2.2 油電混合動力汽車構型方案與特點
盡管純電動汽車是理想的交通工具,但是純電動汽車的能量源——電池,具有比質量大、比價格高的缺點。電池的成本、壽命和質量限制了電動汽車的發展。車載動力電池用量依續駛里程而定。然而,電池的質量會導致汽車整車質量增加,汽車自重增大又需要增加電池用量,而電池過重又會造成電動汽車性價比的惡性循環,這限制了純電動汽車的普及。目前,最為實用的新能源汽車是混合動力汽車。通常所說的HEV就是其中最為常見的油電混合動力汽車。
日本、美國、歐洲各大汽車公司自20世紀90年代就紛紛開始研制混合動力汽車。日本豐田公司率先于1997年12月將混合動力型轎車Prius投放該國市場,2000年初又開始在北美市場銷售,并將月產量由1000輛增加到了2000輛,Prius轎車在三年內累計銷售了4.5萬輛,產品出現了供不應求的局面。豐田公司的這一成功引起了全球汽車廠商的關注,各大汽車廠商也不甘示弱,紛紛出資研發混合動力汽車。豐田公司董事長(社長)奧田宣稱,該公司未來所有的汽車均將采用混合動力技術,豐田公司的產品專家也稱混合動力技術并非權宜之計,其技術壽命將與傳統內燃機一樣長。國內外汽車專家普遍看好混合動力技術的前途,由此可見混合動力汽車已經得到了廣泛認可。在日本,傾心于混合動力技術的不止豐田一家汽車廠商。本田、日產等大公司也都研制了自己的混合動力汽車,并取得了驕人的成績,其中本田公司已投產的混合動力汽車Insight,被美國環保總署評為2001年美國十大節能汽車的第一名,第二名則為豐田公司的Prius混合動力汽車。
在2014年北京國際車展上,賓利公司公開了一款混合動力概念車Hybrid Concept,該車是賓利公司第一款混合動力車型。賓利公司將于2017年推出搭載插電式混合動力系統的SUV車型,到2019年底,將有超過90%的在產車型提供插電式混合動力版本。參加2014北京車展的混合動力汽車還有比亞迪的“唐”、上汽榮威550、大眾XL1和高爾夫GTE、三菱XR-PHEV和GC-PHEV等。以生產跑車而聞名的保時捷也顯示出了對混合動力汽車的興趣,保時捷Panamera S E_Hybrid混合動力汽車也已經上市。
目前,已有多款國產混合動力汽車研制成功。于2010年3月上市的比亞迪F3DM雙模電動汽車,可在純電動和混合動力兩種模式之間自由切換,輸出功率達到了125kW,其發動機排量為998m L。吉利MR7100BH4混合動力汽車采用排量為997m L的發動機,電池總容量為52.5A·h,最高車速達150km/h。一汽奔騰B70HEV采用發動機、儲能裝置和電動機作為混合動力源,采取適當的控制策略,使發動機工作在高效率、低排放區域,其油耗達到了6.0L/100km,相比同類傳統內燃機汽車節油42.8%。
混合動力汽車所具有的特點可以總結為以下幾點。
①能量轉換效率高。與傳統內燃機汽車相比,由于具有多種動力源,混合動力汽車的能量轉換效率明顯優于傳統汽車。例如新型的混合動力電動汽車Prius在動力性上完全能夠和同級別汽油機轎車相媲美的情況下,百公里油耗要比同類車低一半。
②噪聲低。由于混合動力汽車在某些情況下可以使用儲存的電能作為動力來源,此時汽車如純電動汽車一樣運行,避免了發動機與部分機械傳動噪聲;汽車運行平穩,振動小,更加安靜。在啟動發動機的過程中,通過合理的控制策略能夠實現發動機的平穩啟動。
③動力源功率要求低。由于混合動力汽車具有多個動力源,各動力源能夠同時驅動汽車,所以在同等動力性要求下,混合動力汽車各動力源的功率要求要小于傳統汽車。其明顯優勢就是能夠減小發動機尺寸、提高發動機運行時的負荷率。
④有利于減少“熱島效應”。“熱島效應”是指一個地區的氣溫高于周圍地區的現象。內燃機中燃燒后釋放的氣體溫度要遠遠高于周圍大氣的溫度,排出廢氣散發的熱量將使周圍大氣溫度升高,從而加劇了大中城市的“熱島效應”;而混合動力汽車的熱效率較傳統內燃機車要高許多,排放少,因此有利于降低城市中的“熱島效應”,提高城市環境質量。
⑤有助于環境保護。由于混合動力汽車有多種動力源,在市區內可以僅使用儲存的電能實現零排放,即便使用汽油或柴油等燃油,其有害物質排放也要比傳統內燃機汽車低。因此,對環境保護起到一定積極作用。
⑥可回收部分制動能量。對混合動力汽車來說,可通過控制策略利用再生工作模式收集汽車在減速、下坡或制動時的動能,將其儲存起來,并在必要時用來驅動汽車,從而增加汽車的續駛里程、提高經濟性。
⑦有效改善汽車依賴能源的單一性。混合動力汽車可以使用兩種或兩種以上的能源,并且可通過再生制動回收汽車的慣性能,改善了能量來源結構。
混合動力汽車有不同的分類方法,按照電能與傳統能量在運行過程中所占比例,可分為弱混合、中混合和重混合動力汽車;而從整車動力系統的結構不同進行分類,又可分為串聯式、并聯式、混聯式混合動力汽車。
2.2.1 串聯式
串聯混合方式是混合動力汽車的一種基本構型,其驅動系統之間是通過能源聯合,而非機械動能的聯合,其特點可描述如下。
①驅動輪只由電動機驅動,發動機與驅動輪之間無直接的機械連接。
②是一種能源的混合。
③汽車上具有兩個或兩個以上的能量源。
(1)結構特點
串聯式混合動力汽車由發動機、發電機和電動機三大主要部件組成。這三個動力源通過串聯的方式連接在一起,其結構原理如圖2-11所示。發動機僅用于驅動發電機發電,并不直接驅動汽車。發電機所發出的電能供給電動機來驅動整車行駛或者存儲于動力電池中。驅動系統中只有一種能量傳輸路線。

