摘要：本文从城市公交客车的实际使用工况入手,分析了目前市场上的混合动力及纯电动公交车所采用的动力传动机构，介绍了一款新型的城市公交客车所用的混合动力传动装置。
ABSTRACT：Thispaperaccordingthecitybusactualcondition,analysesthecurrentlyonthemarkethybridandpureelectricbusthepowertransmissionmechanism,andintroducesanewtypeofhybridtransmission.
关键词：城市公交工况混合动力客车典型混合动力系统介绍新型混合动力传动装置
1、城市公交客车的典型工况介绍
1.1、车辆低速、低档、大扭矩、怠速运转时间多：
平均车速：平时15～25km/h；高峰期10km/h左右；
最高车速：≤65km/h；
怠速运转时间比例：21～45％；
使用频率：0～5km/h占30～36％；
5～25km/h占38～43％，
30～60km/h占14.6～23%；
驾驶员经常使用低档起步、加速，发动机常处于大扭矩区域工作；
1.2、频繁起步、换档、制动、分离：
据调查研究统计：驾驶员平均每天换档2000~3000次；
离合器平均每天分离2000～3300次。
1.3、公交线路实际运营情况介绍：
1.4、小结
正因为城市公交客车的这种典型工况，使得整车的燃油消耗高，运营成本高，对能源的消耗大，对环境的污染大，因此国家大力推行各种节能减排的项目，这也就使得各种新型的可以达到节能减排目的的车辆如雨后春笋般快速发展起来，特别是在目前电池技术不过关的前提下，混合动力客车迎来了前所未有的发展机遇；
2、混合动力客车传动装置介绍
2.1混合动力客车能量回收释放原理介绍
混合动力原理图
混合动力客车的原理即：充分利用发动机的经济区域，使整车更多的处于此区域工作，同时通过能量存储装置，适时释放和回收能量，协助整车运行，达到节省燃油的目的。
2.2、混合动力系统的分类
根据混合动力驱动的联结方式，混合动力系统主要分为以下三类：
一是串联式混合动力系统。串联式混合动力系统一般由内燃机直接带动发电机发电，产生的电能通过控制单元传到电池，再由电池传输给电机转化为动能，最后通过变速机构来驱动汽车。电池对在发电机产生的能量和电动机需要的能量之间进行调节，从而保证车辆正常工作。这种动力系统在城市公交上的应用比较多；
二是并联式混合动力系统。并联式混合动力系统有两套驱动系统：传统的内燃机系统和电机驱动系统。两个系统既可以同时协调工作，也可以各自单独工作驱动汽车。这种系统适用于多种不同的行驶工况，尤其适用于复杂的路况。该联结方式结构简单，成本低；
三是混联式混合动力系统。混联式混合动力系统的特点在于内燃机系统和电机驱动系统各有一套机械变速机构，两套机构或通过齿轮系，或采用行星轮式结构结合在一起，从而综合调节内燃机与电动机之间的转速关系。与并联式混合动力系统相比，混联式动力系统可以更加灵活地根据工况来调节内燃机的功率输出和电机的运转。此联结方式系统复杂，成本高。
2.3、国内外主要混合动力介绍
目前，混合动力客车的系统供应商有美国EATON公司、美国Allision公司、广西玉柴股份有限公司（上海交大）、苏州绿控（清华大学）、福工混合动力技术开发有限公司、天津松正、东风电动、一汽客车、深圳中环动力、南车时代等。
其中，福工系统、松正系统、中环动力采用的无变速器结构的混合动力系统；美国EATON公司、美国Allision公司、广西玉柴股份有限公司（上海交大）、苏州绿控（清华大学）、东风电动、一汽客车都采用了具有自动变速器结构的混合动力系统。
2.4、混合动力系统典型传动装置的介绍：
2.4.1、EATON混合动力系统介绍
美国EATON系统结构
2.4.1.1、EATON系统搭载整车的基本配置表(以福田为例)
2.4.1.2、EATON系统的显著特点
●基于离合器后、变速器输入轴的动力耦合系统
●能提供传统纯发动机行驶模式——有利于增加运行可靠性
●能够实现车辆电动起步——有利于提高节油率，减小起步噪声
●结构紧凑——有利于在低入口车辆中，布置油箱与尾气后处理装置
●无离合与换挡操作——有利于提供驾驶的舒适性
●配备强制手动换挡操作——有利于车辆的可靠性
2.4.1.3、EATON混合动力驱动系统传动装置AMT介绍
EATON混合动力系统的变速器采用的是EATON公司自己生产的6速电控机械式自动变速器，如下图所示：
此变速器的特点电控电动的AMT变速器，离合器和选换档由混合动力控制系统控制，自动完成离合器操纵及选换挡操纵；同时具有强制手动换挡操作模式，使车辆具有“跛行”回家的功能。
国内与此结构类似的系统供应有玉柴、南京绿控等主要厂家，所采用的变速器均为电控机械式AMT变速器或已全部改为AMT变速器，两家的AMT变速器具有一个共同特点，都选用了天津中德牌变速器。
2.4.2、美国Allision系统介绍
Aliision系统结构
2.4.2.1、Allision系统的显著特点
●“真正的”双模式双电机的系统耦合方案，体现为：双工作模式、双电机、双离合器、单行星排变速机构，是当前技术水平最先进的混合动力系统之一；
