【文章內(nèi)容簡介】 離合器壓力及電機的輸出轉(zhuǎn)矩 mT 共同決定 . 當電機運行轉(zhuǎn)速小于 l 000r／ min 時，為保持整車有足夠的驅(qū)動力，此時 CVT 的速比為最大速比。當電機轉(zhuǎn)速大于 1 000r／ min 時，為更好地實現(xiàn)電機模式與發(fā)動機模式平穩(wěn)銜接和過渡，使切換完成后， CVT 目標速比不發(fā)生突變，將電機等效為發(fā)動機運行模式，并使其運行在等效發(fā)動機最佳經(jīng)濟油耗狀態(tài)，此時，速比按如下方式確定 : mn = en = ??fe ? (21) obji ? 77 /e g ern i ? (22) 式中 mn 為電機轉(zhuǎn)速 ??fe ? 為一定節(jié)氣門開度下經(jīng)濟轉(zhuǎn)速 。 obji 為目標速比， e? 為車速。 圖 23 耦合器速度關(guān)系圖 (2)純電動模式切換 到發(fā)動機模式 發(fā)動機油門開度較大且達到一定車速時，系統(tǒng)由電機驅(qū)動模式開始切換到發(fā)動機運行模式。由雙行星齒行星輪系速度方程可知 : 湖南大學畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 XVII 頁 ( e? h? )/( out? h? )=1/? (23) 式中 e? 為發(fā)動機輸入轉(zhuǎn)速 , h? 為行星架轉(zhuǎn)速， out? 為齒圈轉(zhuǎn)速， ? 為太陽輪與齒圈齒數(shù)比。在發(fā)動機未啟動前， CVT 輸入軸轉(zhuǎn)速等于電機轉(zhuǎn)速，發(fā)動機轉(zhuǎn) 速 e? =0，如圖 3線①所示。當電機運行到發(fā)動機高效轉(zhuǎn)速區(qū)間時，啟動發(fā)動機，隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高，齒圈轉(zhuǎn)速 out? 也隨之升高并逐漸接近行星架轉(zhuǎn)速并出現(xiàn) e? = out? = h? 見圖 3 線②。此時離合器主從動片轉(zhuǎn)速差為 0，若進行離合器控制可實現(xiàn)最平穩(wěn)方式結(jié)合。從而可得到由電機模式切換到發(fā)動機模式的最佳車速點 e? 。 e? =0． 377r mn ／（ gi cvti ) (24) 式中 r 為輪胎半徑， mn 為電機轉(zhuǎn)速 (約 1500r／ min)， gi 為主減速比， e? 為車速，cvti 為當前 CVT 速比。 由行星齒輪運動平衡方程可知 out eT T?/? (25) hT = outT eT =(1? ) eT /? (26) 1CT =mT hT (27) Iout out? +Bout 3? = outT 2Tc (28) 式中 outT 為齒圈輸出力矩， eT 為發(fā)動機輸入力矩， 2Tc 為離合器 C2傳遞力矩， hT為行星架上傳遞力矩 , Iout 為齒圈等效轉(zhuǎn)動慣量， Bout 為齒圈等效阻尼系數(shù)。如果忽略齒圈轉(zhuǎn)動慣量及阻尼系數(shù)影響，則 2Tc = outT =eT /? 通過控制 C2 離合器的結(jié)合壓力可以調(diào)節(jié)和控制發(fā)動機的輸出負載轉(zhuǎn)矩和整車的輸出轉(zhuǎn)矩。在離合器 2C 處于滑動狀態(tài)時， 湖南大學畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 XVIII 頁 cvt? = m? = h? 并滿足式 (3)。當 2C 處于結(jié)合狀態(tài)時，整個系統(tǒng)為一個剛體，此時。cvt? = e? . (3)混合驅(qū)動模式及驅(qū)動發(fā)電模式 當汽車上坡、急加速或發(fā)動機節(jié)氣門開度大于 80％時，系統(tǒng)進入混合驅(qū)動模式，此時 Cl、 C2 均結(jié)合，系統(tǒng)為一剛體。