圖2-11 串聯式混合動力汽車
發動機和發電機組成一個能量轉化系統,將化學能轉化為電動機需要的電能。當發動機輸出的功率超過汽車行駛所需要的功率時,多余的能量被用來向動力電池充電。必要時使用動力電池向電動機供電,驅動汽車行駛。在串聯式混合動力汽車中,只有電動機直接與驅動軸機械連接,而發動機與驅動軸之間無直接的機械相連,電動機直接驅動是唯一的驅動模式。這就使發動機從路面負荷中解耦出來,能夠在很大程度上減少發動機工作區間的變換頻率,使控制發動機的工作狀態變得相對容易,發動機可以經常保持在穩定、高效、低污染的工作區間。但是,發動機輸出的機械能由發電機轉化為電能,再由電動機將電能轉化為機械能用以驅動汽車,經過兩次能量轉換,中間伴隨著能量的損失,其能量利用率偏低。
由于斷開了主動力源與驅動系統的機械連接,主動力源的工作狀態與整車的速度和加速度之間已無直接的關系。這帶來的結果:首先,熱機不再僅僅局限采用傳統的往復活塞式內燃機,在這里可以選擇燃氣輪機或斯特林發動機(熱氣機)等;其次,熱機的工作范圍可以自由選定,而不再需要考慮提供寬廣的工作區。串聯式混合動力汽車適用于市內常見的頻繁起步、加速、怠速和低速運行工況。但它的三個動力總成(發動機、發電機、電動機)會使系統總布置困難并令成本增加。因此,一般只有在兩種情況下才會選用串聯式混合動力傳動系統布置方案:用于驅動汽車的能量絕大部分來源于動力電池,發動機僅用于增加電動車輛的續駛里程;發電機和電動機的綜合效率達到或超過傳統車輛動力傳動系統的水平。
串聯式系統各動力源的功率較大、外形大、質量也很大,不適合在中小型汽車上使用,主要用于城市大客車。
串聯式混合動力汽車的結構特點,決定了此種構型驅動系統具有以下幾種驅動模式。
①純電動模式 這里所說的純電動模式是指發動機不啟動。在車輛負荷較小、電池電量充足的情況下,動力電池單獨向電動機供電以驅動車輛行駛,此時實現了零排放。其能量流動如圖2-12所示。

