【正文】 m),并對CVT傳動特性作出了研究分析，通過不同工況下功率,扭矩,轉(zhuǎn)速的分析計算，完成了一個基于CVT的混合動力汽車動力耦合系統(tǒng)的設(shè)計。通過計算，確定了包括驅(qū)動和能源部件的參數(shù)設(shè)計和選型、關(guān)鍵零部件的選擇及設(shè)計，以及所有部件在整車中的安裝布置。它與普通自動變速器有較大的區(qū)別, 省去了復(fù)雜而又笨重的齒輪組合, 只用2組帶輪, 通過改變驅(qū)動輪與從動輪傳動帶的接觸半徑, 實現(xiàn)連續(xù)變速傳動。金屬帶式CVT 是汽車傳動系統(tǒng)中實現(xiàn)無級變速的最重要部分，發(fā)動機輸出的動力傳遞到無級變速器的主動輪后，再通過金屬帶式無級變速單元進行無級變速，之后通過中間減速器、主減速器，通過差速器傳遞給車輪。各個汽車企業(yè)對于新能源汽車的開發(fā)熱潮也是一浪高過一浪。面對這種情況，汽車廠商也一直在進行新能源汽車的開發(fā)。由于CVT可以連續(xù)改變速比，使得汽車在任意行駛工況下，都可以按駕駛員的操作意圖實現(xiàn)發(fā)動機和電機工作點與變速器的最佳匹配(最佳經(jīng)濟匹配或最佳動力匹配)，從而可降低排放，提高整車的燃油經(jīng)濟性、動力性、操作性以及乘坐舒適性，使整車綜合性能達到最佳。 串聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)的總成結(jié)構(gòu)示意圖如圖11 所示。電動機是汽車唯一的機械動力源。在汽車高負荷運轉(zhuǎn)時，蓄電池和發(fā)電機組共同對電動機供電。串聯(lián)式混合動力汽車的這種布置形式和控制思路使之具有以下特點：優(yōu)點:（1） 在特定區(qū)域可實現(xiàn)“零排放”行駛； （2）作為輔助動力的發(fā)動機運行范圍窄，因而可控為高效、低排放；（3） 電動機的驅(qū)動形式可十分靈活，滿足較為廣泛的運用（包括特種軍用車輛）； （4） 控制系統(tǒng)相對簡單，便于向純電動汽車過渡；缺點：（1）需要配置一臺較大功率的發(fā)動機和發(fā)電機組，增大了車的額外負荷和制造成本；（2） 能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多，降低了動力系統(tǒng)綜合效率。并聯(lián)式混合電動汽車的結(jié)構(gòu)形式更像是附加了一個電動機驅(qū)動系統(tǒng)的普通內(nèi)燃機汽車。一般來說，并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的控制策略是，當汽車在低速等小功率工況行駛時，通過控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)發(fā)動機功率，而在汽車加速或高速行駛，發(fā)動的功率不足以滿足汽車行駛所需功率時，由控制器控制電動機協(xié)助驅(qū)動。（2）發(fā)動機與電動機兩大動力總成的功率可以互相疊加起來滿足汽車行駛的最大功率要求，因而，系統(tǒng)可采用較小功率的發(fā)動機與電動機，使得整車動力總成尺寸小，質(zhì)量也較輕。 混聯(lián)式HEV動力耦合結(jié)構(gòu) 所示 . 圖13混聯(lián)式系統(tǒng)總成結(jié)構(gòu)圖混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的布置方案是串聯(lián)式布置和并聯(lián)式布置的綜合。發(fā)電機發(fā)出的電能由控制器控制，輸送給電動機或者電池，電動機產(chǎn)生的驅(qū)動力矩通過動力復(fù)合裝置傳送給驅(qū)動橋。這種比串聯(lián)布置和并聯(lián)布置都更為復(fù)雜的布置和控制模式使之具有以下特點： （1）該系統(tǒng)適合各種行駛條件，具有良好的燃油經(jīng)濟性和排放性能，且不需外界充電，續(xù)駛里程與內(nèi)燃機汽車相當，是最理想的混合電動方案。 混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選型依據(jù)基于以上對HEV動力系統(tǒng)的分析，在動力系統(tǒng)選型中著重考慮以下幾個因素： 使用環(huán)境HEV的動力系統(tǒng)一般基于特定工況進行設(shè)計，這是因為多數(shù)動力系統(tǒng)對工況比較敏感，不同工況性能差別很大，只有在特定的工況下才能充分發(fā)揮低油耗、低排放的優(yōu)點。如果對加速性能要求高，就有必要選擇配有峰值功率調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)型式。而我們設(shè)計的是轎車,既要有一個的起步加速能力,又要有足夠的超車加速能力,特別是在城市交通擁擠的時候,而且最重要的是節(jié)能節(jié)能減排,. 一般的混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)其控制系統(tǒng)技術(shù)含量高，控制元器件價格高，整車價格較高,但CVT正是一個控制性高的一個傳動系統(tǒng),這樣的話在某些方面二者可以協(xié)同設(shè)計,協(xié)同控制.當節(jié)氣門的開度一定，發(fā)動機部分負荷特性中的功率與燃油消耗曲線如圖14所示。從大到小連續(xù)改變節(jié)氣門開度，就得到發(fā)動機一條最佳經(jīng)濟線和一條最大功率線。 