優(yōu)化的小型車輛強(qiáng)混合系統(tǒng)的開發(fā)結(jié)果介紹

通過動(dòng)力裝置電氣化改善車輛燃油經(jīng)濟(jì)性，是滿足嚴(yán)格的燃油經(jīng)濟(jì)性法規(guī)的1項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。但是，僅有少量的諸如B級(jí)小型車輛采用了電動(dòng)裝置，這是因?yàn)槿加徒?jīng)濟(jì)性的提高相對(duì)于成本增加十分有限，而且還需額外增加電動(dòng)裝置的安裝空間。研究了適合于小型車輛的強(qiáng)混合系統(tǒng)的最佳解決方案。首先，從能量效率最大化方面，比較了不同驅(qū)動(dòng)模式中發(fā)動(dòng)機(jī)效率和變速器效率分配，并為小型車輛選擇了合適的自動(dòng)變速器。比較混合動(dòng)力系統(tǒng)功能時(shí)，確定了電動(dòng)發(fā)電機(jī)連接方式，以及為同時(shí)滿足燃油經(jīng)濟(jì)性和駕駛性能的電動(dòng)機(jī)輸出功率。此外，為實(shí)現(xiàn)換檔過程中扭矩?zé)o中斷和相對(duì)傳統(tǒng)手動(dòng)變速器較短的軸長(zhǎng)，設(shè)計(jì)了電動(dòng)發(fā)電機(jī)和變速器檔位布置。開發(fā)了機(jī)械自動(dòng)變速混合系統(tǒng)原型機(jī)和試驗(yàn)用車。最后介紹了能夠?qū)崿F(xiàn)扭矩?zé)o中斷、靈活駕駛性能的換檔順序，及其在車輛上應(yīng)用的評(píng)估結(jié)果。

近些年，由于全球變暖和能源消耗問題，燃油經(jīng)濟(jì)性法規(guī)變得更為嚴(yán)格。電動(dòng)動(dòng)力裝置可有效改善燃油經(jīng)濟(jì)性，以此為基礎(chǔ)開發(fā)了幾種混合動(dòng)力裝置。然而，僅有少量的小型車輛采用了如強(qiáng)混合系統(tǒng)的電動(dòng)動(dòng)力裝置。原因是燃油經(jīng)濟(jì)性的提高相對(duì)于成本增加十分有限，而且還需額外增加的電動(dòng)裝置的安裝空間。

本研究中，日本愛信精機(jī)公司介紹了1種適合于小型車輛的混合動(dòng)力系統(tǒng)及其機(jī)械自動(dòng)變速器（HV-AMT）的驗(yàn)證結(jié)果。

1混合系統(tǒng)選擇

電動(dòng)力裝置通常基于電氣化程度和功能進(jìn)行分類（圖1）?？紤]到未來嚴(yán)格的燃油經(jīng)濟(jì)性法規(guī)，本文側(cè)重研究強(qiáng)混合動(dòng)力。為選擇系統(tǒng)類型/結(jié)構(gòu)，能量效率綜合了發(fā)動(dòng)機(jī)效率和變速器效率，并作為改善燃油經(jīng)濟(jì)性的1種方法。

為提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率，使發(fā)動(dòng)機(jī)集中運(yùn)行在高效區(qū)域（優(yōu)化運(yùn)行工況點(diǎn)）。無級(jí)變速器（CVT）可以實(shí)現(xiàn)此功能。圖2為1．0 L發(fā)動(dòng)機(jī)車輛在LA 4號(hào)模式運(yùn)行期間的工況模擬結(jié)果。

圖1 電氣化程度和功能

圖2 LA 4號(hào)模式運(yùn)行期間發(fā)動(dòng)機(jī)工況點(diǎn)

從圖2可知，小型車輛通常采用發(fā)動(dòng)機(jī)高效區(qū)域，即使在認(rèn)證驅(qū)動(dòng)模式期間，如LA 4號(hào)。對(duì)小型車輛而言，CVT較有級(jí)變速器稍有優(yōu)勢(shì)。

表1示出典型變速器的傳動(dòng)效率特性。運(yùn)行中僅在換檔情況下使用液壓壓力的機(jī)械自動(dòng)變速器（AMT）和雙離合器自動(dòng)變速器（DCT），傳動(dòng)效率最高，而利用液力變矩器保持傳動(dòng)比的自動(dòng)變速器（AT）傳遞效率次之;通過滑輪和鋼制皮帶摩擦傳遞扭矩的CVT，效率最低。

表1 典型變速器特性

注：［0］參照;［+］優(yōu)勢(shì);［－］劣勢(shì);［－－］極大劣勢(shì)

就成本和外形尺寸而言，AMT最為合適。但是，ATM因換檔期間扭矩中斷，會(huì)產(chǎn)生換檔沖擊，其他變速器則不會(huì)。

根據(jù)以上內(nèi)容，圖3示出了1．0 L發(fā)動(dòng)機(jī)車輛的能量效率（發(fā)動(dòng)機(jī)效率&TImes;變速器效率）的模擬結(jié)果。

圖3 能量效率模擬結(jié)果

如圖3所示，AMT、DCT和CVT的能量效率最高。AT的發(fā)動(dòng)機(jī)效率較AMT和DCT更佳。因?yàn)锳T的變矩器的傳動(dòng)比設(shè)置的大。

依據(jù)以上結(jié)果，AMT相對(duì)其他變速器，具有能效高，成本低的優(yōu)點(diǎn)，因此被選作混合系統(tǒng)的基型變速器，以實(shí)現(xiàn)小型車輛最大燃油經(jīng)濟(jì)性。為消除AMT造成的換檔沖擊，在換檔過程中，通過電機(jī)作為輔助動(dòng)力。

2設(shè)計(jì)理念

2.1　電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)連接點(diǎn)高

在確定驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)時(shí)，研究了各種電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)（M/G）連接點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能，各種連接點(diǎn)對(duì)比如圖4所示。

輸入軸連接指M/G在發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器之間，發(fā)動(dòng)機(jī)可通過離合器斷開。輸出軸連接指M/G位于變速器輸出軸。輸入軸和輸出軸連接指M/G放置于第三軸，2個(gè)離合器可從輸入或輸出軸斷開。后輪連接指M/G安裝在后驅(qū)動(dòng)軸上。

如上所述，HV-AMT換檔期間需提供輔助動(dòng)力。此外，選擇了具有最佳混合功能的“輸入軸和輸出軸連接”。

圖4 M/G連接點(diǎn)比較

2.2　M/G 驅(qū)動(dòng)性能高