圖2-12 串聯純電動模式能量流動
②串聯驅動模式 車輛負荷較大,但是車輛所需的驅動功率又不超過發動機的最大功率時,此時由發動機帶動發電機發電,將電能提供給電動機驅動車輛。由于發電機產生的電能直接流向電動機,所以這一傳遞路徑的效率要高于經過電池再輸入到電動機的效率。這一工作模式下的能量流動如圖2-13所示。

圖2-13 串聯發動機單獨驅動模式
③聯合驅動模式 車輛在加速、爬坡、大負荷運行等工況下,發動機帶動發電機產生的電能直接流向電動機,不經動力電池,同時動力電池也向電動機供電。此時,混合動力汽車的動力性達到最大。其能量流動如圖2-14所示。

圖2-14 串聯聯合驅動模式
④制動能量回收模式 當汽車以較低車速減速或者制動時,汽車工作于制動能量回收模式。此時電動機工作于發電機模式,將汽車的動能轉化為電能存儲在動力電池中,以在必要時釋放出來驅動汽車行駛。此種工作模式下的能量流動如圖2-15所示。

圖2-15 串聯制動能量回收模式
(2)應用實例
串聯式混合動力客車的特點在于發動機可以穩定地工作在某一理想區域,在動力性上與傳統汽車相當,但在燃油經濟性和排放性能方面則具有明顯改善。2006年,由福田汽車公司與美國伊頓公司合作開發的串聯混合動力客車產品,在北京城市車輛展示會上亮相,該車能夠滿足歐Ⅴ排放標準,獲得了“混合動力推薦車型獎”。由天津清源電動車輛有限責任公司研發的混合動力客車,采用串聯全混合驅動方式,系統中的輔助動力單元采用了雙變量可控主動控制負荷輸出方式,有效避免了系統動力部件啟動和負載變化過程中的動力沖擊。圖2-16所示為中通客車公司研發的串聯混合動力客車,該車是“十五”期間國家“863”計劃取得的成果,比常規車型節能30%,排放指標達到歐Ⅳ排放標準,在純電動行駛的情況下,能達到零排放。

圖2-16 中通串聯式混合動力客車
由于城市私家車數量太多,造成了交通擁堵并且排放的尾氣嚴重污染大氣,所以人們普遍提倡公交車,倡導綠色出行。而大型客車、公交車排量較大,排放的尾氣較多,會嚴重污染城市空氣,世界各國政府都致力于嚴格限制客車排放,努力發展新型客車。國外對混合動力公交客車的研究已經有很長的時間,國外眾多汽車廠商已經積累了很多成功經驗。由柴油發動機、發電機、鎳氫電池組和交流感應電機組成的串聯混合動力系統,是目前串聯混合動力城市客車普遍采取的方案。最為典型的是在紐約投入示范運行的Orion BusⅥ客車、Nova Bus客車和AVSHybrid BUS客車。
圖2-17所示為LMCS(Lockheed Martin Control Systems)公司和Orion Bus Industry公司聯合開發的Orion-LMCSBusⅥ型低地板混合動力客車,該樣車已在紐約地區完成示范運行。圖2-17中,A為控制系統(PCS),采集駕駛員輸入和混合動力部件的數據,控制各部件的功率輸出;B為發動機,在PCS控制下以幾乎恒定的轉速工作,驅動發電機;C為發電機,在PCS控制下對電池組和電動機提供電能。D為電池組,在PCS控制下接收儲存發電機產生的以及再生制動回收的電能,并在加速或爬坡時將電能供給電動機;E為電動機,在PCS控制下輸出轉矩驅動車輛行駛,再生制動時作為發電機回收減速能量并對電池組進行充電。

