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机电耦合变速器产品开发关键技术研究

李罡  
【摘要】:插电式混合动力汽车(Plug-in Hybrid Electric Vehicles,PHEV)是我国重点发展的新能源汽车品种之一。作为PHEV/HEV整车的核心部件,专用机电耦合变速器(Mechatronic Coupling Transmission,MCT)的产品开发关键技术也是我国汽车工业的重点科技攻关领域之一。立足于我国某车企中长期的战略规划,面向量产产品开发需求,本文开展了以下研究工作。通过对国内外主流机电耦合变速器的架构/构型演变进行综合归纳,得出了它们赖以衍生的基础构型方案,可分为单电机并联构型(P2)、双电机串并联构型(Combined Hybrid,CH)和电动无级变速构型(Electrical Continuous Variable Transmission,ECVT)三大类。通过实施多方案分析工程,即结合企业知识(能力)积累情况及市场调研信息,对三种基础构型深入进行性能、工艺、成本、知识产权壁垒突破(规避)的可能性等多维度综合评价研究,就机电耦合变速器的构型建立起了一套主客观分析相结合的评价体系或方法学。基于此明确了机电耦合变速器总体设计的构型技术方向,其后将在坚持选定构型方向的前提下,由简单至复杂,滚动地发展出系列新产品。为适于开展PHEV机电耦合变速器大规模客观评价,本文设计了机电耦合变速器构型变化分析的PVS(Powertrain Variation Study)客观评价方法,提出以基于瞬时等效油耗最小目标的多阶段模型构建技术,将Radau伪谱拼接法应用于能量管理策略的全局优化中,来实现PHEV机电耦合变速器大规模客观评价过程。通过实例验证了Radau伪谱拼接法具有与动态规划算法相当的全局优化能力,且求解速度显著提升。基于对三种基本构型的动力性、经济性和成本性能等进行的PVS分析,在给定边界条件下对三种构型进行了客观量化对比。然后结合企业、市场及知识产权等方面的情况,得到三种基础构型的主客观综合评价分,从而确定以双电机串并联构型(CH)为企业的构型发展主方向。基于此不仅形成了具有综合优势和自主知识产权的构型方案,也为后续具体研发工作奠定了坚实基础,确保了量产的可行性。针对搭载机电耦合变速器的具体PHEV整车,进行了动力系统部件初步选型和参数设计。提出了一种面向车载应用基于规则的PHEV能量管理策略,基于AMESim和Simulink联合的PHEV前向仿真模型,开展了PHEV整车动力系统参数匹配优化,确定了系统的最佳匹配方案。通过建立完整的多物理场耦合模型进行分析,对离合器、电机和齿轮等部件的冷却、润滑功能进行了优化。为验证该机电耦合变速器控制策略、结构可靠性、系统冷却润滑等方面的性能,开展了整机与整车的台架及道路试验研究。通过NEDC和WLTC工况下整车经济性测试,验证了系统设计与能量管理策略的先进性;而整车驱动耐久和热平衡等试验,则验证了结构可靠性和系统冷却润滑性能满足要求。综上,本文基于PHEV/HEV机电耦合变速器的正向产品开发工作,系统化地开展了其关键技术研究,探索构建了一套具有原创性、完整性、可复用的这类高技术产品的开发方法及相关知识框架,并有力支撑了某机电耦合变速器发展成为颇具市场竞争力的量产系列产品(2019年被中国汽车评价研究院等评为“世界十佳变速器”之一)。


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