單模復(fù)合動(dòng)力分流混合動(dòng)力系統(tǒng)開發(fā)及熱平衡技術(shù)研究.pdf

1、能源和環(huán)境問題給汽車研發(fā)提出新的挑戰(zhàn)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)化已經(jīng)成為汽車動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，行星齒輪動(dòng)力分流變速箱技術(shù)成為國際主流的深度混合動(dòng)力系統(tǒng)方案。混合動(dòng)力分流系統(tǒng)集成串聯(lián)和并聯(lián)混合動(dòng)力方案的優(yōu)點(diǎn)，能更好地適應(yīng)行駛路況，同時(shí)實(shí)現(xiàn)整車的無級變速。動(dòng)力分流變速箱技術(shù)包括動(dòng)力分流系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電機(jī)系統(tǒng)開發(fā)、獨(dú)立液壓系統(tǒng)開發(fā)以及整車控制策略開發(fā)，是高密度的集成技術(shù)體系。本文研究動(dòng)力分流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)、核心控制算法以及基于動(dòng)力分流系

2、統(tǒng)控制策略的混合動(dòng)力變速箱熱平衡管理技術(shù)。
　　 研究動(dòng)力分流系統(tǒng)的基本動(dòng)力分流模式特性，從傳動(dòng)系統(tǒng)效率和扭矩輸出能力角度評估各種可能的結(jié)構(gòu)方案，分析結(jié)論可以作為動(dòng)力分流系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。介紹單模和雙模動(dòng)力分流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及換擋元件的應(yīng)用技術(shù)，采用雙離合器技術(shù)、連接軸切換、電機(jī)轉(zhuǎn)速解耦等設(shè)計(jì)技術(shù)開發(fā)多款單模和雙模動(dòng)力分流系統(tǒng)方案，提高了單模動(dòng)力系統(tǒng)扭矩輸出能力和高車速傳動(dòng)系統(tǒng)效率。設(shè)計(jì)基于拉維納復(fù)合行星齒輪機(jī)構(gòu)的新型四軸

3、動(dòng)力分流機(jī)構(gòu)，并開發(fā)采用該動(dòng)力分流機(jī)構(gòu)的單模復(fù)合動(dòng)力分流系統(tǒng)，填補(bǔ)同類混合動(dòng)力分流產(chǎn)品的空白，也是目前第一款三自由度動(dòng)力分流系統(tǒng)。研究動(dòng)力分流傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度匹配技術(shù)，建立動(dòng)力分流傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)化振動(dòng)模型，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)剛度的優(yōu)化匹配。
　　 動(dòng)力分流系統(tǒng)的控制技術(shù)是產(chǎn)品硬件開發(fā)的重要中間環(huán)節(jié)，不僅可以驗(yàn)證動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，而且還為各子系統(tǒng)提供設(shè)計(jì)載荷譜。動(dòng)力分流系統(tǒng)的控制技術(shù)主要包括工作點(diǎn)優(yōu)化、驅(qū)動(dòng)模式管理和各部件的扭矩平衡控制

4、。對于行星齒輪動(dòng)力分流系統(tǒng)而言，各傳動(dòng)軸之間的扭矩平衡控制是動(dòng)力系統(tǒng)控制的關(guān)鍵技術(shù)，其核心內(nèi)容是確定各種扭矩平衡模式的控制參數(shù)解耦條件。開發(fā)適用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的動(dòng)力分流系統(tǒng)控制策略，仿真分析動(dòng)力系統(tǒng)在典型標(biāo)準(zhǔn)工況下各部件的工作載荷，并作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和校核的載荷條件，電機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)的損失功率譜作為動(dòng)力箱熱平衡管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)，為液壓系統(tǒng)開發(fā)提供流量和壓力要求。
　　 混合動(dòng)力變速箱的熱平衡管理系統(tǒng)主要研究維持動(dòng)力電機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)熱平衡狀

