摘要：本文從城市公交客車的實(shí)際使用工況入手,分析了目前市場(chǎng)上的混合動(dòng)力及純電動(dòng)公交車所采用的動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，介紹了一款新型的城市公交客車所用的混合動(dòng)力傳動(dòng)裝置。
ABSTRACT：Thispaperaccordingthecitybusactualcondition,analysesthecurrentlyonthemarkethybridandpureelectricbusthepowertransmissionmechanism,andintroducesanewtypeofhybridtransmission.
關(guān)鍵詞：城市公交工況混合動(dòng)力客車典型混合動(dòng)力系統(tǒng)介紹新型混合動(dòng)力傳動(dòng)裝置
1、城市公交客車的典型工況介紹
1.1、車輛低速、低檔、大扭矩、怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間多：
平均車速：平時(shí)15～25km/h；高峰期10km/h左右；
最高車速：≤65km/h；
怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比例：21～45％；
使用頻率：0～5km/h占30～36％；
5～25km/h占38～43％，
30～60km/h占14.6～23%；
駕駛員經(jīng)常使用低檔起步、加速，發(fā)動(dòng)機(jī)常處于大扭矩區(qū)域工作；
1.2、頻繁起步、換檔、制動(dòng)、分離：
據(jù)調(diào)查研究統(tǒng)計(jì)：駕駛員平均每天換檔2000~3000次；
離合器平均每天分離2000～3300次。
1.3、公交線路實(shí)際運(yùn)營情況介紹：
1.4、小結(jié)
正因?yàn)槌鞘泄豢蛙嚨倪@種典型工況，使得整車的燃油消耗高，運(yùn)營成本高，對(duì)能源的消耗大，對(duì)環(huán)境的污染大，因此國家大力推行各種節(jié)能減排的項(xiàng)目，這也就使得各種新型的可以達(dá)到節(jié)能減排目的的車輛如雨后春筍般快速發(fā)展起來，特別是在目前電池技術(shù)不過關(guān)的前提下，混合動(dòng)力客車迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇；
2、混合動(dòng)力客車傳動(dòng)裝置介紹
2.1混合動(dòng)力客車能量回收釋放原理介紹
混合動(dòng)力原理圖
混合動(dòng)力客車的原理即：充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)區(qū)域，使整車更多的處于此區(qū)域工作，同時(shí)通過能量存儲(chǔ)裝置，適時(shí)釋放和回收能量，協(xié)助整車運(yùn)行，達(dá)到節(jié)省燃油的目的。
2.2、混合動(dòng)力系統(tǒng)的分類
根據(jù)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的聯(lián)結(jié)方式，混合動(dòng)力系統(tǒng)主要分為以下三類：
一是串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)。串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)一般由內(nèi)燃機(jī)直接帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，產(chǎn)生的電能通過控制單元傳到電池，再由電池傳輸給電機(jī)轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，最后通過變速機(jī)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)汽車。電池對(duì)在發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的能量和電動(dòng)機(jī)需要的能量之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而保證車輛正常工作。這種動(dòng)力系統(tǒng)在城市公交上的應(yīng)用比較多；
二是并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)。并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)有兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。兩個(gè)系統(tǒng)既可以同時(shí)協(xié)調(diào)工作，也可以各自單獨(dú)工作驅(qū)動(dòng)汽車。這種系統(tǒng)適用于多種不同的行駛工況，尤其適用于復(fù)雜的路況。該聯(lián)結(jié)方式結(jié)構(gòu)簡單，成本低；
