhuǎn)臂伴隨)，是一個(gè)多重連接；行星輪機(jī)構(gòu)不能包含在三桿回路中。

(4)太陽(yáng)輪(構(gòu)件4)

行星齒輪機(jī)構(gòu)中至少有1個(gè)構(gòu)件為太陽(yáng)輪；太陽(yáng)輪必須與固定桿和行星齒輪連接。

(5)齒圈(構(gòu)件5)

在行星齒輪機(jī)構(gòu)中必須有1個(gè)構(gòu)件為齒圈；齒圈必須與固定桿和行星齒輪連接；第7構(gòu)件可以為齒圈、太陽(yáng)輪或轉(zhuǎn)臂。

(6)轉(zhuǎn)動(dòng)副(JR)

通過(guò)計(jì)算，必須有6個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副；每一個(gè)構(gòu)件都必須至少有1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副；每1個(gè)與固定桿鄰接的運(yùn)動(dòng)副都必須為轉(zhuǎn)動(dòng)副；轉(zhuǎn)臂與行星輪之間的運(yùn)動(dòng)副為轉(zhuǎn)動(dòng)副；1個(gè)行星輪至少有1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副；轉(zhuǎn)動(dòng)副之間不能形成三桿回路。

(7)齒輪副(JG)

通過(guò)計(jì)算，必須有4個(gè)齒輪副，包括2個(gè)外嚙合齒輪副與2個(gè)內(nèi)嚙合齒輪副；太陽(yáng)輪與行星輪之間的運(yùn)動(dòng)副為外嚙合齒輪副；齒圈與行星輪之間的運(yùn)動(dòng)副為內(nèi)嚙合齒輪副；齒輪副之間也不可能形成三桿回路。

2.3 特定化分析

將一般化運(yùn)動(dòng)鏈根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行特定化以后，即成為特定化鏈，滿足設(shè)計(jì)約束的特定化鏈稱(chēng)為可行特定化鏈。分析所有構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)鏈的類(lèi)型，考慮其設(shè)計(jì)約束以獲得特定化鏈，步驟如下。

(1)分配接地連接(1)，至少為一個(gè)4重連接作為主框架，根據(jù)其它設(shè)計(jì)約束，只有3個(gè)廣義運(yùn)動(dòng)鏈滿足要求，分別是圖6中的(15)，(36)和(49)。

(2)分配行星齒輪(3，6)，根據(jù)上一步結(jié)果，考慮設(shè)計(jì)約束，得到其可行運(yùn)動(dòng)鏈A，B和C，如圖6所示。

(3)分配太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)臂(2)，根據(jù)設(shè)計(jì)約束得到a與b，如圖6所示。

(4)分配太陽(yáng)輪與齒圈(4，5)，根據(jù)上一步結(jié)果，考慮設(shè)計(jì)約束，得到可行運(yùn)動(dòng)鏈，分配剩余第7構(gòu)件。 得到 a(1)，a(2)和 a(3)與 b(1)，b(2)和b(3)，如圖6所示。

圖6 具體化過(guò)程

(5)分配轉(zhuǎn)動(dòng)副與齒輪副(外嚙合與內(nèi)嚙合齒輪副)，得到 α1-α16與 β1-β13，如圖 7所示。

通過(guò)特定化過(guò)程，且受限于設(shè)計(jì)約束，可以得到29種特定化鏈圖，去除其中同構(gòu)的特定化鏈，最終得到12種可行特定化鏈，通過(guò)逆序運(yùn)用一般化規(guī)則，將每一個(gè)可行特定化鏈具體化[12]，以獲得與其對(duì)應(yīng)的行星輪系的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，如圖8所示。

2.4 動(dòng)力輸入輸出分析

針對(duì)圖1，考慮到輸入源與輸出源的各種限制[5]，按照下列步驟分配動(dòng)力輸入輸出端。

(1)分配輸出端，行星齒輪機(jī)構(gòu)中需要一個(gè)構(gòu)件與輸出端連接，且為保持電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)時(shí)有較高的轉(zhuǎn)矩傳遞，輸出端至少要連接在一個(gè)轉(zhuǎn)臂上。

圖7 可行特定化鏈圖譜

圖8 7桿并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)行星機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

(2)分配電機(jī)，為在輸出軸上維持較高轉(zhuǎn)矩，電機(jī)軸只能連接齒圈或太陽(yáng)輪；如果兩個(gè)行星排的太陽(yáng)輪連接在一起，則必須連在電機(jī)上。

(3)分配發(fā)動(dòng)機(jī)，剩余的連接都可與發(fā)動(dòng)機(jī)連接，并要保證分配完其余動(dòng)力源。

其中共有12種具體結(jié)構(gòu)示意圖，由于種類(lèi)很多，故只選擇圖8中的(4)作下一步示例分析，得到16種動(dòng)力輸入輸出分配，如圖9所示。

