摘要：本文從城市公交客車的實際使用工況入手,分析了目前市場上的混合動力及純電動公交車所采用的動力傳動機構(gòu)，介紹了一款新型的城市公交客車所用的混合動力傳動裝置。
ABSTRACT：Thispaperaccordingthecitybusactualcondition,analysesthecurrentlyonthemarkethybridandpureelectricbusthepowertransmissionmechanism,andintroducesanewtypeofhybridtransmission.
關(guān)鍵詞：城市公交工況混合動力客車典型混合動力系統(tǒng)介紹新型混合動力傳動裝置
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、怠速運轉(zhuǎn)時間多：
平均車速：平時15～25km/h；高峰期10km/h左右；
最高車速：≤65km/h；
怠速運轉(zhuǎn)時間比例：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)動機常處于大扭矩區(qū)域工作；
1.2、頻繁起步、換檔、制動、分離：
據(jù)調(diào)查研究統(tǒng)計：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、公交線路實際運營情況介紹：
1.4、小結(jié)
正因為城市公交客車的這種典型工況，使得整車的燃油消耗高，運營成本高，對能源的消耗大，對環(huán)境的污染大，因此國家大力推行各種節(jié)能減排的項目，這也就使得各種新型的可以達到節(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，混合動力客車迎來了前所未有的發(fā)展機遇；
2、混合動力客車傳動裝置介紹
2.1混合動力客車能量回收釋放原理介紹
混合動力原理圖
混合動力客車的原理即：充分利用發(fā)動機的經(jīng)濟區(qū)域，使整車更多的處于此區(qū)域工作，同時通過能量存儲裝置，適時釋放和回收能量，協(xié)助整車運行，達到節(jié)省燃油的目的。
2.2、混合動力系統(tǒng)的分類
根據(jù)混合動力驅(qū)動的聯(lián)結(jié)方式，混合動力系統(tǒng)主要分為以下三類：
一是串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)。串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)一般由內(nèi)燃機直接帶動發(fā)電機發(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轉(zhuǎn)化為動能，最后通過變速機構(gòu)來驅(qū)動汽車。電池對在發(fā)電機產(chǎn)生的能量和電動機需要的能量之間進行調(diào)節(jié)，從而保證車輛正常工作。這種動力系統(tǒng)在城市公交上的應(yīng)用比較多；
二是并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)。并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)有兩套驅(qū)動系統(tǒng)：傳統(tǒng)的內(nèi)燃機系統(tǒng)和電機驅(qū)動系統(tǒng)。兩個系統(tǒng)既可以同時協(xié)調(diào)工作，也可以各自單獨工作驅(qū)動汽車。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)式混合動力系統(tǒng)?；炻?lián)式混合動力系統(tǒng)的特點在于內(nèi)燃機系統(tǒng)和電機驅(qū)動系統(tǒng)各有一套機械變速機構(gòu)，兩套機構(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)燃機與電動機之間的轉(zhuǎn)速關(guān)系。與并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)相比，混聯(lián)式動力系統(tǒng)可以更加靈活地根據(jù)工況來調(diào)節(jié)內(nèi)燃機的功率輸出和電機的運轉(zhuǎn)。此聯(lián)結(jié)方式系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。
2.3、國內(nèi)外主要混合動力介紹
