超轻度混合动力汽车优化匹配与仿真研究

摘要

超轻度混合动力汽车的传动系统是以回流式无级变速器作为传动装置的新型车辆传动方式，利用其传动比变化范围大的特点，可以实现轻度混合动力汽车所不具有的纯电动工况的功能。超轻度混合动力汽车的燃油经济性能和排放性能能够得到改善，与已有的轻度混合动力传动系统相比，超轻度混合动力汽车具有良好的发展前景。
　　 本文以超轻度混合动力汽车为研究对象，以提高整车的燃油经济性和平顺性为目的，主要开展了以下几方面的研究工作：
　　 ①在全面阐述了回流式无级变速传动系统的结构和工作原理基础上，建立了传动系统的速比和机械效率模型。综合考虑了回流式无级变速传动系统机械效率和发动机热效率对循环工况任意时刻油耗量(称为瞬时油耗)的影响，可以分析出瞬时油耗与瞬时系统效率(传动系统机械效率与发动机热效率的乘积)的关系。
　　 分别讨论了回流式无级变速传动系统的速比范围七和行星排结构参数耐系统效率的影响，并将κ和α作为优化设计的变量，利用基于系统效率最大化控制策略的回流式无级变速传动系统参数优化设计方法，得到了燃油消耗量最低时参数κ和α所对应的优化数值。基于Matlab/Simulink平台，对优化前、后参数设计的汽车进行了经济性仿真研究的比较。
　　 ②利用回流式无级变速传动系统大速比的特点，选用小功率电机作为辅助动力源，满足整车动力性能的基础上，对关键性部件进行了参数匹配。分析了超轻度混合动力汽车工作原理，将其工作模式划分为起步工作模式、驱动工作模式和倒车工作模式。针对起步工况不同的运行模式，制定了起步工况模式的判别条件，对于每一种起步工况模式制动了相应的控制策略，并分别进行了仿真试验研究。针对驱动工况模式，分别阐述了该工况下的四种运行模式，并采用了逻辑门限控制策略，对整车进行了ECE+EUDC循环工况仿真研究。
　　 ③分析了超轻度混合动力汽车低速挡(回流工况)、高速挡(纯无级工况)、过渡挡(回流-无级工况、无级-回流工况)转换的判别条件，针对回流-无级和无级-回流切换过程的控制方法作了进一步地讨论，得出了在切换过程中离合器L1和L3的接合或分离控制的重要性。因此，分别建立了离合器L1分离过程和离合器L3接合过程的动力学模型，并以满足整车冲击度要求为条件，计算得出了离合器L1和离合器L3转矩变化率的范围。分析了超轻度混合动力汽车驱动工况模式切换类型，制定了纯电动驱动工况切换到发动机工况的控制策略，建立了切换过程的动力学模型和整车仿真模型。
　　 ④在获取超轻度混合动力汽车关键部件效率试验模型的基础上，建立了不同驱动模式下的系统效率计算模型，以系统效率值最大为优化目标，得到了任意驱动工况模式下的目标速比和系统效率优化模型，并将任意驱动工况模式下的系统效率模型进行对比分析，从而得到混合动力汽车不同驱动模式的优化工作区域。以优化的工作区域作为驱动工况模式划分判别条件，建立了整车仿真模型，并进行了ECE+EUDC循环工况仿真研究。