圖9 動(dòng)力輸入輸出分配

受設(shè)計(jì)約束的限制，按照上述步驟進(jìn)行動(dòng)力源輸入輸出分配。第1步分配輸出端，得到4種結(jié)構(gòu)，如圖9 中(4-1)，(4-2)，(4-15)和(4-16)所示；第2步分配電機(jī)，得到8種帶有輸出端與電機(jī)結(jié)構(gòu)，如圖9中的(4-3)-(4-6)和(4-17)-(4-20)所示；第3步分配發(fā)動(dòng)機(jī)，將發(fā)動(dòng)機(jī)分配到剩余連接中，最后得到16種無(wú)離合器并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖9中的(4-7)-(4-14)和(4-21)-(4-28)所示。選取圖9中上半部分(4-7)-(4-10)和下半部分(4-21)-(4-24)共8種無(wú)離合器并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作下一步運(yùn)行模式分析。

2.5 運(yùn)行模式分析

基于并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)所需的各個(gè)運(yùn)行模式，須加入離合器與制動(dòng)器[13]，設(shè)計(jì)過(guò)程如下。

(1)電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式：此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不能直接連接傳動(dòng)系統(tǒng)，系統(tǒng)為1自由度，制動(dòng)器1用于控制系統(tǒng)，離合器1用于分離發(fā)動(dòng)機(jī)軸與傳動(dòng)系統(tǒng)。

(2)發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式：此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)連接傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)輸出軸，系統(tǒng)需為1自由度，需制動(dòng)器來(lái)控制，且由于每個(gè)系統(tǒng)都有幾種發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式，在一些運(yùn)行模式下電機(jī)甚至處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，因此須加入多個(gè)制動(dòng)器；其中制動(dòng)器2鎖止電機(jī)軸，制動(dòng)器3為保證進(jìn)行第2步時(shí)，系統(tǒng)為1自由度；當(dāng)每個(gè)系統(tǒng)中加入的離合器與制動(dòng)器滿足所有的運(yùn)行模式，多余的離合器與制動(dòng)器可以省略。

針對(duì)圖9中的(4-7)-(4-10)，按照動(dòng)力輸入輸出分配步驟，首先根據(jù)電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式安放離合器 1 與制動(dòng)器 1，得到(a1)，(a2)，(b1)，(b2)，(c1)，(c2)，(d1)和(d2)；然后根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式分析，安放離合器 2、制動(dòng)器 2和 3，得到(a3)，(a4)，(b3)，(b4)，(c3)，(c4)，(d3)和(d4)；由于離合器控制行星排自由度，單行星排只需1個(gè)制動(dòng)器，其余可省略，如(a3)中的B1與B3重復(fù)，即可省略B1，最后得到可行結(jié)構(gòu)為(a5)，(b5)，(c5)和(d5)，如圖10所示。

圖10 運(yùn)行模式管理分析

同理，針對(duì)圖9中(4-21)-(4-24)，進(jìn)行各個(gè)動(dòng)力源的分配，通過(guò)運(yùn)行模式分析，去除同構(gòu)類(lèi)型后最后得到了(e3)，(f5)，(g4)和(h3)4種可行構(gòu)型，如圖11所示。

將圖8中的12種可行傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖按照上述過(guò)程，通過(guò)輸入輸出分配、運(yùn)行模式的分析，合理地進(jìn)行輸入輸出和離合器與制動(dòng)器分配，最終可得132種單電機(jī)并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)型。

3 新構(gòu)型分析

選取圖11中(g4)作為示例，分析其合理性。通過(guò)離合器與制動(dòng)器狀態(tài)選擇，獲得電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)、混合驅(qū)動(dòng)、功率分流、制動(dòng)能量回收和怠速充電共6種模式，能量流動(dòng)如圖12所示。

單行星排為2自由度機(jī)構(gòu)，包含了齒圈(R)、太陽(yáng)輪(S)與轉(zhuǎn)臂(C)，當(dāng)其中某部分為固定連接時(shí)，單行星排輸出與輸入的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩關(guān)系式[14]如表1所示。

圖11 運(yùn)行模式管理分析

圖12 運(yùn)行模式下的能量流簡(jiǎn)圖

表1 單行星排輸入輸出的轉(zhuǎn)速比與轉(zhuǎn)矩比

3.1 電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式

B1接合，其余斷開(kāi)。電機(jī)與S2連接，單獨(dú)提供驅(qū)動(dòng)力，能量流動(dòng)如圖12(a)所示。輸入輸出轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩為

式中：ωoutput和 ωm分別為輸出端與電機(jī)的角速度；Toutput和Tm分別為輸出端和電機(jī)的轉(zhuǎn)矩；NR1和NS1分別為第一行星排中齒圈和太陽(yáng)輪的齒數(shù)。

3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式

(1)發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式1

B1和CL2接合，其余斷開(kāi)。發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)提供驅(qū)動(dòng)力，能量流動(dòng)如圖12(b)所示。輸入輸出轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩為