目前，混合動力客車的系統(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)）、福工混合動力技術(shù)開發(fā)有限公司、天津松正、東風(fēng)電動、一汽客車、深圳中環(huán)動力、南車時代等。
其中，福工系統(tǒng)、松正系統(tǒng)、中環(huán)動力采用的無變速器結(jié)構(gòu)的混合動力系統(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、一汽客車都采用了具有自動變速器結(jié)構(gòu)的混合動力系統(tǒng)。
2.4、混合動力系統(tǒng)典型傳動裝置的介紹：
2.4.1、EATON混合動力系統(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
●基于離合器后、變速器輸入軸的動力耦合系統(tǒng)
●能提供傳統(tǒng)純發(fā)動機行駛模式——有利于增加運行可靠性
●能夠?qū)崿F(xiàn)車輛電動起步——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
●配備強制手動換擋操作——有利于車輛的可靠性
2.4.1.3、EATON混合動力驅(qū)動系統(tǒng)傳動裝置AMT介紹
EATON混合動力系統(tǒng)的變速器采用的是EATON公司自己生產(chǎn)的6速電控機械式自動變速器，如下圖所示：
此變速器的特點電控電動的AMT變速器，離合器和選換檔由混合動力控制系統(tǒng)控制，自動完成離合器操縱及選換擋操縱；同時具有強制手動換擋操作模式，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變速器具有一個共同特點，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
●“真正的”雙模式雙電機的系統(tǒng)耦合方案，體現(xiàn)為：雙工作模式、雙電機、雙離合器、單行星排變速機構(gòu)，是當前技術(shù)水平最先進的混合動力系統(tǒng)之一；
●能夠?qū)崿F(xiàn)無限多個速比，具有相當CVT的功能，使得車輛具有優(yōu)異的連續(xù)平順的加速能力；
●動力系統(tǒng)效率高，在不同的工況下運行，能夠?qū)崿F(xiàn)23~43%的節(jié)油率；
●兩個電機的額定功率均為：100kW；
●傳動機構(gòu)為帶有濕式離合器的多個單行星齒輪機構(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，儲能量：12kW*h；
此系統(tǒng)的動力傳動裝置非常新穎，它將電機、離合器、行星排集成到一起，簡化了原來電機和變速器分開布置的方案，使傳動裝置更緊湊、適應(yīng)范圍更廣；同時其節(jié)能減排效果非常明顯。
2.5、各混合動力系統(tǒng)的優(yōu)缺點分析
串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置簡單，但傳動效率過低；并聯(lián)結(jié)構(gòu)傳動效率高，但不能控制發(fā)動機的經(jīng)濟工作轉(zhuǎn)速；混聯(lián)式結(jié)構(gòu)克服了串聯(lián)和并聯(lián)的缺點，綜合性能好。但混聯(lián)式機構(gòu)同樣存在缺陷：典型的混聯(lián)結(jié)構(gòu)傳動裝置由發(fā)動機、發(fā)電機、電動機和行星齒輪機構(gòu)組成，以行星齒輪機構(gòu)作為動力耦合和分配裝置，可為車輛提供純電動、混聯(lián)驅(qū)動兩種驅(qū)動模式，這種結(jié)構(gòu)存在如下問題：a、發(fā)動機不能始終在經(jīng)濟區(qū)工作；b、車輛起步用離合器或液力變矩器，效率低；c、電動發(fā)電機的電能流動大，效率低；d、電池只作為提供動力的原能量，不能平衡發(fā)動機功率；
基于以上的介紹分析，我公司推出了一種新型的混合動力傳動裝置，繼承了混聯(lián)結(jié)構(gòu)混合動力傳動裝置的優(yōu)點，同時解決了混聯(lián)結(jié)構(gòu)傳動裝置的一些缺點，意義重大。
3、中德新型混合動力傳動裝置介紹：
3.1、結(jié)構(gòu)布置：
此傳動裝置結(jié)構(gòu)包括發(fā)動機、電動/發(fā)電機（E1）、電動/發(fā)電機（E2）、離合器C1、離合器C2、制動器B1、制動器B2、復(fù)合行星齒輪機構(gòu)（也稱拉維納式行星齒輪機構(gòu)）、逆變器、電池和電控裝置。