圖2-17 Orion-LMCS Bus Ⅵ串聯混合動力客車
2.2.2 并聯式
并聯式也是混合動力汽車的一種基本結構。與串聯式混合動力汽車不同的是,串聯式是基于能量源的聯合,而并聯驅動系統是基于汽車傳動系統的聯合,即動力源之間通過機械方式聯合,可以使用單一或者同時使用各動力源驅動汽車行駛。這一構型具有以下特點。
①是基于動力傳動系統的混合。
②整車可以由兩個或者更多的動力源共同驅動。
③每個傳動系統必須至少有一個動力源,并可以單獨驅動汽車行駛。
(1)結構特點
并聯式混合動力驅動系統中,發動機和電動機通過動力耦合裝置同時與驅動軸連接,按照動力源之間的連接關系不同分類,并聯式混合動力汽車構型可以分為驅動力結合式、單軸轉矩結合式、雙軸轉矩結合式和轉速結合式等幾種,這幾種構型的結構如圖2-18所示。發動機與電動機相互獨立,車輛既可以單獨由一種動力源驅動行駛,也可以由兩者共同驅動行駛。并聯式混合動力系統中的電動機用來平衡發動機所受載荷,以使其工作于高效率區間,系統中采用的發動機和電動機的功率一般較小。當汽車需求的驅動轉矩較小時,如低速低負荷行駛,此時如果啟動發動機,其負荷率較低,燃油經濟性會比較差,此時即可以關閉發動機,只使用電動機來驅動汽車行駛。或者電動機作為發電機工作,以提高發動機負荷率,使發動機工作在高效率區間,同時給動力電池充電以備后用。并聯式混合動力汽車的發動機直接與驅動軸相連,能量利用效率較高。但是,當汽車行駛工況復雜時,發動機就會較多地運行在不良工況下,燃油經濟性和排放性能便會下降。

圖2-18 并聯式混合動力汽車
并聯式結構具有以下明顯優點。
①電池組容量相對較低,動力電池的質量和成本也就相應比較低。
②通過優化控制策略,可使內燃機以機械方式直接驅動車輛,這一傳遞路徑減少了能量多次轉換所造成的損失,使整車效率得到提高。
③當車輛所需功率較大,內燃機工作狀況惡化時,由動力電池及電動機通過向車輛提供瞬時大功率來避免發動機工作區域的大幅變化,使發動機穩定工作于經濟區域。
與串聯式相比,在并聯式結構中發動機的工況變化較大,所以并聯式的排放較串聯式要差。與串聯式混合動力汽車不同,并聯式混合動力汽車具有兩套驅動系統,兩者既可以分別單獨驅動車輛,又可以聯合驅動車輛。車輛由不同的系統驅動時,具有不同的工作效率區間。并聯式混合動力汽車的工作模式及能量流動有多種不同形式,其工作模式可以分為以下幾種。
①純電動模式 當車輛起步或者低速行駛時關閉發動機,此時用動態特性好的電動機單獨驅動汽車,能夠使發動機避開低效、高排放量的工作區,因而可使整車燃油經濟性得到提高并降低排放量。純電動工作模式下能量流如圖2-19所示。

圖2-19 并聯式純電動模式
②發動機單獨驅動模式 當車輛以高速平穩運行時,或者行駛在城市郊區等排放要求不高的地方,可由發動機單獨工作驅動車輛。在這種工作模式下,發動機工作在高效區,燃油經濟性好,發動機直接驅動汽車行駛,傳動效率高。此時的能量流如圖2-20所示。

