行星齿轮混合动力系统的效率讲解

1、行星齿轮混合动力系统的效率学校，汉城，韩国汉城国立大学机械和航空航天工程于2005年9月26日收到的稿件，并接受修订后，于2006年6月5号出版摘要：行星齿轮的混合动力系统（PGHP ）被称为最有效的混合动力电动汽车 的配置。该系统控制每个混合动力汽车的速度和转矩，以使它可以产生足够的输入 和输出的速度。对该机制进行分析以了解关系之间的输入和输出速度。此外传输效 率可表示为三个参数的基础上计算的净输入功率的功能。另外，由于能量转换损 失，电动机和发电机起到决定性因素，。在市区行驶时间表，发动机的最佳操作的 模拟能够获得，这个系统显示改善燃料中占 2.2%.关键词：混合动力电动汽车，行星齿轮，平

2、行系列，传动效率。1. 引言：其中的各种动力系统的混合动力电动汽车。行星齿轮混合动力系统是最有名 的，以其独特的配置和显著的特点著称。这种配置降低了传输损耗，并使车辆运行 的zev模式，因此燃油经济性显著改善1,2。丰田，星宿，欧宝等车，可以分为 这种混合配置。这种类型的混合装置电源也称为混合动力平行系统。另一个术语被 称为丰田的混合动力系统（THS）,丰田与普锐斯在1997年实现这种类型的配 置。普锐斯在燃料经济性以及废料排放等方面表现出色，并在相应的主题性住户调 查中一直被称为最有前途的配置。而混合动力电动汽车动力总成等装置需要安装设 备如无级变速器，MT,AT，行星齿轮混合动力系统使行星

3、齿轮组合额外产生电机 控制输入齿圈的速度和输入发动机转速。通过控制发电机的转速，行星齿轮控制系 统可以将发动机所需要的操作点调整到高效率的区域。下列的讨论主要集中在性能方面，行星齿轮混合动力系统的使用。然而，一旦 行星齿轮混合动力系统是分析和等价转换为电控无极变速器等混合动力操作如动力 辅助，积极充电，再生制动灯，可以另外考虑包括这些的影响。2. 发电机转速控制分析2.1 :系统布荷行星齿轮的混合动力系统装置动力总成如图，它的三轴连接到载体，太阳齿 轮，齿圈，载体上的轴连接到发动机可以作为输入轴，另一个输入轴连接到传动轴 通过环形齿轮轴减少安全较低的车辆。MG1图MG2图中描述的一代驱动电机。

4、在很大程度上，该电机消耗电，驱动 车辆，和发电机，吸收性机械动力发动机供电的电池或点机。然而，马达可作为发 电机时，车辆减速时，发电机消耗电源时，气速度是否定的，在行星齿轮混合动力 系统中，元素的车辆限制是在发动机运转所需要的速度下的，限速值的速度比获得 如下：发动机5500 r/min马达 6000 r/mi n发电机-5500, 5500 r/min2.2：速比系统速比系统的行星齿轮混合动力系统为发电机转速提供输出轴的比率。下面的公 式表示的制约关系的行星齿轮和速比的定义Fig. 1行星齿轮混合动力系统的配置GenerAtin 口Fig. 2系统的运行速度比限制Tspnftij rat.o

5、“ “ = Min rr jflnratio2.6L十“亦 电皿Qr freedSR ），发电机的为了表达上限和下限，作为一个功能齿圈的速度和速度比（ 转速必须限制可用的速度范围通过更换wg的同时，改变方程（2）,在方程3中，上部的速比的下限可以得 到，图2显示了最大和最小速度，方程 3得到的比率，虚线和实线之间为最大和最 小速度比的范围。在这个速度比下，功率从发动机传输只能通过平行的路径，可以 通过简单的插入wg在公式2中计算出边界速度比在这里边界速度比在0.7222，当0,3846被用于行星齿轮发电机时，边界速比 的价值是非常重要的，因为它是最低的速度比，该系统可以不使用电力运行的发电 机

