首先,以国内紧凑型轿车LF为基础车型,确定基于CVT的单轴并联式结构的插电式混合动力电动汽车的技术方案,研究其经济性、动力性、可驾驶性等技术指标,对其动力总成参数进行匹配计算,确定发动机功率、电机的类型及功率、动力电池的类型及容量,以保证在满足车辆动力性指标的前提下提高整车燃油经济性和改善尾气排放。并详尽分析该插电式混合动力电动汽车的6种基本工作模式及其能量流动情况。
其次,研究基于CVT的单轴并联式结构的插电式混合动力电动汽车的整车能量管理策略。在整车的能量管理策略中,根据发动机和电机的工作特点,应用动态逻辑门限的方法,研究工作模式切换的控制策略、电机转矩控制策略、以及混合动力CVT速比控制策略。
然后,采用理论建模和实验建模相结合的方法,基于Matlab/Simulink开发平台搭建基于CVT的单轴并联式结构的插电式混合动力电动汽车的前向仿真模型。其整车模型包括驾驶员模型、发动机模型、电机模型、动力电池模型、CVT模型,车辆行驶动力学模型。
最后,仿真分析基于CVT的单轴并联式结构的插电式混合动力电动汽车的动态逻辑门限能量管理策略,并对整车的动力性能和经济性能进行评估,验证其能量管理策略的可行性与有效性。
2.2插电式混合动力系统结构设计
本文所设计的插电式混合动力电动汽车是改装而成,在结构上的技术改造主要集中在动力系统,包括发动机与电机的配置和二者的动力耦合机构设计。结构设计主要是将电机集成在原车变速器CVT的内部,使之成为一款混合动力CVT。
该插电式混合动力系统结构布置形式为单轴并联式,其整车及动力总成结构示意图如图2.1所示。在结构上对原车变速器CVT进行重新设计,将电机集成在CVT内部,在太阳轮输出轴上集成电机转子。受发动机舱空间横向尺寸限制,集成电机后CVT的横向尺寸将增加,为实现动力总成的顺利布置,取消原车的液力变矩器。
并且采用电动油泵给CVT提供液压,其结构紧凑,成本更低,效率更高。因CVT在单燃料车上的效率较低,其功率损失主要来自两方面∶(1)液力变矩器(2)发动机直接驱动油泵导致的溢流损失。
在PHEV上,电机在零转速起步,省去了液力变矩器。采用电子油泵,油泵的输出功率经标定后,油泵恰好输出CVT控制所需要的功率,减小了无用溢流功率损失。故经过改进的混合动力CVT,其传动效率有明显地提高。
PHEV的动力传递路径为∶发动机的动力经双质量飞轮后,进入CVT的换向机构,该换向机构包含有行星齿轮以及前进挡离合器和倒挡制动器,发动机动力和电机动力在太阳轮输出轴上耦合,耦合后动力由太阳轮输出至CVT主动带轮,经过带轮变矩后,至主减速器、差速器输出至主动轮。
插电式混合动力系统参数匹配
混合动力电动汽车的动力系统参数主要包括∶发动机参数、电机参数、动力电池参数和变速器参数,而动力系统参数匹配的任务是协调各部件间的关系,合理确定各部件的参数,以保证在满足车辆动力性指标的前提下提高整车燃油经济性和改善尾气排放。
由该插电式混合动力系统结构可知,变速器是将原车变速器CVT内部集成电机后,改装成混合动力CVT,故本文不对变速器参数的速比范围进行匹配计算,因此混合动力CVT的速比变化范围保持不变,而只是对速比控制策略进行优化。