圖2-20 并聯式發動機單獨驅動模式
③聯合驅動模式 車輛急加速或者爬坡時對動力性要求較高,此時發動機和電動機均處于工作狀態,電動機作為輔助動力源協助發動機,提供車輛急加速或者爬坡時所需的功率。這種情況下,汽車的動力性處于最佳狀態。此時的能量流如圖2-21所示。

圖2-21 并聯式聯合驅動模式
④制動能量回收模式 當汽車減速或者制動時,利用電動機反拖作用不僅可以有效地輔助制動,又可以使電動機以發電機模式工作發電,然后給動力電池充電,將回收的制動能量存儲在動力電池中,在必要時釋放出驅動汽車行駛,使能量利用率提高,提高整車燃油經濟性,降低排放。此種工作模式下的能量流如圖2-22所示。

圖2-22 并聯式制動能量回收模式
(2)應用實例
由國家“863”計劃電動汽車重大專項資助,聯合吉林大學、哈爾濱工業大學以及春蘭研究所等單位的一汽集團項目“解放牌混合動力城市客車研究開發”完成了混合動力客車CA6110HEV的研發。其結構如圖2-23所示,這是一種比較典型的雙軸并聯類型,其結構的主要特點是只有一個位于發動機之后的離合器,電機位于變速器之前。這種結構方案的優點是各總成集成難度較小,適合于早期的混合動力汽車研發。

圖2-23 解放混合動力客車結構
清華汽車工程開發研究院在沈陽金杯客車制造有限公司原SY6480客車的基礎上開發研制了SY6480并聯混合動力客車,如圖2-24所示。該混合動力汽車采用的是并聯式單軸結構,即在原車的基礎上,加上一套電氣設備。該電氣設備包括一個電機和動力電池。SY6480并聯混合動力客車的百公里排放等價物達到歐Ⅱ標準的當量限制要求,在保證整車動力性能指標不低于原SY6480客車水平的情況下,該并聯混合動力客車在城市工況下的油耗比改裝前的原SY6480客車降低30%,在城際工況下降低15%,在排放方面也取得了良好效果。

圖2-24 SY6480并聯混合動力客車結構示意
2.2.3 混聯式
混聯式混合動力汽車可以在不同的負荷條件下以串聯式、并聯式或者兩者相結合的形式工作,它可以同時利用這兩種驅動形式的優點。混聯式混合動力汽車由于具備最大限度地提高汽車的燃油經濟性的潛能,而成為目前的研究熱點,本小節將首先介紹混聯式混合動力汽車的結構特點,然后以最為成功的豐田Prius車型為代表介紹其構型演變,使讀者對混聯式混合動力汽車有進一步的認識。
(1)結構特點
混聯式混合動力汽車綜合了串聯式與并聯式兩種驅動形式的優點,其三個動力源之間具有更多的動力匹配方式,車輛具有多種工作模式,從而保證了混合動力系統在復雜工況下仍能實現最佳動力匹配,進而達到最大限度節能減排的目的。混聯式混合動力汽車一般是通過行星齒輪組結構進行多動力源耦合,其結構如圖2-25所示。三個動力源分別連接在行星齒輪組的太陽輪、行星架和齒圈上。這種結構比較復雜,控制難度較大,但是這一構型可以充分發揮各動力源的長處,揚長避短,從而達到比較好的控制效果,是當前研究的熱點構型。