6、如果电力提供在负速度运行的发动机，速度比低于边界速比。2.3：发动机转速控制范围利用公式2和4,它是计算出发动机转速的的可控制范围，图3显示了最大和最小发动机的两个不同的传输速度，实线是行星齿轮控制系统。比较无极变速器， 并用虚线绘制速度的控制范围。最终减速比不同，转速是用来代替齿圈的速度或无 极变速器的输出速度的，齿轮比率如下：行星齿轮R =30/78最终减少3.93WT最小0.443,最大2.416最终减少05001QOO1500ivtufils. RPM5.76Fig. 3可控的发动机转速范围随着行星齿轮混合动力系统的运用，发电机可以运行一个较低的速度比，整个 范围内的无极变速器与传统的

7、车轴，此外，某车轴的速度，车轴可以操作的ZEV模式，发动机停止和电机驱动，另一方面，发动机运行在一个较高的速度，限制使 用发动机的峰值。这种驱动电源不足，可补充所使用的驱动电机和电动动能。有了 这个特点，车辆的发动机工作在一个较低的转速区域，通常是高效率的区域4.除了这个好处，许多元素，如活塞环，和阀门都可以修改，以提高发动机的效率， 因为发动机并不需要高速运行。3. 功率的传输效率系统3.1:系统输出功率由发动机和牵引电机产生动力的车辆。也就是说，由齿圈交付的权利可分为两 个功率流：平行流和串行流。转矩在平行流直接从发动机转移。在串行流的扭矩转 移到发动机或电池供应的电机f 孑 rf-/-在

8、本文件中，它被认为是没有电能储备装置和发电机功率完全由电机消耗。如 果发动机消耗电力，电机提供动力，事实上，该行星齿轮动力系统作为一个传输方 式，这些情况和一个真正的系统有所不同，除了从发电机的电流，需要数额较大的 负载时，电流由电池辅助动力。然而，这种情况，对应于重负载的加速模式，通常 情况下，权力的流入式或流出的电池是不在大多数行驶的因素里的5。另外估计，所有元素的议案是稳定状态，瞬态运动如转子和发动机曲轴的惯性忽略不计。 考虑到惯性的相对大小这种假设不含降低有效性以下的分析。3.1.1:正发电机转速当发电机在一个积极的速度旋转产生电流。因此，电机消耗积极的动力和驱动 范围，行星齿轮的扭矩

9、系统如下dxF 雷&A32S0Fig. 3可控的发动机转速范围然后，两间电力流量，pr和pm，都表达如下圣童PK&殳住一匚：-3.1.2:负发动机转速当车辆需要的速度比小于边界速比的时候，发动机反向旋转，吸收的能量从电 机产生。这种情况下的净输出功率可以得到如下(HU3.1.3:零发动机转速在次驾驶模式下，发电机控制，要保持转速，电机是在其随心所欲的状态，不 消耗或产生电力，理论上可以得到如下的净输出功率R1+RII RPg =ps =丁27 = = ?n,?ffttsSR如叫% =加耳*叫giC 5 SR)(17)(18)(19)(20)在公式18,通过汽车的是未知的值，由 TM值确定。此外

10、，TM可以不被确 定，可以不被发现通过汽车的价值。计算公式之间需要 18和20，确定这两个值, 该系统的传输效率内的公式。在这里，一个恒定的效率98%，将用于分析连环的效率，这个是因为已知的 道路负荷条件8.9.补偿使用校正表。例如，100%的理论效率与速度比，比修 正为89%、=世务 Z2SR + SR- 1)7；竹丁丁 % = gi(Te. d SR)F】m = Wm 丨=g,匚* tae* R)Fig. 4电机效率(a| FaH訂lpvt tWHJrP MknOvonHbfcMWdlFig. 7传输效率减少了 19.2个百分点4. 在部分负何的传输效率传动效率表示行星齿轮的动力系统作为

