混合动力电动汽车变速器建模与仿真

第25卷 第4期 武汉理工大学学报 信息与管理工程版 文章编号:1007-144X(2003)04-0041-04

Vol.25No.4

混合动力电动汽车变速器建模与仿真

苏楚奇,高海鸥,邓亚东

(武汉理工大学汽车工程学院,湖北武汉430070)

摘 要:由于环境与能源的要求,混合动力电动汽车开发时间十分紧迫,而通过计算机对车辆进行仿真研究,可在最短时间内调整设计方案,优化设计参数。文中对车辆传动系的重要部件 变速器提出了数学模型,并利用这些模型分析了变速器的换档控制策略对车辆动力性、经济性的影响。关键词:混合动力;电动汽车;变速器;计算机仿真;控制策略中图法分类号:TP391.9 文献标识码:A

1 前 言

为了降低汽车的能耗与排放,改善人们的生存环境,各种型式的的电动汽车纷纷出现,但由于一般电池的能量密度与汽油相差极大,远未达到所要求的数值,而且还需要建设大量的充电设施;燃料电池汽车的成本居高不下,同时还存在安全性及氢气灌装的问题。而混合动力电动汽车HEV(HybridElectricVehicle)将2种或更多能量转换技术(如内燃机、燃料电池、发电机、电动机)和一种或更多的能量存储技术(电池、超级电容器、飞轮)集合为一体,这种混合了传统和电动的驱动系统能够明显减少汽车排放和降低油耗,并可以达到传统汽车同样的行驶距离和具有便利的燃料补充。Toyota的Pruise,Honda的Insight,Ford的Prodigy,DaimlerChrysler的ESX3、GM的Precept等都是具有代表性的车型。我国也非常重视混合动力电动汽车的研究与开发,一些单位已进行了一些初期的工作,国家科技部已将其作为 十五 863重大专项的内容。

在计算机技术十分发达及各大汽车厂商新产品开发日趋发达的今天,系统建模和仿真研究更显重要。随着绿色奥运的临近,混合动力电动汽车的开发时间十分紧迫,而通过建立其仿真数学模型并对其实际工作状况进行仿真分析,不仅便于灵活地调整设计方案,优化设计参数,而且可以降低科研费用,缩短开发周期。变速器作为车辆传动系统的一个重要部件,直接影响车辆的动力性、经济性指标,因此对变速器进行建模仿真显得十分重要。

2 变速器的计算模型

2.1 主要型式

变速器主要起减速增扭的作用,在整车的仿真计算中,变速器传递的是扭矩和速度的信号。在进行仿真计算时,主要考虑是它的速度变化,扭矩的变化和损失。目前变速器主要有手动变速器、电子控制机械式自动变速器(AMT)、液力自动变速器(AT)和无级变速器(CVT)4种型式。由于这4种型式的自动变速器的结构各有特点,因此分别建立了它们的仿真计算模型。

3 手动变速器的模型

3.1 转速计算模型

ngo=ngi/igc

[1]

(1)

式中,ngo为变速器输出轴转速;ngi为变速器输入轴转速;igc为变速器减速比。3.2 扭矩计算模型

在扭矩的计算中包括由减速比引起的扭矩的变化、转动惯量引起的扭矩变化和摩擦引起的扭矩的变化。在建立计算模型时,考虑到车辆为混合动力电动车辆,分为如下正常行驶工作状态和制动能量回收时2种工作状态。

(1)正常行驶工作状态

Tgo=Tgi igc-Tgf-Tga(2) (2)制动工作状态

Tgi=Tgo/igc+Tga-T

gf

(3)

式中,Tgo为变速器输出轴扭矩;Tgi为变速器输入轴扭矩;Tgf为变速器中由于摩擦引起的扭矩损失;Tga为变速器中由转动惯量引起的扭矩变

收稿日期:2003-02-24.

作者简介:苏楚奇(1972-),男,湖北武汉人,武汉理工大学汽车工程学院博士研究生.:.

武汉理工大学学报 信息与管理工程版

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2003年8月

化量

T

ga

=Ig d(ngi)/dt(4)

泵轮扭矩系数; 为变矩器效率。

Tp= D5n2p

(7)

式中,Ig为变速器的转动惯量。

在计算摩擦损失时,也要考虑到如下正常行驶工作状态和制动能量回收时的2种状态。

(1)正常行驶工作状态

(1- g) |Tgo|Tgf=(5)igc g (2)制动工作状态

(1- g) |Tgo|Tgf=

igc式中, g为变速器的效率

3.3 电子控制机械式自动变速器的模型

电控机械式自动变速器是在传统的固定轴式变速器和干式离合器的基础上,应用电子技术和自动变速理论,以电子控制单元(ECU)为核心,通过液压执行系统控制离合器的分离与接合、换

[2]

档的自动操纵。电控机械式自动变速器从能量传递的角度来看仍为机械式变速器,因此手动机械式变速器的计算模型完全适用于电控机械式自动变速器。

3.4 液力自动变速器的模型

电子控制液力自动变速器由液力变矩器、行星齿轮系统、液压控制系统和电子控制系统组成。液力变矩器安装在发动机和行星齿轮系统之间,以液压油为工作介质,通过工作轮与液压油的相互作用,引起机械能与液压能之间的相互转换来传递动力,由液体动量矩的变化来改变转矩。具有无级变速与变矩的能力,对外部负载有良好的自动调节和适应能力,并能使车辆平稳起步,加速迅速、均匀、柔和,操纵方便容易,振动噪声低。

由于行星齿轮系统实际上是一种典型的变速器,因此其仿真模型可以延用上文所述手动机械式变速器的计算模型,因此对于液力自动变速器所需建立的是液力变矩器的计算模型。

液力变矩器的原始特性曲线如图1所示。图1中,ih为液力变矩器减速比;K为变矩比; …… 此处隐藏：2934字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……