三是混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)。混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)的特點(diǎn)在于內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各有一套機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，兩套機(jī)構(gòu)或通過齒輪系，或采用行星輪式結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，從而綜合調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)與電動(dòng)機(jī)之間的轉(zhuǎn)速關(guān)系。與并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)相比，混聯(lián)式動(dòng)力系統(tǒng)可以更加靈活地根據(jù)工況來調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)的功率輸出和電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。此聯(lián)結(jié)方式系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。
2.3、國內(nèi)外主要混合動(dòng)力介紹
目前，混合動(dòng)力客車的系統(tǒng)供應(yīng)商有美國EATON公司、美國Allision公司、廣西玉柴股份有限公司（上海交大）、蘇州綠控（清華大學(xué)）、福工混合動(dòng)力技術(shù)開發(fā)有限公司、天津松正、東風(fēng)電動(dòng)、一汽客車、深圳中環(huán)動(dòng)力、南車時(shí)代等。
其中，福工系統(tǒng)、松正系統(tǒng)、中環(huán)動(dòng)力采用的無變速器結(jié)構(gòu)的混合動(dòng)力系統(tǒng)；美國EATON公司、美國Allision公司、廣西玉柴股份有限公司（上海交大）、蘇州綠控（清華大學(xué)）、東風(fēng)電動(dòng)、一汽客車都采用了具有自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)的混合動(dòng)力系統(tǒng)。
2.4、混合動(dòng)力系統(tǒng)典型傳動(dòng)裝置的介紹：
2.4.1、EATON混合動(dòng)力系統(tǒng)介紹
美國EATON系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2.4.1.1、EATON系統(tǒng)搭載整車的基本配置表(以福田為例)
2.4.1.2、EATON系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)
●基于離合器后、變速器輸入軸的動(dòng)力耦合系統(tǒng)
●能提供傳統(tǒng)純發(fā)動(dòng)機(jī)行駛模式——有利于增加運(yùn)行可靠性
●能夠?qū)崿F(xiàn)車輛電動(dòng)起步——有利于提高節(jié)油率，減小起步噪聲
●結(jié)構(gòu)緊湊——有利于在低入口車輛中，布置油箱與尾氣后處理裝置
●無離合與換擋操作——有利于提供駕駛的舒適性
●配備強(qiáng)制手動(dòng)換擋操作——有利于車輛的可靠性
2.4.1.3、EATON混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)裝置AMT介紹
EATON混合動(dòng)力系統(tǒng)的變速器采用的是EATON公司自己生產(chǎn)的6速電控機(jī)械式自動(dòng)變速器，如下圖所示：
此變速器的特點(diǎn)電控電動(dòng)的AMT變速器，離合器和選換檔由混合動(dòng)力控制系統(tǒng)控制，自動(dòng)完成離合器操縱及選換擋操縱；同時(shí)具有強(qiáng)制手動(dòng)換擋操作模式，使車輛具有“跛行”回家的功能。
國內(nèi)與此結(jié)構(gòu)類似的系統(tǒng)供應(yīng)有玉柴、南京綠控等主要廠家，所采用的變速器均為電控機(jī)械式AMT變速器或已全部改為AMT變速器，兩家的AMT變速器具有一個(gè)共同特點(diǎn)，都選用了天津中德牌變速器。
2.4.2、美國Allision系統(tǒng)介紹
Aliision系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2.4.2.1、Allision系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)
●“真正的”雙模式雙電機(jī)的系統(tǒng)耦合方案，體現(xiàn)為：雙工作模式、雙電機(jī)、雙離合器、單行星排變速機(jī)構(gòu)，是當(dāng)前技術(shù)水平最先進(jìn)的混合動(dòng)力系統(tǒng)之一；
●能夠?qū)崿F(xiàn)無限多個(gè)速比，具有相當(dāng)CVT的功能，使得車輛具有優(yōu)異的連續(xù)平順的加速能力；
●動(dòng)力系統(tǒng)效率高，在不同的工況下運(yùn)行，能夠?qū)崿F(xiàn)23~43%的節(jié)油率；
●兩個(gè)電機(jī)的額定功率均為：100kW；
●傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為帶有濕式離合器的多個(gè)單行星齒輪機(jī)構(gòu)變速器；
●采用鎳氫電池
——額定電壓：DC600V；電壓范圍：DC430~900V；
——總質(zhì)量：437kg，儲(chǔ)能量：12kW*h；
此系統(tǒng)的動(dòng)力傳動(dòng)裝置非常新穎，它將電機(jī)、離合器、行星排集成到一起，簡化了原來電機(jī)和變速器分開布置的方案，使傳動(dòng)裝置更緊湊、適應(yīng)范圍更廣；同時(shí)其節(jié)能減排效果非常明顯。
2.5、各混合動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)分析
串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置簡單，但傳動(dòng)效率過低；并聯(lián)結(jié)構(gòu)傳動(dòng)效率高，但不能控制發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)工作轉(zhuǎn)速；混聯(lián)式結(jié)構(gòu)克服了串聯(lián)和并聯(lián)的缺點(diǎn)，綜合性能好。但混聯(lián)式機(jī)構(gòu)同樣存在缺陷：典型的混聯(lián)結(jié)構(gòu)傳動(dòng)裝置由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和行星齒輪機(jī)構(gòu)組成，以行星齒輪機(jī)構(gòu)作為動(dòng)力耦合和分配裝置，可為車輛提供純電動(dòng)、混聯(lián)驅(qū)動(dòng)兩種驅(qū)動(dòng)模式，這種結(jié)構(gòu)存在如下問題：a、發(fā)動(dòng)機(jī)不能始終在經(jīng)濟(jì)區(qū)工作；b、車輛起步用離合器或液力變矩器，效率低；c、電動(dòng)發(fā)電機(jī)的電能流動(dòng)大，效率低；d、電池只作為提供動(dòng)力的原能量，不能平衡發(fā)動(dòng)機(jī)功率；
基于以上的介紹分析，我公司推出了一種新型的混合動(dòng)力傳動(dòng)裝置，繼承了混聯(lián)結(jié)構(gòu)混合動(dòng)力傳動(dòng)裝置的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)解決了混聯(lián)結(jié)構(gòu)傳動(dòng)裝置的一些缺點(diǎn)，意義重大。
3、中德新型混合動(dòng)力傳動(dòng)裝置介紹：
3.1、結(jié)構(gòu)布置：
此傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)包括發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)（E1）、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)（E2）、離合器C1、離合器C2、制動(dòng)器B1、制動(dòng)器B2、復(fù)合行星齒輪機(jī)構(gòu)（也稱拉維納式行星齒輪機(jī)構(gòu)）、逆變器、電池和電控裝置。
電動(dòng)/發(fā)電機(jī)E1與拉維納行星齒輪機(jī)構(gòu)大太陽輪t1相連，離合器C1與拉維納行星齒輪機(jī)構(gòu)小太陽輪t2相連，電動(dòng)/發(fā)電機(jī)E2與離合器C1和離合器C2相連，制動(dòng)器B2與電動(dòng)/發(fā)電機(jī)E1相連，制動(dòng)器B1與拉維納行星齒輪機(jī)構(gòu)的行星架j相連，電池通過逆變器與電動(dòng)/發(fā)電機(jī)E1和電動(dòng)/發(fā)電機(jī)E2相連。
3.2、可實(shí)現(xiàn)的工作模式介紹：
純電動(dòng)工作模式一介紹：通過控制離合器C2分開、離合器C1分開、制動(dòng)器B2分開、制動(dòng)器B1接合、發(fā)動(dòng)機(jī)停止，控制電動(dòng)/發(fā)電機(jī)E1以電動(dòng)機(jī)方式運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)該新型混合動(dòng)力傳動(dòng)裝置的純電動(dòng)工作模式；
純電動(dòng)工作模式二介紹：通過控制離合器C2、分開、離合器C1接合、制動(dòng)器B2分開、制動(dòng)器B1接合、發(fā)動(dòng)機(jī)停止，控制電動(dòng)/發(fā)電機(jī)E1以電動(dòng)機(jī)方式運(yùn)行，控制電動(dòng)/發(fā)電機(jī)E2以發(fā)電機(jī)方式運(yùn)行，電動(dòng)/發(fā)電機(jī)E2發(fā)的電通過逆變器給電動(dòng)/發(fā)電機(jī)E1供電，實(shí)現(xiàn)新型混合動(dòng)力傳動(dòng)裝置的純電動(dòng)工作模式二；