圖 15 發(fā)動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)特性它們分別表示發(fā)動機節(jié)氣門開度與發(fā)動機轉(zhuǎn)速關(guān)于發(fā)動機最佳動力性，最佳經(jīng)濟性的調(diào)節(jié)特性曲線。如當節(jié)氣門開度連續(xù)變化時，通過無級變速器自動改變速比使發(fā)動機的轉(zhuǎn)速按E線滑動，這就是CVT的所謂的E模式（經(jīng)濟模式）。傳統(tǒng)的CVT非混合動力汽車不得不在E、S模式之間求折中，往往滿足了經(jīng)濟性但當前工況下動力性要求卻滿足不了。 圖21 耦合器結(jié)構(gòu)簡圖表1；動力模式切換和離合器,制動器控制 圖22 耦合器速度關(guān)系圖(1)純電動驅(qū)動模式整車在起步時由電機驅(qū)動，此時控制離合器結(jié)合,離合器傳遞的力矩由離合器壓力及電機的輸出轉(zhuǎn)矩共同決定.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。為目標速比， 為車速。由雙行星齒行星輪系速度方程可知:()/()=1/ (23) 式中為發(fā)動機輸入轉(zhuǎn)速,為行星架轉(zhuǎn)速，為齒圈轉(zhuǎn)速，為太陽輪與齒圈齒數(shù)比。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)速也隨之升高并逐漸接近行星架轉(zhuǎn)速并出現(xiàn)==見圖3線②。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。由行星齒輪運動平衡方程可知/ (25)==(1)/ (26)= (27)+= (28)式中為齒圈輸出力矩，為發(fā)動機輸入力矩，為離合器C2傳遞力矩，為行星架上傳遞力矩, 為齒圈等效轉(zhuǎn)動慣量，為齒圈等效阻尼系數(shù)。在離合器處于滑動狀態(tài)時，==并滿足式(3)。=.(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。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: (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分離，離合器接合 ,旋轉(zhuǎn)著的CVT輸入軸對電機充電，對能量進行回收。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。(2 ) 在車速v=90km/h時爬坡度i 5% (純發(fā)動機驅(qū)動)。(2)在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)有較高的效率。(4)成本低:(5)維護方便。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。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)。混 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)。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。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。本論文采用交流感應(yīng)式異步電機，額定轉(zhuǎn)矩90N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%。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。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(xué)電池、燃料電池四種。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力汽車，俄羅斯有關(guān)專家也指出在輕度混合動力汽車采用電容儲能器將更加合理。鉛酸電池是汽車儲能動力源中較為成熟的一種，它的比能量一般為3040wh/kg，比功率一般為150200w/kg，循環(huán)使用壽命一般為500700次。但常規(guī)的鉛酸電池比能量低、難于快速充電、使用壽命不夠長。這限制了它在混合動力汽車上的廣泛應(yīng)用。的大小要滿足以下兩個限制條件。由于無論當汽車空載或滿載時均要求使發(fā)動機按照最小燃油消耗特性來工作，所以汽車阻力功率按空載工況計算。i0的大小應(yīng)能保證當CVT速比調(diào)到最大值時，汽車的計算車速不低于設(shè)計所要求的最高車速，即: (214)式中: 為發(fā)動機最大功率所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速. 最后配合程序計算的主減速器的速比為=4 .045. 3 金屬帶傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計 金屬帶式CVT 的無級變速原理金屬帶式CVT 主要由金屬帶和主、從動輪組成，主、從動帶輪均為組合結(jié)構(gòu)，都是由可動錐盤和固定錐盤組成，與油缸靠近的一側(cè)可動錐盤可以在軸上移動?？伞膭渝F盤都是楔形面結(jié)構(gòu)，當動力傳到主動輪上，液壓缸在控制下對主動帶輪可動錐盤產(chǎn)生軸向