『汤叔解惑』通用Voltec双行星齿轮混动技术详解


我想分享昨天的原始电气状态

在美国阵营中,通用汽车是最早接受新能源的汽车公司。早在上世纪90年代,通用汽车就设计制造了带有通用标志的纯电动汽车。但是,由于当时成本高,性能有限,根本没有商业价值,因此没有大规模生产和销售。但从概念上看,通用性非常先进,汽车的电气化概念始于上世纪90年代,与此同时,丰田将以燃油为主的电力为辅的普锐斯引入市场,并取得了巨大的成功。2008年金融危机后,通用汽车在经济放缓后立即开始开发新能源汽车。

2008年后,三电系统的电池电驱动技术和制造成本都较上世纪90年代发生了巨大变化,再加上特斯拉的崛起和电动汽车的商业化,通用汽车开始大力投资新能源技术的研发。这与上世纪90年代丰田对普锐斯的试探性投资有所不同,如果丰田的普锐斯要成为一款更省油的燃油车,那么一系列多功能的电动技术就成为了先兆。2012年后,通用雪佛兰开始在电气化道路上开展工作,并在新能源技术路线选择上推出了加长混合动力车型Volanda、纯电动车型Bolt和一系列混合动力车型。走路,投入巨资去尝试犯错。本期专栏分享了通用汽车开发了两代并得到广泛应用的Voltec混合动力技术。

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?两套行星齿轮机构、两套离合器和单向离合器分动系统

该Voltec混合动力系统的核心由两组行星齿轮组成。如上所述,行星齿轮1和行星齿轮2分别实现两个电动机的动力分配。这两个电动机在Voltec系统中分别称为MGA电动机和MGB电动机。 MGA电动机功率小(小型电动机),仅48 kW,最大转矩118 Nm,主要用于发电,也可用于驱动; MGB电机功率大(大型电机),最大功率87 kW,最大扭矩280牛米主要用于驱动车辆,在减速时还可以产生制动能量回收功率。

该发动机配备了直列四缸发动机,最大功率为75 kW,最大扭矩为140 Nm。 MGA与发动机的耦合与我在上一篇专栏中介绍的Toyota Hybrid混合动力系统非常相似。发动机的动力输出到外齿圈(环形齿轮),然后再将动力分配到行星齿轮架和太阳轮。行星齿轮架连接至驱动轴,动力直接输出至车轮。太阳齿轮已连接至MGA。

就像丰田的混合动力混合动力系统一样,发动机的动力由行星齿轮1分配,该行星齿轮可用于驱动车辆并同时驱动MGA电动机发电。得益于与普锐斯相同的速度耦合,发动机可以以任何速度进行干预,并且发动机速度不必与车轮速度同步。这样可以实现与丰田普锐斯(Prius)相似的经济性,这意味着发动机始终可以以经济的速度保持动力并驱动车辆。

该系统的最大区别在于,MGB电动机(大型电动机)与驱动系统的联接仍采用速度联接。这与丰田普锐斯MG2电动机使用的扭矩联轴器形成了鲜明的对比。我们知道,因为Toyota Hybrid的主马达与车轮牢固连接(没有行星分流器,即扭矩耦合),所以主马达的速度必须与车辆的速度成正比。通用的Voltec主电机MGB仍通过行星齿轮将动力转移至传动系统。

这里最微妙的设计是,Voltec不仅为MGB电机增加了行星齿轮2,而且还在行星齿轮2的外齿圈上增加了离合器(离合器1)和制动器(离合器2)。离合器(离合器1)可以控制外齿圈的动力与行星齿轮1的太阳轮连接或断开。行星齿轮2的外齿圈可以通过制动器(离合器2)固定,从而实现单一的齿轮比。扭矩耦合。当制动器固定在外齿圈上时,MGB电动机的动力传递到太阳轮,然后行星齿轮旋转,动力通过固定的传动比传递到行星齿轮架,最后传递到车轮以实现扭矩耦合。

