基于机械创新性方法的并联混合动力传动系统构型设计研究

摘要

随着混合动力汽车的迅速发展，构型成为了各大汽车企业的研究重点，然而由于国外公司专利封锁，严重制约了国产混合动力汽车创新构型的发展。目前大多新构型由传统自动变速器衍生发展而来，然而许多构型设计并未进行详细分析，其构型的递推方法也缺乏理论支撑，传动系统缺乏整体评价。
　　本文以单电机并联式混合动力汽车传动系统为研究对象，引入机械创新性方法进行构型设计，从机械运动链出发，着重构型设计过程，扩展出128种潜在的可行并联混合动力传动系统构型，并挑选其中一种潜在可行新型构型进行具体运行模式分析，根据受力平衡分析计算出各个运行模式下转矩关系，进行新型构型建模仿真分析，验证所选构型的合理性，也为运用机械创新性方法拓展设计更多潜在构型提供理论依据。
　　主要研究内容如下:
　　(1)分析当前混合动力汽车构型设计的国内外现状，总结国内混合动力汽车构型设计的局限性，阐述混合动力汽车构型设计研究的必要性。
　　(2)以单电机并联式混合动力汽车为研究对象，分析现有的单电机并联式混合动力汽车的拓扑结构以及运行模式，详细比较后归纳出单电机并联式混合动力汽车的拓扑结构特性。
　　(3)通过机械创新性设计方法，应用一般化规则得到单电机并联混合动力传动系统拓扑结构的运动链，根据其运动链连杆与运动副的数目，采用连杆类配方法得到一般化运动链。采用特定化程序，从一般化运动链图找出满足设计约束的可行特定化运动链图谱，除去同构类型后产生12种可行特定化运动链，利用具体化规则转换为相应的行星轮系的机构简图。
　　(4)根据动力输入输出端约束与能量分配结构，对行星轮系的机构简图进行动力输入输出分配，合理布置发动机、电机与输出端;根据各个运行模式的要求与约束，合理分配离合器与制动器，获取满足各项条件的128种潜在可行构型。
　　(5)选取某一具体新型构型进行具体分析，构建行星齿轮系统的输入输出关系，计算各个模式下转矩分配关系，建立其仿真模型，进行离线仿真，验证所选择的可行新型构型的合理可行性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 混合动力汽车构型研究现状

1．2．1 单电机并联系统

1．2．2 双电机串并联系统

1．2．3 双电机动力分流系统

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 技术路线

第二章 机械创新性设计方法

2．1 并联式混合动力汽车

2．2 并联式混合动力汽车传动系统拓扑结构

2．3 机械创新性设计方法

2．4．1 一般化程序

2．4．2 拓扑结构一般化

2．5 运动链及运动矩阵

2．5．1 连杆邻接矩阵

2．5．2 标号连杆邻接矩阵

2．5．3 缩杆邻接矩阵

2．5．4 排列群

2．6 一般化运动链图谱

2．7．1 特定化程序

2．7．2 设计约束

2．7．3 并联混合动力传动系统特定化

2．8 具体化运动链

2．9 本章小节

第三章 能量管理与运行模式分析

3．1．1 动力输入输出约束

3．1．2 能量分配结构

3．1．3 第一种类型动力输入输出分配

3．1．4 第二种类型动力输入输出分配

3．1．5 第三种类型动力输入输出分配

3．1．6 第四种类型动力输入输出分配

3．2 运行模式分析

3．2．1 第一种类型结构运行模式分析

3．2．2 第二种类型结构运行模式分析

3．2．3 第三种类型结构运行模式分析

3．2．4 第四种类型结构运行模式分析

3．3 本章小节

第四章 混合动力传动系统新型构型分析

4．1 行星齿轮传动比计算

4．2 新型构型传动系统受力平衡计算

4．3 运行模式分析

4．3．1 电机单独驱动模式

4．3．2 发动机单独驱动模式

4．3．3 混合驱动模式

4．3．4 功率分流模式

4．3．5 制动能量回收模式

4．3．6 停车充电模式

4．4 本章小节

第五章 混合动力传动系统新型构型建模分析

5．1 驾驶员模型

5．2 整车控制器(HCU)模型

5．3 动力模块

5．3．1 发动机模型

5．3．2 电机模型

5．3．3 电池模型

5．4 整车模块

5．5 模式切换模块

5．5．1 驱动模式选择

5．5．2 制动模式选择

5．6 扭矩分配策略

5．7 行星齿轮耦合模块

5．8 仿真分析

5．9 本章小节

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 创新点

6．3 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果