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基于两级式CVT的新型混合动力传动系统的设计与研究

李圣节  
【摘要】:面对日益严峻的能源和环境问题,更加节能环保的新能源汽车在整个汽车行业已经占据了越来越大的市场。作为从传统车向纯电动车过渡的混合动力汽车,其良好的动力性能、经济性能、排放性能也使得其不断受到消费者的青睐。混合动力传动系统具有发动机和电动机两个动力源,如何布置驱动电机直接影响到整车的动力性与经济性。本文创新性地将两级式CVT传动系统与驱动电机相结合,提出了一种新型混合动力传动系统的可行性方案,并针对设计的混合动力传动系统进行了以下几方面的研究。(1)分析了两级式CVT传动系统的特点,提出了四种基于两级式CVT的混合动力传动系统的可行性方案,对起步装置和驱动电机做了选型对比分析,最终确定了一种最佳的传动方案;分析了新型混合动力传动系统各工作模式的工作状态以及相应的换挡执行机构的工作状态;分析了传动系统中主、副两个变速机构同时工作时协调工作状态;(2)通过对现有装载两级式CVT的车型的对比分析,确定了一款开发原型车,结合有关混合动力电动汽车的性能标准,并在保证原型车动力性的前提下,提出了新型混合动力传动系统的设计要求,根据设计要求对动力传动系统进行了参数匹配;根据所匹配的参数,进行了传动系统关键零部件的三维尺寸设计,并通过UG平台建立了传动系统三维概念模型;(3)根据新型混合动力传动系统的结构及工作特点,在满足汽车动力性、提高燃油经济性的前提下,制定了基于逻辑门限的整车控制策略,包括发动机的控制、电机的控制、电池系统的控制、CVT速比控制、副变速机构挡位的控制、再生制动力分配控制、工作模式切换的控制等;根据动力传动系统的工作原理以及制定的控制策略,在Matlab/Simulink平台上搭建了整车的动力传动系统以及控制系统的仿真模型(4)通过所搭建的整车仿真模型,分别进行了动力性与经济性仿真,验证了仿真模型的正确性以及控制策略的合理性,选择了四种典型的循环工况进行仿真分析,并与同类型的丰田第一代Prius的仿真结果进行了对比,结果表明,所设计的基于两级式CVT的新型混合动力传动系统的动力性和燃油经济性不仅相比于原型车有较大提升,而且相比于第一代Prius,其各方面性能也均占有优势,证明了本文所设计的混合动力传动系统的开发价值。


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