(2)發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式2

B1和CL1接合，其余斷開(kāi)。發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)兩級(jí)齒輪減速后來(lái)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛，且S1作為一個(gè)固定構(gòu)件，電機(jī)空轉(zhuǎn)，能量流動(dòng)如圖12(c)所示。輸入輸出轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩為

式中：ωe和Te分別為發(fā)動(dòng)機(jī)的角速度和轉(zhuǎn)矩；NR2和NS2分別為第二行星排中齒圈和太陽(yáng)輪的齒數(shù)。

(3)發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式3

CL1和CL2接合，其余斷開(kāi)。行星齒輪鎖止為單自由度裝置，發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，能量流動(dòng)如圖12(d)所示。輸入輸出轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩為

(4)發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式4

CL1和B2接合，其余斷開(kāi)。S2作為一個(gè)固定構(gòu)件，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，能量流動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖12(e)所示。輸入輸出轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩為

3.3 混合驅(qū)動(dòng)模式

(1)混合驅(qū)動(dòng)模式1

B1和CL2接合，其余斷開(kāi)。S1作為減速構(gòu)件，發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)同時(shí)提供驅(qū)動(dòng)力，能量流動(dòng)如圖12(f)所示。輸入輸出轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩為

(2)混合驅(qū)動(dòng)模式2

B1和CL1接合，其余斷開(kāi)。電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)各自提供驅(qū)動(dòng)力，能量流動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖12(g)所示。輸入輸出轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩為

(3)混合驅(qū)動(dòng)模式3

CL1和CL2接合，其余斷開(kāi)。電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛，能量流動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖12(h)所示。輸入輸出轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩為

3.4 功率分流運(yùn)行模式

中高速行駛時(shí)，只有CL1接合，其他斷開(kāi)。第2行星排作為一個(gè)功率分流裝置(2自由度)，一部分能量通過(guò)R2驅(qū)動(dòng)車(chē)輛，另一部分能量通過(guò)S2驅(qū)動(dòng)電機(jī)，此時(shí)電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，輸出速度通過(guò)控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與負(fù)載來(lái)控制，使之運(yùn)行在最佳區(qū)域，其能量流動(dòng)如圖12(i)所示。輸入輸出轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩為

3.5 制動(dòng)能量回收模式

(1)制動(dòng)能量回收模式1

B1接合，其余斷開(kāi)。此時(shí)所有能量通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能對(duì)電池進(jìn)行充電，發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)或怠速，能量流動(dòng)如圖12(j)所示。輸入輸出轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩為

(2)制動(dòng)能量回收模式2

B1和CL2接合，其余斷開(kāi)。電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)都提供制動(dòng)效果，能量流動(dòng)如圖12(k)所示。輸入輸出轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩為

(3)制動(dòng)能量回收模式3

B1和CL1接合，其余斷開(kāi)。電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)也都提供制動(dòng)效果，能量流動(dòng)如圖12(l)所示。輸入輸出轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩為

(4)制動(dòng)能量回收模式4

CL1和CL2接合，其余斷開(kāi)。此時(shí)行星齒輪結(jié)構(gòu)變成1自由度，電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)都提供制動(dòng)力，能量流動(dòng)如圖12(m)所示，輸入輸出轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩為

(5)制動(dòng)能量回收模式5

只有CL1接合，其余斷開(kāi)。此時(shí)為功率分流式充電模式，能量流動(dòng)如圖12(n)所示。輸入輸出轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩為

3.6 怠速充電模式

輸出軸用機(jī)械制動(dòng)固定，CL1或者CL2接合。發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，對(duì)電池充電，便于下次使用，太陽(yáng)輪S1空轉(zhuǎn)，能量流動(dòng)如圖12(o)所示。

4 結(jié)論

(1)從兩種單電機(jī)并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)出發(fā)，將其轉(zhuǎn)換為運(yùn)動(dòng)鏈形式，通過(guò)構(gòu)件數(shù)與運(yùn)動(dòng)副數(shù)量得到一般化運(yùn)動(dòng)鏈。

(2)根據(jù)設(shè)計(jì)約束，將一般化鏈具體化，分配各個(gè)構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，得到29種可行運(yùn)動(dòng)鏈圖，去除同構(gòu)類(lèi)型，轉(zhuǎn)化為具體結(jié)構(gòu)最終得到12種傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖。

(3)通過(guò)輸入輸出分析與運(yùn)行模式管理分析，從12種傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖中分配電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)和輸出軸，按照運(yùn)行模式約束分配離合器與制動(dòng)器。選取其中1種構(gòu)型進(jìn)行分析，得到了4種可行構(gòu)型。衍生到上述12種耦合結(jié)構(gòu)，獲得了132種構(gòu)型。

(4)選取其中1種新構(gòu)型驗(yàn)證其運(yùn)行模式和工作模式下的能量流動(dòng)，獲得15種離合器與制動(dòng)器狀態(tài)組合，并歸納為6種基本運(yùn)行模式：電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)、混合驅(qū)動(dòng)、功率分流、制動(dòng)回收和怠速充電。