●能够实现无限多个速比，具有相当CVT的功能，使得车辆具有优异的连续平顺的加速能力；
●动力系统效率高，在不同的工况下运行，能够实现23~43%的节油率；
●两个电机的额定功率均为：100kW；
●传动机构为带有湿式离合器的多个单行星齿轮机构变速器；
●采用镍氢电池
——额定电压：DC600V；电压范围：DC430~900V；
——总质量：437kg，储能量：12kW*h；
此系统的动力传动装置非常新颖，它将电机、离合器、行星排集成到一起，简化了原来电机和变速器分开布置的方案，使传动装置更紧凑、适应范围更广；同时其节能减排效果非常明显。
2.5、各混合动力系统的优缺点分析
串联式混合动力系统结构布置简单，但传动效率过低；并联结构传动效率高，但不能控制发动机的经济工作转速；混联式结构克服了串联和并联的缺点，综合性能好。但混联式机构同样存在缺陷：典型的混联结构传动装置由发动机、发电机、电动机和行星齿轮机构组成，以行星齿轮机构作为动力耦合和分配装置，可为车辆提供纯电动、混联驱动两种驱动模式，这种结构存在如下问题：a、发动机不能始终在经济区工作；b、车辆起步用离合器或液力变矩器，效率低；c、电动发电机的电能流动大，效率低；d、电池只作为提供动力的原能量，不能平衡发动机功率；
基于以上的介绍分析，我公司推出了一种新型的混合动力传动装置，继承了混联结构混合动力传动装置的优点，同时解决了混联结构传动装置的一些缺点，意义重大。
3、中德新型混合动力传动装置介绍：
3.1、结构布置：
此传动装置结构包括发动机、电动/发电机（E1）、电动/发电机（E2）、离合器C1、离合器C2、制动器B1、制动器B2、复合行星齿轮机构（也称拉维纳式行星齿轮机构）、逆变器、电池和电控装置。
电动/发电机E1与拉维纳行星齿轮机构大太阳轮t1相连，离合器C1与拉维纳行星齿轮机构小太阳轮t2相连，电动/发电机E2与离合器C1和离合器C2相连，制动器B2与电动/发电机E1相连，制动器B1与拉维纳行星齿轮机构的行星架j相连，电池通过逆变器与电动/发电机E1和电动/发电机E2相连。
3.2、可实现的工作模式介绍：
纯电动工作模式一介绍：通过控制离合器C2分开、离合器C1分开、制动器B2分开、制动器B1接合、发动机停止，控制电动/发电机E1以电动机方式运行，实现该新型混合动力传动装置的纯电动工作模式；
纯电动工作模式二介绍：通过控制离合器C2、分开、离合器C1接合、制动器B2分开、制动器B1接合、发动机停止，控制电动/发电机E1以电动机方式运行，控制电动/发电机E2以发电机方式运行，电动/发电机E2发的电通过逆变器给电动/发电机E1供电，实现新型混合动力传动装置的纯电动工作模式二；
混合驱动工作模式介绍：通过控制离合器C2结合、离合器C1接合、制动器B2分开、制动器B1接合、发动机起动并在定工况下工作，控制电动/发电机E1以电动机方式运行，控制电动/发电机E2以发电机方式运行，电动/发电机E2发的电通过逆变器给E1供电，发动机的动力通过驱动E2发电和驱动拉维纳行星齿轮机构小太阳轮t2，实现新型混合动力传动装置的混合驱动工作模式；
串联工作模式介绍：通过控制离合器C2接合，离合器C1分开、制动器B2分开、制动器B1接合、发动机起动在定工况下驱动E2发电，控制电动/发电机E1以电动机方式运行，控制电动/发电机E2以发电机方式运行，此时电动/发电机E2给电动/发电机E1供电，实现新型混合动力传动装置的串联工作模式；
功率分流工作模式介绍：通过控制离合器C2接合、离合器C1接合、制动器B2接合、制动器B1分开、发动机在定工况下运行，动力一部分给拉维纳行星齿轮机构的小太阳轮t2，另一部分驱动电动/发电机E2以发电机方式运行，平衡发动机的负荷，实现新型混合动力传动装置的功率分流工作模式；
3.3、该新型混合动力传动装置的优点：
●电能流动少提高了混合动力传动系统传动效率；
●采用了4个执行机构，可实现5种驱动模式，以适应车辆不同行驶工况的动力需求；
●实现混合动力传动系统两个电机可同时参与驱动；
●传动机构为带有湿式离合器的复合行星齿轮变速机构（也称拉维纳式行星齿轮机构）；
●具有与CVT相当的功能，使得车辆具有优异的连续平顺的加速能力；
●动力系统传动效率高，实现较高的节油率；
●采用了DCT变速器上选用的空心轴结构；
●动力输入部分采用干式离合器，布置简单；
●车辆在高速行驶时，可实现由发动机直接驱动，电机可用来平衡发动机的功率；
3.4、适用范围介绍
此结构的传动装置，如果选择不同的发动机和电机，可以适用于10m到14m及BRT等各式城市公交混合动力及纯电动车辆，前景广阔。
3.5、制造难点分析
●复合行星齿轮机构的研制；
●空心轴类零件的加工；
●电控系统的开发验证；
●可靠的电池及管理系统的开发；
4、结束语
随着汽车工业的发展，国内汽车整车及零部件行业越来越多的人士认识到混合动力客车传动装置的重要性，对于汽车变速器厂家而言，深刻理解混合动力客车的结构，尤其是其传动装置的结构，并应用已经成熟的理论及新的变速器的开发理念，能够推动整个变速器行业及整车技术的快步向前发展。
天津中德传动有限公司提出的新型混合动力传动装置，结构比较新颖，理论计算结果喜人，可以适用混合动力城市公交工况，它的成功开发，意义重大。