当行星齿轮2的离合器(离合器2)松开并且离合器(离合器1)打开时,MGB电动机的部分动力可以被分流到行星齿轮1的太阳轮,从而不需要跟上车轮速度,就可以实现速度。耦合。因此,Voltec的最大优势在于其主电机MGB可以实现速度耦合和扭矩耦合。当需要大功率低速加速时,MGB可以在相对有效的速度范围内实现扭矩耦合,并与轮速同步运行,以实现功率与发动机功率和MGA电机功率的叠加。当车速处于电动机速度的非经济速度范围内时,MGB可以通过速度联轴器实现功率分配,从而将电动机速度保持在最经济的速度范围内,并节省能源。

当MGA参与驱动时,外环齿轮会由于行星齿轮的作用而倒车(类似于Toyota的Hybrid,但由于电机,发动机和变速箱系统的齿轮位置不同,Toyota的电动倒车我在上一专栏中介绍的MG1发电机)和Voltec环直接连接到发动机。为了防止发动机在纯电动模式下倒车,在发动机和外圈之间放置了一个发动机。对于离合器(图中的Ratchet离合器),发动机不会倒档或超速。这意味着,Voltec的电气性能不受行星齿轮转速的限制,从而提高了纯电动行驶的速度。

▲通用虽然配备了两个电机和两组行星齿轮,但仍将系统重量控制在119kg,这是值得称赞的。

■摘要

通常,此系统在MGA发电机级别上的基本原理与丰田普锐斯相似,但与电动机和驱动轴相连的行星齿轮与丰田不同。该系统的最大特点是,它使用同一组行星齿轮与MGB电动机(即主行驶电动机)连接。通过离合器和制动器的控制,可以实现速度联接,并且可以实现扭矩联接。这使得系统的控制模式非常丰富,可以适应不同工作条件的需求,即发动机的叠加释放和双电动机功率可以实现210 kW(285 hp)538 Nm的强大动力输出,并且可以通过速度耦合将发动机和主马达MGB保持在最经济的速度范围内。

本文是第一作者的原创文章,未经授权不得复制。

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在美国阵营中,通用汽车是最早采用新能源的汽车公司。早在1990年代,通用汽车就设计并制造了带有通用汽车徽标的纯电动汽车。但是,由于当时的高成本和有限的性能,根本没有商业价值,因此没有大规模的生产和销售。但是,从概念上讲,通用性非常高,汽车的电气化概念始于1990年代。同时,丰田将以燃料为基础的Prius推向市场,并取得了巨大的成功。在2008年金融危机之后,通用汽车在经济放缓后立即开始开发新能源汽车。

2008年后,三电系统的电池电驱动技术和制造成本都较上世纪90年代发生了巨大变化,再加上特斯拉的崛起和电动汽车的商业化,通用汽车开始大力投资新能源技术的研发。这与上世纪90年代丰田对普锐斯的试探性投资有所不同,如果丰田的普锐斯要成为一款更省油的燃油车,那么一系列多功能的电动技术就成为了先兆。2012年后,通用雪佛兰开始在电气化道路上开展工作,并在新能源技术路线选择上推出了加长混合动力车型Volanda、纯电动车型Bolt和一系列混合动力车型。走路,投入巨资去尝试犯错。本期专栏分享了通用汽车开发了两代并得到广泛应用的Voltec混合动力技术。

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?两套行星齿轮机构、两套离合器和单向离合器分动系统

voltec混合动力系统的核心由两组行星齿轮组成。如上所示,行星齿轮1和行星齿轮2分别实现两个马达的功率分配。在voltec系统中,这两个电机被称为mga电机和mgb电机。MGA电机功率小(小电机),仅48kw,最大扭矩118nm,主要用于发电,也可用于驱动;MGB电机功率大(大电机),最大功率87kw,最大扭矩280牛米主要用于驱动车辆,还可以在减速时产生制动能量回收动力。

