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WW型行星排在某混動(dòng)專用箱開發(fā)中的應(yīng)用

2022-01-05 20:43:39·  來源：汽車動(dòng)力總成  
　
01、某混動(dòng)專用箱（DHT）結(jié)構(gòu)簡介該款混合動(dòng)力專用變速箱是采用WW型簡單行星排為耦合機(jī)構(gòu)的雙電機(jī)無級變速系統(tǒng)，主要由臺(tái)階式無齒圈行星排總成、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)
01、某混動(dòng)專用箱（DHT）結(jié)構(gòu)簡介
該款混合動(dòng)力專用變速箱是采用WW型簡單行星排為耦合機(jī)構(gòu)的雙電機(jī)無級變速系統(tǒng)，主要由臺(tái)階式無齒圈行星排總成、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、減速齒輪、差速器、單向離合器、雙機(jī)械油泵等組成。其中太陽輪1（S1）連接發(fā)電機(jī)（ISG電機(jī)），太陽輪2（S2）連接發(fā)動(dòng)機(jī)，行星架作為輸出端連接著驅(qū)動(dòng)動(dòng)機(jī)（TM電機(jī)），結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。
圖1 DHT結(jié)構(gòu)示意圖
該動(dòng)力耦合機(jī)構(gòu)屬于輸入動(dòng)力分流結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是在低速高傳動(dòng)比的時(shí)候效率較高，類似于豐田THS系統(tǒng)。行星架相當(dāng)于THS的齒圈，和輸出端相連接，因此當(dāng)車速一定時(shí)，行星架的轉(zhuǎn)速就唯一確定，根據(jù)簡單行星排的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，連接發(fā)電機(jī)的太陽輪S1和連接發(fā)動(dòng)機(jī)的太陽輪S2，它們的轉(zhuǎn)速可以自由匹配。這樣發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就和車速解耦，而且能在一定區(qū)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)連續(xù)變動(dòng)（無級變速）。
02、WW型行星排特性參數(shù)
模擬杠桿作為行星排分析的有力工具，其直觀性大大降低了行星排理解上的難度。模擬杠桿如圖2所示，三根縱線代表兩個(gè)太陽輪和行星架的轉(zhuǎn)速，以行星架為基準(zhǔn)，齒數(shù)越少，也即速比越大的杠桿離基準(zhǔn)越遠(yuǎn)。當(dāng)行星架固定時(shí)，s1和s2的轉(zhuǎn)速方向相同，因而它們分布于行星架杠桿的同一側(cè)。設(shè)S2到基準(zhǔn)行星架的距離為1，S1到行星架的距離為k+1，k稱為行星排的特性參數(shù)。
圖2 DHT行星排等效杠桿
根據(jù)定義，行星排的特性參數(shù)可以看成行星架固定時(shí)的太陽輪到齒圈的速比，這里是兩個(gè)太陽輪之間的轉(zhuǎn)速之比。如圖2，根據(jù)三角形相似原理，有
03、轉(zhuǎn)速、扭矩特性方程
該箱行星排的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程如下推導(dǎo)
圖3 轉(zhuǎn)速特性示意圖
如圖3所示，根據(jù)三角形相似原理，有如下關(guān)系
由公式1可見，與帶齒圈的簡單行星排比較，該行星排的行星架相當(dāng)于簡單行星排的齒圈，而行星排的大太陽輪S2相當(dāng)于簡單行星排的行星架。
根據(jù)杠桿平衡原理，在圖3中，分別對s1和pc取矩得
由上述方程知，行星排內(nèi)部受力中s1和pc的方向相同，與s2相反。
04、電功率比例、輸出效率分析
在式1中，小太陽輪s1有三種狀態(tài)：1）轉(zhuǎn)速為0；2）正轉(zhuǎn)速；3）負(fù)轉(zhuǎn)速。
定義行星排元件的轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)相同時(shí)為正轉(zhuǎn)速，反之為負(fù)轉(zhuǎn)速。定義發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和輸出端轉(zhuǎn)速之比為系統(tǒng)傳動(dòng)比，即
在無電池參與情況下，當(dāng)小太陽輪s1轉(zhuǎn)速為0時(shí)，電功率為0，發(fā)動(dòng)機(jī)能量全部用于驅(qū)動(dòng)車輪，系統(tǒng)效率最高。定義小太陽輪s1轉(zhuǎn)速為0時(shí)的速比為機(jī)械點(diǎn)速比，即
根據(jù)小太陽的狀態(tài)，系統(tǒng)的電功率比例、輸出效率也分三種情況討論：
a）ns1=0,此時(shí)i=λ，如圖4所示
圖4 機(jī)械點(diǎn)傳動(dòng)比杠桿
由行星排各軸扭矩平衡，可得如下方程
其中Ts1、Ts2、Tpc分別是小太陽輪、大太陽輪、行星架的扭矩，Tg、Tm、Te分別是發(fā)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩，Tout是輸出扭矩。因小太陽輪轉(zhuǎn)速為0，所以電功率為0，即
Tg=0,Tm=0
聯(lián)立上述方程，解得
當(dāng)ns1＜0時(shí)，ISG電機(jī)功率大于0，為電動(dòng)，TM電機(jī)功率小于0，為發(fā)電，假設(shè)系統(tǒng)運(yùn)行過程中電池不參與，那么ISG電機(jī)的電能來自于TM電機(jī)的發(fā)電，于是根據(jù)電功率平衡得
發(fā)動(dòng)機(jī)功率經(jīng)過行星架后，一部分用于驅(qū)動(dòng)TM電機(jī)發(fā)電，所以輸出功率為
仿情形b)討論，但此時(shí)電功率平衡方程為
綜合a)、b)、c)三種情況，行星排特性參數(shù)k取為2.65，兩電機(jī)的發(fā)電或電動(dòng)效率取為0.85，則該系統(tǒng)的電功率比例為
05、總結(jié)
根據(jù)蓋世汽車《新能源汽車電驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)報(bào)告（2021版）》預(yù)測，DHT將成為機(jī)電一體化的發(fā)展方向，混合專用變速箱DHT在系統(tǒng)集成度、重量以及綜合能效方面的優(yōu)勢非常明顯。
目前我司開發(fā)的該款DHT已經(jīng)搭載樣車，其動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性的表現(xiàn)獲得國內(nèi)一眾主機(jī)廠的廣泛認(rèn)可。
WW型行星排在動(dòng)力系統(tǒng)中的應(yīng)用并不多見，對其認(rèn)識不夠深入。

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