此時 CVT 輸入轉(zhuǎn)矩為 : cvtT = eT + mT (29) 當電池 SOC 過低，且發(fā)動機在高效區(qū)且有富余功率輸出時，系統(tǒng)進入驅(qū)動發(fā)電模式，此時 cvtT = eT mT (210) 在混合驅(qū)動模式下，由于電機助力的存在，從而滿 足發(fā)動機在最佳經(jīng)濟性曲線運行的同時大大提高系統(tǒng)的動力性能，可很好解決傳統(tǒng) CVT 傳動動力性與經(jīng)濟性不能兼顧的問題， CVT 速比仍可按式 (17)方式確定。當節(jié)氣門僅 80％時，為防止發(fā)動機燃油經(jīng)濟性的惡化，此時前電機加入驅(qū)動，發(fā)動機的目標轉(zhuǎn)速保持不變，目標速比為 : obji ? ? ?8 0 /0 .3 7 7 eerf ? (211) (4)驅(qū)動發(fā)電模式 當整車進入驅(qū)動發(fā)電模式時，優(yōu)先調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)矩使發(fā)動機工 作在最佳經(jīng)濟曲線，當通過 mT 的調(diào)節(jié)不能使其工作在最佳運行區(qū)域時，調(diào)節(jié) CVT 的速比來滿足發(fā)動機最佳油耗的關(guān)系， CVT 目標速比可按純發(fā)動機模式下關(guān)系確定 . (5)減速，制動模式 減速時 離合器 2C 分離， 離合器 1C 接合 ,旋 轉(zhuǎn) 著 的 CVT 輸入軸對 電機 充電，對能量進行回收。 減速制動時當車速度較高時 , 2C , 1C 均接合 . (6)倒車模式 湖南大學畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 XIX 頁 離合器 1C 接合 ， 2C 分離 電機反轉(zhuǎn)，和純電機模式 類似 ，由電機反向驅(qū)動， CVT 此時速比 最大。 耦合器總體布置設(shè)計 一 ,布置 方案 整車參數(shù)及動力性指標本設(shè)計是以 威樂轎車 為原型車，將其改裝為裝備無級自動變速器 CVT 混聯(lián)式混合動力汽車。 滿載總質(zhì) m=1715kg,空載總質(zhì)量 0m =1200kg(含電機 ,電池組的質(zhì)量 ),長 /寬 /高4185/1660/1510mm,空氣阻力系數(shù) DC =,迎風面積 ? ,車輪滾動半徑 m? ，傳動效率 t? =0 .9,滾動阻力半徑系數(shù) ? . 對于裝備的 CVT， 金屬帶參考速比范圍約 發(fā)動機參數(shù) 如表 : 排量 最大功率 最大扭矩 氣缸排列形式及缸數(shù) 氣門數(shù) 噴油方式 1498ml 68/6000(kw/rpm) 124NM 直列四缸 16氣門 電控 (1 ) 最大車速 max? =178km/h(純發(fā)動機驅(qū)動 )。 (2 ) 在車速 v=90km/h 時爬坡度 i 5% (純發(fā)動機驅(qū)動 )。 湖南大學畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 XX 頁 圖 24 耦合系統(tǒng)在整車中的 布置方案圖 混 聯(lián)式混合動力汽車用電動機選型 在混合 動力汽車上 ,電動機的選用原則 為 :(1)高性能、低自重和小尺寸 。(2)在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)有較高的效率 。(3)電磁輻射盡量小 。(4)成本低 :(5)維護方便。另外 ,對電動機的選用還應(yīng)綜合考慮其控制系統(tǒng)的特點，要求能盡可能實現(xiàn)雙向控制，對制動能量可以回收。目前混合動力汽車使用的電動驅(qū)動系統(tǒng)主要有直流電機驅(qū)動系統(tǒng)和交流電機驅(qū)動系統(tǒng)兩種。 直流電動機的優(yōu)點是機械性能好，調(diào)速方便而且性能好。通常采用晶體管斬波器寬脈沖調(diào)制方法實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。