该发动机配备了直列四缸发动机,最大功率为75 kW,最大扭矩为140 Nm。 MGA与发动机的耦合与我在上一篇专栏中介绍的Toyota Hybrid混合动力系统非常相似。发动机的动力输出到外齿圈(环形齿轮),然后再将动力分配到行星齿轮架和太阳轮。行星齿轮架连接至驱动轴,动力直接输出至车轮。太阳齿轮已连接至MGA。

就像丰田的混合动力混合动力系统一样,发动机的动力由行星齿轮1分配,该行星齿轮可用于驱动车辆并同时驱动MGA电动机发电。得益于与普锐斯相同的速度耦合,发动机可以以任何速度进行干预,并且发动机速度不必与车轮速度同步。这样可以实现与丰田普锐斯(Prius)相似的经济性,这意味着发动机始终可以以经济的速度保持动力并驱动车辆。

该系统的最大区别在于,MGB电动机(大型电动机)与驱动系统的联接仍采用速度联接。这与丰田普锐斯MG2电动机使用的扭矩联轴器形成了鲜明的对比。我们知道,因为Toyota Hybrid的主马达与车轮牢固连接(没有行星分流器,即扭矩耦合),所以主马达的速度必须与车辆的速度成正比。通用的Voltec主电机MGB仍通过行星齿轮将动力转移至传动系统。

这里最微妙的设计是,Voltec不仅为MGB电机增加了行星齿轮2,而且还在行星齿轮2的外齿圈上增加了离合器(离合器1)和制动器(离合器2)。离合器(离合器1)可以控制外齿圈的动力与行星齿轮1的太阳轮连接或断开。行星齿轮2的外齿圈可以通过制动器(离合器2)固定,从而实现单一的齿轮比。扭矩耦合。当制动器固定在外齿圈上时,MGB电动机的动力传递到太阳轮,然后行星齿轮旋转,动力通过固定的传动比传递到行星齿轮架,最后传递到车轮以实现扭矩耦合。

当行星齿轮2的离合器(离合器2)松开并且离合器(离合器1)打开时,MGB电动机的部分动力可以被分流到行星齿轮1的太阳轮,从而不需要跟上车轮速度,就可以实现速度。耦合。因此,Voltec的最大优势在于其主电机MGB可以实现速度耦合和扭矩耦合。当需要大功率低速加速时,MGB可以在相对有效的速度范围内实现扭矩耦合,并与轮速同步运行,以实现功率与发动机功率和MGA电机功率的叠加。当车速处于电动机速度的非经济速度范围内时,MGB可以通过速度联轴器实现功率分配,从而将电动机速度保持在最经济的速度范围内,并节省能源。

当MGA参与驱动时,外齿圈将由于行星齿轮的作用而反转(类似于丰田的混合动力,但由于电机、发动机和传动系统的不同齿轮位置,丰田在电动模式下反转。我在前一篇专栏文章中介绍的MG1发电机和Voltec环直接连接到发动机上。为了防止发动机在纯电动模式下反转,在发动机和外圈之间放置一个单体。对于离合器(图中的棘轮离合器),发动机不会反转或超速。这意味着voltec的电气性能不受行星齿轮转速的限制,这将提高纯电动驱动的速度。

?虽然配备了两台电机和两套行星齿轮,但通用汽车仍将系统重量控制在119kg,这是值得称赞的。

总结

一般来说,该系统在MGA发电机级别的基本原理与丰田普锐斯相似,只是与发动机和驱动轴相连的行星齿轮与丰田不一样。该系统最大的特点是采用同一组行星齿轮与主行走电机MGB电机连接。通过离合器和制动器的控制,可以实现速度耦合和转矩耦合。这使得系统的控制方式非常丰富,能够适应不同工况的需要,即发动机与双电机功率的叠加释放可以实现210kw(285hp)538nm的强大功率输出,发动机与主电机的MGB可以保持在最经济的速度范围通过速度耦合。

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