11、TE的功能，注意到一个传输效率和 CVT是相同的参数，两个传输系统对于相同的输入可以比较。为计算传输效率， 从ADVISOR2002中得到的数据可以用于模拟发动机，电动机发电机，行星齿轮 组，和无极变速器的电动机，其中包括逆变器的能量损失，效率是图4,组件的能量如下：发动机63 kW,汽油,1.9 L马达30 kW,永久磁铁发电机15 kW,永久磁铁5到7段的数字显示传输效率，两个系统的三个减速比。两个系统的最终减速 比，总减速比被定义为发动机转速比的驱动桥的速度。操作可以最小化的特点传输损耗和油耗发动机。计算最佳的燃油消耗率，这里 的模拟车是中型车。且 坯4丁 OQ OCCFig. 8传动效

12、率与电机性能3000130T*nX遵 pff君*HSTcm苟 *t wt*rrhB |f rrtfl aieFig. 9价值配置文件ENwhhiDQKF r*9W *lpX , ftS-MAH 真04Fig. 10发动机丰积两起案例进行了行星齿轮的动力系统和无极变速器的分析。为了比较两个系统作为传输效率的设备如何。它被称为车辆的唯一电源内燃机。图7的数字显示发动机运行的最小的燃油消耗。无极变速器的控制提供了速度比对应的发动机的最佳操作线。即满负荷扭矩的 曲线和较低线的最佳操作线（ool ）。在行星齿轮动力系统的控制策略中，提供速比，使发动机的操作为维持附近的最佳操作线的有效速度比。5 3 S

13、7 53:2.1Blg1IHSFig. 11速度比结论行星齿轮作为传动装置的混合动力系统的作用已被调查使用。对于发动机，电 动机，发电机的属性和速度比率。该系统可以提供一个稳定的车速。然后，参数的 确定也确定了系统的效率。特色的行星齿轮动力系统进行了比较，以支持这些分析 的无极变速器。最后，总的系数。讨论与最佳发动机运转效率的行星齿轮混合动力 系统。可以概括如下：1. 对行星齿轮混合动力系统，发动机可以在较低或零速运行，直到车辆达到一 个中等速度。2. 三个情况下，发动机的转速是正，负，零计算，该系统的传输的输出效率3作为三个独立的参数功能：输入速度，输入转矩，速度比系统的传输效率4. 影响系

14、统效率的关键参数是比速度，而高度依赖输入扭矩的无极变速器的效 率。5. 电动机和发电机的性能的关键是改善效率。6. 应该从不同的引擎与行星齿轮混合动力系统运作传统设备。因为发动机的最 佳操作线并不总是意味着最佳的油耗，由于在行星齿轮混合动力系统中的能量转换也 有相应的损失。7. 当上述运作的ETP72行车时间表模拟表现为行星齿轮混合动力系统时候， 该系统表现出更好的燃油消耗率。8. HEV与行星齿轮混合动力系统的操作优于在单杠的HEV与无级变速器。致谢：此次专项研究一部分得自于 BK-21的支持，韩国汉城国立大学机械和航空航 天工程技术的研究计划。1. CHO.S :混合动力电动汽车的燃油经济

15、性的单一性能的优化，学校，汉城 国立大学机械和航空航天工程博士论文，2002.2. JEON.S :自适用多模式控制策略的混合动力系统，机械学院和航空航天工 程，汉城国立大学。3. I noue,，Kusada, M., Kan ai, H., Hi no, S.等：一种高效的混合动力汽车的集 成超低排放的改进。4. An, F., Stodolsky, F., and Santini, D 轻型车辆的混合选项。5. Kawahashi, A.新一代的混合动力电动汽车及其配套的功率半导体器件。6. Douba, M., Ng, H., and Larse n, R两个混合动力电动汽车本田和丰田的表征和 比较。7. Oba