圖2-25 混聯式混合動力汽車
混聯式混合動力汽車同時具有串聯式混合動力結構工作平穩和并聯式混合動力結構各動力源功率需求小的優點。與串聯式相比,混聯式增加了機械路徑的傳遞路線;與并聯式相比,它增加了電能的傳遞路徑。混聯式混合動力總成結構利用行星齒輪組作為動力耦合結構,對控制策略的要求比較苛刻,解決此難題后,混聯式混合動力汽車將比其他兩種動力耦合形式更有實用價值。
近年來,各大汽車公司推出的混合動力汽車也以混聯式混合動力汽車為主。當前公認的最為成功的就是豐田Prius。豐田公司的第一代Prius汽車在1997年12月開始銷售,2003年豐田公司又推出了第二代Prius汽車,2005年推出了第三代Prius。在這不斷更新的過程中,主要的改動集中在發動機和電力驅動系統,其動力耦合系統則仍采用經典的THS系統結構。
(2)應用實例
豐田公司于2000年10月17日獲得了發明專利《Power output apparatus and method of controlling the same》的授權,公開了第一、第二代的Prius所使用的THS的構型,其結構簡圖如圖2-26所示。豐田公司于1999年發表了題為《HYBRID VEHICLE DRIVE SYSTEM HAVING TWO MOTOR/GENERATOR UNITS AND ENGINE STARTING MEANS》的專利,提出了THS結構,其結構如圖2-27所示。此構型是Prius第三代的構型,與第一、第二代的不同之處在于齒圈和驅動橋的連接方式。第一代和第二代Prius的傳動系統采用的是四軸結構,發動機、扭轉減振器、動力分流裝置、電動機/發電機MG1和電動機/發電機MG2布置在第1軸上,第1、第2軸之間通過傳動鏈連接,第2、第3軸之間為中間齒輪,第3、第4軸之間為主減速器齒輪。動力分流裝置為行星齒輪機構。發動機與行星架相連,電動機/發電機MG1與太陽輪相連,電動機/發電機MG2與齒圈相連。動力分流裝置將發動機的動力分配給MG1和MG2。MG2通過傳動鏈、中間齒輪和主減速器齒輪減速之后驅動車輪。第三代Prius的傳動系統采用了三軸結構。為實現MG2小型輕量化和使系統更加緊湊,三軸結構采用行星齒輪機構作為MG2的減速機構,取代了原結構中的傳動鏈和中間齒輪,提升了電動機/發電機MG2的轉矩輸出能力。

圖2-26 第一、第二代THS構型簡圖

圖2-27 第三代THS構型簡圖
豐田公司于2000年又發明了專利CN1336879A,提出了一種帶離合器單行星排的動力輸出裝置,其構型如圖2-28所示。其中發動機、電動機/發電機MG1、電動機/發電機MG2和驅動橋分別連接于行星排的行星架、太陽輪和齒圈,在行星排與電動機/發電機MG2之間設置一個離合器,以便兩者可以分離和結合。設置一個制動器,以便當離合器分離時鎖止齒圈,借此當離合器結合時實現并聯混合車輛的模式,而當離合器分離而齒圈被制動器固定時實現串聯混合車輛的模式,而且根據車輛的行駛狀態來切換這些模式,可以發揮每種模式的優點行駛。該種構型和上一個構型非常類似,都是單行星排雙電機結構,區別之處只是該構型的驅動電機和行星排之間增加了一個離合器,這樣就可以實現兩種模式,比上一種構型多了一個模式。

圖2-28 單行星排構型簡圖
2001年豐田公司在THS的基礎上又推出THS-C系統,THS-C就是將豐田混合動力系統(THS)與無級變速器(CVT)組合而成的混合動力驅動系統。其構型簡圖如圖2-29所示。

圖2-29 THS-C構型簡圖
此處的THS-C構型方式已與Prius里的THS構型有所不同,發動機是與太陽輪相連,發電機與行星架相連,齒圈處接有一個制動器,齒圈和行星架分別通過離合器C2、C1與CVT相連,CVT將動力輸出給驅動橋。并且,此處的行星輪為復合式的,它們共用一個行星架。
THS-C系統主要應用于Estima(大霸王)和Alphard(埃爾法)這兩款輕型車上,其中Estima已于2001年6月下線,2003年秋豐田公司又在Estima基礎上推出了Alpard。兩者的動力總成基本相同,主要改進之處體現在控制和安全系統上。在Estima和Alphard車上,THS-C系統應用于前驅動單元,后驅動單元由一個單獨的后電機來提供動力。其動力系統的總體構成如圖2-30所示。

