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串聯(lián)混合動力汽車無級變速器線性控制的效率分析

隨著人們對天氣變化和能源問題的日益關(guān)注，汽車廠商們已經(jīng)意識到必須對目前汽車生產(chǎn)制造方式加以改進(jìn)，只有這樣才能有效解決人們?nèi)找骊P(guān)注的問題。由此，混合動力汽車（HEV）應(yīng)運而生，這符合汽車電氣化的發(fā)展趨勢。HEV中的機電系統(tǒng)也日益普遍，包括汽車中的關(guān)鍵系統(tǒng)部件如變速器。帶有機電特性的無級變速器（CVT）憑借優(yōu)異的性能，給傳統(tǒng)純粹的液壓或者機械式變速器造成了很大沖擊。由此，逐漸偏向于對無級變速器特性的研究，且研究主要集中在并聯(lián)式HEV。在此背景下，研究主要集中在只采用電機驅(qū)動的串聯(lián)式混合動力CVT特性。

首先建立了車輛模型，該車輛模型的原型是一輛中型串聯(lián)式HEV，采用永磁同步電機，通過CVT和車輪相連。電機由鋰電池和2.0L的渦輪增壓發(fā)動機進(jìn)行驅(qū)動。在建模的過程中，汽車各部件按照模塊化的方式進(jìn)行建模，以體現(xiàn)實際車輛行駛過程的瞬態(tài)行為。主要研究了CVT特性和CVT對三相永磁同步電機性能的影響，詳細(xì)闡述了電機和CVT的建模過程。在永磁同步電機建模過程中，將標(biāo)準(zhǔn)的三相電機方程利用派克變換轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子d-q之間的方程。在CVT建模過程中，由于輪速隨著車速連續(xù)變化，因此需要CVT控制總傳動比，以實現(xiàn)電機運行在當(dāng)前速度和轉(zhuǎn)矩下的最佳狀態(tài)。這套系統(tǒng)最佳工作點設(shè)定是基于電機轉(zhuǎn)速和負(fù)荷轉(zhuǎn)矩之間的線性關(guān)系。

在建立車輛模型之后，選取典型的仿真工況考察CVT特性，并與固定傳動比的變速器（FT）進(jìn)行有效性比較。本文選取了低速行駛且具有頻繁起停性質(zhì)的城市工況（NYCC）、持續(xù)高速行駛的的高速公路工況（HWFET）和高速行駛的城市工況（FTP-75）。仿真結(jié)果表明：①使用FT的HEV在低速工況下永磁同步具有較大的摩擦損失；②在高速工況下永磁同步電機具有較大的阻尼損失；③而使用CVT的HEV在上述兩種工況下都將損失維持在較低水平。這是因為CVT能將永磁同步電機工作在相對于當(dāng)前轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩下的最優(yōu)點上。盡管電機在運轉(zhuǎn)過程中的損失減少量（48.3%）幾乎被變速器損失增加量所抵消，但電機在運轉(zhuǎn)過程中的能源消耗量減少9.38%使其具有了優(yōu)越的燃油經(jīng)濟性。

Wassif Shabbir et al. The International Federation of Automatic Control Cape Town，South Africa. August 24-29，2014.

編譯：韓小健