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

通過動力裝置電氣化改善車輛燃油經(jīng)濟性，是滿足嚴格的燃油經(jīng)濟性法規(guī)的1項關(guān)鍵技術(shù)。但是，僅有少量的諸如B級小型車輛采用了電動裝置，這是因為燃油經(jīng)濟性的提高相對于成本增加十分有限，而且還需額外增加電動裝置的安裝空間。研究了適合于小型車輛的強混合系統(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)動模式中發(fā)動機效率和變速器效率分配，并為小型車輛選擇了合適的自動變速器。比較混合動力系統(tǒng)功能時，確定了電動發(fā)電機連接方式，以及為同時滿足燃油經(jīng)濟性和駕駛性能的電動機輸出功率。此外，為實現(xiàn)換檔過程中扭矩無中斷和相對傳統(tǒng)手動變速器較短的軸長，設(shè)計了電動發(fā)電機和變速器檔位布置。開發(fā)了機械自動變速混合系統(tǒng)原型機和試驗用車。最后介紹了能夠?qū)崿F(xiàn)扭矩無中斷、靈活駕駛性能的換檔順序，及其在車輛上應(yīng)用的評估結(jié)果。

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

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

1混合系統(tǒng)選擇

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

為提高發(fā)動機效率，使發(fā)動機集中運行在高效區(qū)域（優(yōu)化運行工況點）。無級變速器（CVT）可以實現(xiàn)此功能。圖2為1．0 L發(fā)動機車輛在LA 4號模式運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號模式運行期間發(fā)動機工況點

從圖2可知，小型車輛通常采用發(fā)動機高效區(qū)域，即使在認證驅(qū)動模式期間，如LA 4號。對小型車輛而言，CVT較有級變速器稍有優(yōu)勢。

表1示出典型變速器的傳動效率特性。運行中僅在換檔情況下使用液壓壓力的機械自動變速器（AMT）和雙離合器自動變速器（DCT），傳動效率最高，而利用液力變矩器保持傳動比的自動變速器（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;［－］劣勢;［－－］極大劣勢

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，會產(chǎn)生換檔沖擊，其他變速器則不會。

根據(jù)以上內(nèi)容，圖3示出了1．0 L發(fā)動機車輛的能量效率（發(fā)動機效率×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)動機效率較AMT和DCT更佳。因為AT的變矩器的傳動比設(shè)置的大。

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

2設(shè)計理念

2.1　電動機/發(fā)電機連接點高

在確定驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)時，研究了各種電動機/發(fā)電機（M/G）連接點能夠?qū)崿F(xiàn)的功能，各種連接點對比如圖4所示。

輸入軸連接指M/G在發(fā)動機和變速器之間，發(fā)動機可通過離合器斷開。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)動軸上。

如上所述，HV-AMT換檔期間需提供輔助動力。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連接點比較

2.2　M/G 驅(qū)動性能高