功率分流式双模混合动力系统构型设计方法研究

【摘要】功率分流式混合动力汽车（power-splithybridelectricvehicle）综合串联混合动力汽车和并联混合动力汽车两者的优势并受到广泛的关注。1997年以来，丰田公司推出的Prius系列车型在市面上取得了很大的成功。通用公司与戴姆勒以及宝马三大公司共同合作，推出双模技术（dual-mode）并已经用在实车上。功率分流式混合动力系统根据功率分流方式不同可以实现三种模式，输入分配（input-split）、输出分配（output-split）和复合分配模式（compound-splitmode）。根据这三种模式的不同组合，混合动力系统主要有两类，单模混合动力系统和双模混合动力系统。由于这三种模式中只有输入分配模式可以在大范围传动比工作，因此单模混合动力系统（singlemodehybridsystem）一般采用输入分配模式，例如丰田PriusTHS。双模混合动力系统一般由复合分配式和输入分配式相互结合来实现。与单模系统相比，双模混合动力系统可以匹配较小尺寸的电机和具有较宽的系统高效率工作区间等优势。但是，双模系统结构复杂多样和构型的选择直接影响动力总成参数的匹配和系统效率特性，这些因素使双模系统在构型设计上增加了困难。因此，本文针对功率分流式双模混合动力系统的构型设计方法进行了深入的研究。论文的主要研究内容包括：1．查阅国内外在功率分流式混合动力系统构型及性能方面上的研究成果，得出功率分流式混合动力系统的特点：发动机的功率经由电路径和机械路径两个路径传递到车轮，可以实现发动机的转速和转矩完全解耦，因此发动机工作点控制灵活。由于在实现EVT（ElectronicallyVariableTransmission）的同时伴随着功率分流的现象，电路径中的功率损失直接影响了整个系统的效率，并且当电路径功率分流越小时，系统效率越高。当电路径功率为零，发动机全部功率都经由机械路径传递到车轮时，系统传动效率最高，此时系统的传动比称为机械点（MechanicalPoint，MP）。而且当传动比在机械点附近时电路径分流功率小，系统效率高。功率分流式混合动力系统的这种功率分流特性决定了其构型的选择影响着电机最大转矩容量的选型以及整个动力系统的系统高效率工作区间分布。2．双模混合动力系统一般由复合分配式和输入分配式两个模式结合实现。这是因为复合分配式能够实现两个机械点，并且该系统在两个机械点之间时的电路径分流功率受到限制，从而使复合分配式系统在两个机械点之间范围内的系统效率都比较高。双模混合动力系统利用复合分配式这个特点来增大系统高效率传动比范围。首先以复合分配式为研究对象，提出一种复合分配式构型分析方法。复合分配式构型由双行星排实现，利用杠杆法可以简化为四结点单杆模型。通过对电机转速和转矩特性以及电功率特性进行量化分析，得到复合分配式四结点单杆模型中杆长度的取值范围，再对四结点杆模型进行逆向拆分来确定复合分配式构型中的两个单行星排之间的连接关系，从而确定出用于功率分流式混合动力汽车中的所有复合分配式可行构型。3．根据以上复合分配式构型分析方法，通过将复合分配式的两个机械点设定在合适的传动比上，选出满足要求的构型。在选出的复合分配式构型的基础上添加离合器以及第三排，最终设计出由三个行星排实现的功率分流式双模混合动力系统构型。4．根据功率分流式混合动力的动力学分析以及控制原理可知，整车控制的关键点是发动机工作点的选择。发动机工作点不仅决定着整个动力系统的运动关系而且决定整个动力系统的效率。本文将发动机油耗量（FuelConsumption，FC）作为系统效率的评价指标，得到不同工况下发动机最佳工作点的分布情况，分析并验证双模混合动力系统的性能优势。
【作者】宋瑞芳；
【导师】王伟华；
【作者基本信息】吉林大学，车辆工程，2014，硕士
【关键词】混合动力汽车；功率分流；双模；行星齿轮；系统效率；

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