5、態(tài)的管理技術(shù)，包括動(dòng)力箱熱平衡功率分析、液壓冷卻系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及液壓元件設(shè)計(jì)?；旌蟿?dòng)力箱的熱功率主要來源于內(nèi)部電機(jī)的損失功率，其大小取決于動(dòng)力系統(tǒng)控制策略對電機(jī)工作點(diǎn)的控制，因此動(dòng)力箱的熱平衡技術(shù)是建立在動(dòng)力系統(tǒng)控制策略之上的管理技術(shù)。設(shè)計(jì)動(dòng)力電機(jī)的噴淋直冷方案，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的完全油冷。考慮到動(dòng)力箱內(nèi)部集成兩個(gè)制動(dòng)器元件，需要設(shè)計(jì)高壓閉合油路，因此在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)開發(fā)了具有電機(jī)冷卻、傳動(dòng)系統(tǒng)潤滑及換擋高壓控制油路的集成液壓方案，同時(shí)簡化了動(dòng)力

6、箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和油路布置。
　　 深度混合動(dòng)力系統(tǒng)的多種工作模式使得液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)自動(dòng)變速箱，設(shè)計(jì)機(jī)械油泵和電機(jī)油泵組成的雙液壓源方案，滿足動(dòng)力系統(tǒng)在純電動(dòng)和混合驅(qū)動(dòng)模式下的流量需求。機(jī)械油泵采用主減速齒輪驅(qū)動(dòng)，其輸出流量與車速成比例關(guān)系，只有當(dāng)車速較低機(jī)械油泵無法滿足需求流量時(shí)，電機(jī)油泵才起動(dòng)進(jìn)行流量補(bǔ)償。當(dāng)車速達(dá)到一定時(shí)將由機(jī)械油泵單獨(dú)提供系統(tǒng)需求流量，電機(jī)油泵停止工作，該方案可以通過油泵排量的優(yōu)化設(shè)計(jì)降低液壓系統(tǒng)的

7、溢流損失。采用先導(dǎo)式電磁閥設(shè)計(jì)雙壓力水平的液壓控制油路，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高低油壓的自動(dòng)控制，只有在制動(dòng)器閉合時(shí)液壓系統(tǒng)才工作在高壓狀態(tài)，在制動(dòng)器打開時(shí)液壓系統(tǒng)只工作在滿足冷卻潤滑要求的低壓狀態(tài)，最大程度地降低了液壓系統(tǒng)的功率消耗。
　　 根據(jù)液壓系統(tǒng)各油路的設(shè)計(jì)壓力，通過理論計(jì)算確定各液壓元件的結(jié)構(gòu)尺寸，采用有限元技術(shù)分析液壓閥板油道的密封性能，優(yōu)化固定螺栓分布使其對閥體產(chǎn)生的壓緊應(yīng)力覆蓋整個(gè)油路，避免低應(yīng)力區(qū)域造成流量泄漏。建立冷卻潤

8、滑油路的流量分配模型，研究不同油溫下各冷卻潤滑油路流量和壓力的變化特性，實(shí)現(xiàn)電機(jī)和齒輪冷卻潤滑流量的比例分配。采用多學(xué)科仿真軟件ITI-SimulaitonX建立完整的液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真模型，驗(yàn)證液壓系統(tǒng)原理方案、液壓元件尺寸設(shè)計(jì)以及液壓系統(tǒng)在各種油溫和行駛狀態(tài)下的流量與壓力變化特性。
　　 對混合動(dòng)力變速箱進(jìn)行臺(tái)架和整車試驗(yàn)，測試整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)功能以及動(dòng)力箱的熱平衡狀態(tài)和液壓系統(tǒng)流量壓力是否滿足設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)專用試驗(yàn)臺(tái)架，

9、單獨(dú)測試液壓系統(tǒng)各油路的流量和壓力特性，試驗(yàn)結(jié)果表明液壓系統(tǒng)的輸出流量和電磁閥壓力調(diào)節(jié)方案達(dá)到了樣機(jī)設(shè)計(jì)要求。進(jìn)行動(dòng)力箱冷卻潤滑油路的觀察試驗(yàn)，評估各油路的流量分配。在試驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行動(dòng)力動(dòng)力箱的大負(fù)荷溫升試驗(yàn)，確定行星齒輪機(jī)構(gòu)必需的冷卻潤滑流量和電機(jī)實(shí)際需求的冷卻流量，積累試驗(yàn)數(shù)據(jù)優(yōu)化電機(jī)冷卻流量分配，通過反復(fù)試驗(yàn)均衡大小電機(jī)的溫度變化防止單個(gè)電機(jī)提前過熱。對動(dòng)力系統(tǒng)樣車進(jìn)行轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)，測試動(dòng)力系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中的整體性能和動(dòng)力箱的溫度變化