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双电机混合动力汽车无动力中断切换过程研究

周石磊  
【摘要】:汽车保有量的增加带来了巨大的资源和环境压力,发展节能和新能源汽车成为重要的解决方案。节能和新能源汽车主要包括纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车。综合考虑成本、续驶里程和安全性,混合动力汽车得到了广泛的关注,众多汽车企业和科研机构都投入了大量的资源进行研究。当前混合动力汽车动力耦合机构主要包括定轴式变速机构和行星排,行星排齿轮机构能够快速实现动力源工作模式切换,但其结构较为复杂且需要经过多次齿轮啮合降低了行星排传递效率。当前众多汽车厂家采用在传统燃油汽车传动链中增加电机的混合动力方案,并保留变速器以扩大动力系统输出扭矩和转速的范围。为解决使用机械式自动变速器(AMT)的混合动力汽车存在的换挡动力中断问题,本文开展了如下研究工作:提出一种新型双电机混合动力系统设计方案,该系统主要包括一个发动机、两个电机和一个四挡变速器。介绍了该系统的结构和工作原理,分析了各工作模式下动力源和离合器及同步器的工作状态。结合车辆运行特点,对其起步过程和换挡过程各阶段进行动力学分析,并建立了动力学方程。以北汽C70品牌B级轿车为目标进行了动力系统参数匹配,结合发动机和电机高效区工作特性和传动链传动比设计了基于规则的能量管理策略和扭矩分配策略,对发动机和电机工作区域进行了划分,在各个工作模式下以系统效率最高为目标确定了发动机和电机输出扭矩。基于AMESim软件平台搭建了整车仿真模型,在Matlab/Simulnk软件中,设计了动态过程分层控制策略,包括换挡过程的控制和换挡各阶段动力系统部件控制。电机和发动机调速控制策略、离合器和同步器位置控制策略以及发动机和电机扭矩协调控制策略构成了部件控制策略的主要内容。最后通过以上模型对汽车起步过程和换挡过程进行仿真分析。整车模型和控制策略联合仿真结果表明,在汽车起步过程中,对发动机和电机输出扭矩进行协调控制能够明显降低汽车起步冲击度,改善汽车舒适性。换挡过程中,所提出的双电机混合动力系统设计方案可以实现车辆变速器输出扭矩平顺变化,不出现动力中断现象,并能控制车辆冲击度处于合理范围内。


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