圖2-30 THS-C動力系統結構
但是,THS-C系統存在諸多缺陷。一方面,該系統多數時候相當于并聯構型,由前軸的THS-C系統與后軸的驅動電機一起驅動車輛,這樣很難保證動力電池的SOC平衡,存在動力電池充電不足時便無法使用后電機驅動的問題。另一方面,THS-C系統既有THS系統又有CVT,機構十分復雜,成本高昂,這是限制其廣泛應用的關鍵因素。另外,CVT的加入導致系統中需要一個電機來驅動CVT的液壓泵,這些因素都導致了系統結構十分繁雜。因此,THS-C的整體效果并不非常理想,在2006年1月,Estima混合動力版重新改型,不再采用THS-C系統,而是直接采用THS Ⅱ結構。在THS Ⅱ中,由于電機與發電機各自獨立,因此在行駛過程中隨時可以使用電機提供驅動力,如果動力電池電力不足,發電機可立即進行充電,提高了燃油經濟性。實驗表明,采用THS Ⅱ結構的Estima在10-15 (日本標準)工況下的油耗為5L/100km,而采用THS-C系統的Estima的油耗為5.38L/100km,新版油耗降低了7.6%。
豐田公司于2005年發明了專利CN1819934A,描述了一種混合動力車輛用動力輸出裝置,該裝置是一種雙行星排的構型,其構型如圖2-31所示。其后行星排行星架鎖止,驅動電機同后行星排太陽輪連接,后行星排在此提供一個減速比。

圖2-31 CN1819934A構型簡圖
豐田公司于2007年推出的Lexus GS450h車型,其動力耦合機構使用了一種特殊的雙行星排構型,屬于豐田混合動力系統的第二代THSⅡ系統,又稱為輸入分配增扭型結構,其構型簡圖如圖2-32所示。

圖2-32 Lexus GS450h構型簡圖
從圖2-32中可以看出,該構型前排是一個普通的行星排機構,而后排采用了拉維娜氏的行星排機構。這種行星齒輪機構又稱為復合式行星齒輪機構,它可視為由兩個普通的行星齒輪結合作為單排式的動力耦合裝置。該行星排中包含兩個太陽輪,即前太陽輪和后太陽輪,還包含一個公共的復合行星架,此復合行星架由兩個半徑不同的行星架組合而成,這兩組行星架上的行星輪都能夠繞行星架獨立旋轉,但只有一個固定速比,小行星架的內行星輪與前太陽輪相嚙合,也只有一個固定速比。齒圈也同樣與大行星架的外行星齒輪相嚙合。顯然,這種復合式的行星齒輪機構,能夠看成共用一個行星架和一個齒圈的雙行星齒輪。
2.2.4 小結
本節介紹了油電混合動力汽車的幾種構型及其特點和應用實例,具體包括串聯式、并聯式和混聯式油電混合動力汽車。每種構型都有其獨特的優勢,也都有其適宜的應用范圍,但不可避免地有這樣或那樣的缺點。較傳統汽車,這幾種油電混合動力汽車都能夠在不同程度上實現能量的高效利用,并同時對降低排放有著積極貢獻。油電混合動力汽車憑借其綜合優勢而得到了廣泛認可,是一種實用的新能源汽車。
串聯式混合動力汽車雖具有整車底盤布置的自由度較大、動力總成控制簡單等優點,但驅動系統中因存在能量二次轉換導致總體效率較低。所以,在乘用型轎車中比較少見。并聯式混合動力車型與串聯式混合動力車型相比,具有能量利用率較高的優點,適合于行駛在城市間公路和高速公路等工況。但因為發動機與車輪之間仍為機械連接,所以在車輛低速工況下,發動機的工作效率受到了一定的限制。混聯式混合動力車型雖然結構相對復雜,對整車結構設計、能量管理和系統控制提出了較高的要求,但可實現發動機轉速與轉矩的雙解耦,可將發動機控制在最優工作區域內。隨著電子控制等相關技術水平的不斷提高,混聯式混合動力汽車以其最佳的綜合性能,終將成為混合動力汽車發展的方向。