電動/發(fā)電機E1與拉維納行星齒輪機構(gòu)大太陽輪t1相連，離合器C1與拉維納行星齒輪機構(gòu)小太陽輪t2相連，電動/發(fā)電機E2與離合器C1和離合器C2相連，制動器B2與電動/發(fā)電機E1相連，制動器B1與拉維納行星齒輪機構(gòu)的行星架j相連，電池通過逆變器與電動/發(fā)電機E1和電動/發(fā)電機E2相連。
3.2、可實現(xiàn)的工作模式介紹：
純電動工作模式一介紹：通過控制離合器C2分開、離合器C1分開、制動器B2分開、制動器B1接合、發(fā)動機停止，控制電動/發(fā)電機E1以電動機方式運行，實現(xiàn)該新型混合動力傳動裝置的純電動工作模式；
純電動工作模式二介紹：通過控制離合器C2、分開、離合器C1接合、制動器B2分開、制動器B1接合、發(fā)動機停止，控制電動/發(fā)電機E1以電動機方式運行，控制電動/發(fā)電機E2以發(fā)電機方式運行，電動/發(fā)電機E2發(fā)的電通過逆變器給電動/發(fā)電機E1供電，實現(xiàn)新型混合動力傳動裝置的純電動工作模式二；
混合驅(qū)動工作模式介紹：通過控制離合器C2結(jié)合、離合器C1接合、制動器B2分開、制動器B1接合、發(fā)動機起動并在定工況下工作，控制電動/發(fā)電機E1以電動機方式運行，控制電動/發(fā)電機E2以發(fā)電機方式運行，電動/發(fā)電機E2發(fā)的電通過逆變器給E1供電，發(fā)動機的動力通過驅(qū)動E2發(fā)電和驅(qū)動拉維納行星齒輪機構(gòu)小太陽輪t2，實現(xiàn)新型混合動力傳動裝置的混合驅(qū)動工作模式；
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、制動器B2分開、制動器B1接合、發(fā)動機起動在定工況下驅(qū)動E2發(fā)電，控制電動/發(fā)電機E1以電動機方式運行，控制電動/發(fā)電機E2以發(fā)電機方式運行，此時電動/發(fā)電機E2給電動/發(fā)電機E1供電，實現(xiàn)新型混合動力傳動裝置的串聯(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、制動器B2接合、制動器B1分開、發(fā)動機在定工況下運行，動力一部分給拉維納行星齒輪機構(gòu)的小太陽輪t2，另一部分驅(qū)動電動/發(fā)電機E2以發(fā)電機方式運行，平衡發(fā)動機的負荷，實現(xiàn)新型混合動力傳動裝置的功率分流工作模式；
3.3、該新型混合動力傳動裝置的優(yōu)點：
●電能流動少提高了混合動力傳動系統(tǒng)傳動效率；
●采用了4個執(zhí)行機構(gòu)，可實現(xiàn)5種驅(qū)動模式，以適應(yīng)車輛不同行駛工況的動力需求；
●實現(xiàn)混合動力傳動系統(tǒng)兩個電機可同時參與驅(qū)動；
●傳動機構(gòu)為帶有濕式離合器的復(fù)合行星齒輪變速機構(gòu)（也稱拉維納式行星齒輪機構(gòu)）；
●具有與CVT相當?shù)墓δ?，使得車輛具有優(yōu)異的連續(xù)平順的加速能力；
●動力系統(tǒng)傳動效率高，實現(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)；
●動力輸入部分采用干式離合器，布置簡單；
●車輛在高速行駛時，可實現(xiàn)由發(fā)動機直接驅(qū)動，電機可用來平衡發(fā)動機的功率；
3.4、適用范圍介紹
此結(jié)構(gòu)的傳動裝置，如果選擇不同的發(fā)動機和電機，可以適用于10m到14m及BRT等各式城市公交混合動力及純電動車輛，前景廣闊。
3.5、制造難點分析
●復(fù)合行星齒輪機構(gòu)的研制；
●空心軸類零件的加工；
●電控系統(tǒng)的開發(fā)驗證；
●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)越來越多的人士認識到混合動力客車傳動裝置的重要性，對于汽車變速器廠家而言，深刻理解混合動力客車的結(jié)構(gòu)，尤其是其傳動裝置的結(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，能夠推動整個變速器行業(yè)及整車技術(shù)的快步向前發(fā)展。
天津中德傳動有限公司提出的新型混合動力傳動裝置，結(jié)構(gòu)比較新穎，理論計算結(jié)果喜人，可以適用混合動力城市公交工況，它的成功開發(fā)，意義重大。