混合驅(qū)動(dòng)工作模式介紹：通過控制離合器C2結(jié)合、離合器C1接合、制動(dòng)器B2分開、制動(dòng)器B1接合、發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)并在定工況下工作，控制電動(dòng)/發(fā)電機(jī)E1以電動(dòng)機(jī)方式運(yùn)行，控制電動(dòng)/發(fā)電機(jī)E2以發(fā)電機(jī)方式運(yùn)行，電動(dòng)/發(fā)電機(jī)E2發(fā)的電通過逆變器給E1供電，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過驅(qū)動(dòng)E2發(fā)電和驅(qū)動(dòng)拉維納行星齒輪機(jī)構(gòu)小太陽輪t2，實(shí)現(xiàn)新型混合動(dòng)力傳動(dòng)裝置的混合驅(qū)動(dòng)工作模式；
串聯(lián)工作模式介紹：通過控制離合器C2接合，離合器C1分開、制動(dòng)器B2分開、制動(dòng)器B1接合、發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)在定工況下驅(qū)動(dòng)E2發(fā)電，控制電動(dòng)/發(fā)電機(jī)E1以電動(dòng)機(jī)方式運(yùn)行，控制電動(dòng)/發(fā)電機(jī)E2以發(fā)電機(jī)方式運(yùn)行，此時(shí)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)E2給電動(dòng)/發(fā)電機(jī)E1供電，實(shí)現(xiàn)新型混合動(dòng)力傳動(dòng)裝置的串聯(lián)工作模式；
功率分流工作模式介紹：通過控制離合器C2接合、離合器C1接合、制動(dòng)器B2接合、制動(dòng)器B1分開、發(fā)動(dòng)機(jī)在定工況下運(yùn)行，動(dòng)力一部分給拉維納行星齒輪機(jī)構(gòu)的小太陽輪t2，另一部分驅(qū)動(dòng)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)E2以發(fā)電機(jī)方式運(yùn)行，平衡發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)新型混合動(dòng)力傳動(dòng)裝置的功率分流工作模式；
3.3、該新型混合動(dòng)力傳動(dòng)裝置的優(yōu)點(diǎn)：
●電能流動(dòng)少提高了混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)效率；
●采用了4個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)5種驅(qū)動(dòng)模式，以適應(yīng)車輛不同行駛工況的動(dòng)力需求；
●實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)兩個(gè)電機(jī)可同時(shí)參與驅(qū)動(dòng)；
●傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為帶有濕式離合器的復(fù)合行星齒輪變速機(jī)構(gòu)（也稱拉維納式行星齒輪機(jī)構(gòu)）；
●具有與CVT相當(dāng)?shù)墓δ埽沟密囕v具有優(yōu)異的連續(xù)平順的加速能力；
●動(dòng)力系統(tǒng)傳動(dòng)效率高，實(shí)現(xiàn)較高的節(jié)油率；
●采用了DCT變速器上選用的空心軸結(jié)構(gòu)；
●動(dòng)力輸入部分采用干式離合器，布置簡單；
●車輛在高速行駛時(shí)，可實(shí)現(xiàn)由發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，電機(jī)可用來平衡發(fā)動(dòng)機(jī)的功率；
3.4、適用范圍介紹
此結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)裝置，如果選擇不同的發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)，可以適用于10m到14m及BRT等各式城市公交混合動(dòng)力及純電動(dòng)車輛，前景廣闊。
3.5、制造難點(diǎn)分析
●復(fù)合行星齒輪機(jī)構(gòu)的研制；
●空心軸類零件的加工；
●電控系統(tǒng)的開發(fā)驗(yàn)證；
●可靠的電池及管理系統(tǒng)的開發(fā)；
4、結(jié)束語
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)汽車整車及零部件行業(yè)越來越多的人士認(rèn)識(shí)到混合動(dòng)力客車傳動(dòng)裝置的重要性，對(duì)于汽車變速器廠家而言，深刻理解混合動(dòng)力客車的結(jié)構(gòu)，尤其是其傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)，并應(yīng)用已經(jīng)成熟的理論及新的變速器的開發(fā)理念，能夠推動(dòng)整個(gè)變速器行業(yè)及整車技術(shù)的快步向前發(fā)展。
天津中德傳動(dòng)有限公司提出的新型混合動(dòng)力傳動(dòng)裝置，結(jié)構(gòu)比較新穎，理論計(jì)算結(jié)果喜人，可以適用混合動(dòng)力城市公交工況，它的成功開發(fā)，意義重大。