由于直流電機驅(qū)動系統(tǒng)具有成本低、易于平滑調(diào)速、控制器簡單、技術(shù)成熟等優(yōu)點，曾在電動汽車上得到廣泛應(yīng)用，但 由于直流電動機在運行過程中需要電刷和換向器換向限制了電機轉(zhuǎn)速的進一步提高 (最高轉(zhuǎn)速6,0008,000r/min)，另外，電機本身效率較低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且體積大、重量大、價格高、維護不方便決定了它必然會被其他先進的電機比如交流電機所取代?；? 合 動 力汽車上用交 流電機驅(qū)動系統(tǒng)主要有采用異步電機的驅(qū)動系統(tǒng)和永磁電機的驅(qū)動系統(tǒng) ,也有部分電動機采用了開關(guān)磁阻電機組成的交流驅(qū)動系統(tǒng)。交流異步電機驅(qū)動系統(tǒng)主要選用三相鼠籠異步電動機，該電動機結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、成本低廉、轉(zhuǎn)速極限極高，采用先 湖南大學畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 XXI 頁 進的控制技術(shù)，其動態(tài)性能可與直 流電機調(diào)速相媲美。隨著電力電子技術(shù)、控制理論的發(fā)展以及感應(yīng)電動機變頻調(diào)速技術(shù)日趨成熟，阻礙使用交流異步電機的控制技術(shù)已不存在。永 磁 電 機驅(qū)動系統(tǒng)主要選用永磁無刷同步電機，該電機沒有激磁銅耗、效率較高 (最大效率可達 95%)、功率因數(shù)高、體積小、功率密度大，其主要不足是永磁材料昂貴，制造工藝復(fù)雜，性能受溫度影響較大，大功率輸出困難。開關(guān) 磁 阻 電機驅(qū)動系統(tǒng)中的開關(guān)磁阻電機結(jié)構(gòu)十分簡單、成本較低、可靠性高、起動性能好、調(diào)速性能好，控制裝置也比較簡單，主要缺點為轉(zhuǎn)矩脈動達、噪聲大、必須使用位置監(jiān)測器、按照定子 的凸極數(shù)來確定逆變器和電機的引出線等，實際上，開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)目前只被少數(shù)公司使用，但開關(guān)磁阻電機由于其性能特點和制造優(yōu)勢，隨著技術(shù)的成熟也有著較好的應(yīng)用前景?？傊? ，考慮到技術(shù)發(fā)展趨勢和性能要求，驅(qū)動系統(tǒng)成了混合動力汽車的主要選擇，其中異步電機驅(qū)動系統(tǒng)和永磁電機驅(qū)動系統(tǒng)更具應(yīng)用潛力，而其它電機比如開關(guān)磁阻電機隨著技術(shù)的不斷完善也將具有一定的應(yīng)用前景。 本論文采用交流感應(yīng)式異步電機，額定轉(zhuǎn)矩 90N m，額定功率 17kw，峰值功率 30kw. 混合動力汽車用儲能元件選型 在混合 動力汽車中 ,儲能元件 起著向電動機供能以及向動力傳動系輸出峰值功率的作用，另外還接收制動再生能量并將其存儲起來。能量回收對提高混合動力汽車的總效率是非常有意義的，據(jù)文獻介紹，對應(yīng) EPA 混合燃油循環(huán)，能量回收制動可減少車輛驅(qū)動能量需求的 14%。因此在混合動力汽車上要求儲能裝置應(yīng)在長時間內(nèi)能夠接收制動功率，為使儲能裝置不致太龐大和過重，要求其應(yīng)具有比較高的比功率和比能量。同時混合動力汽車上的儲能元件需要頻繁地充放電，因此還要求它的充放電特性較好，自放電率較低，輸出效率較高，其使用壽命即循環(huán)充放電的次數(shù)應(yīng)較長。另外為降低整車的價格，儲 能元件的成本亦不能太高。目前 應(yīng) 用 較為廣泛的儲能裝置有飛輪電池、超級電容、電化學電池、燃料電池四種。飛輪電池具有 24kw/kg 的比功率和 125wh/kg 的比能量并且?guī)缀趺饩S護，具有較低的壽命周期成本，使之十分適合作重型卡車混合動力傳動系的儲能元件，目前，飛輪電池難以推廣應(yīng)用的原因是其昂貴的價格以及使用過程中的安全可靠性能。超級電容由于其比能量較低，只適合于比能量需求較低的輕度混合動 湖南大學畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 XXII 頁