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混合动力车自动变速技术研究

作者: 发布时间:2020-01-22 16:45:16 阅读: 52 次

摘要:通过对混合动力车自动变速技术的简介,以及对国际上混合动力车自动变速应用实例分析探讨了各种技术上的原理和优势,并指明了我国混合动力车自动变速技术的发展方向

关键词:混合动力车,自动变速技术

0.概述

混合动力车(HEV) 是具有低污染、低油耗的新一代清洁能源车, 国外对HEV 的研究比较成熟。变速机构则是混合动力系统的关键技术,可以作为混合动力汽车的动力耦合装置, 若能设计合理的换挡策略, 还可改善发动机、电机和动力电池的工作条件, 延长其寿命,提高HEV 整车的动力性经济性。在国外,HEV 中变速技术的发展经历了由手动到自动, 由变速器单独控制到发动机、电机、变速器一体化控制的发展

1 . 混合动力车自动变速技术的必要性

     在混合动力汽车中, 自动变速技术具有不可替代的作用, 是混合动力系统的关键技术.

(1) 提高整车的动力性和经济性。

可以通过设计合理的自动变速器换挡规律,选择更佳传动比使发动机工作在经济区域, 提高整车动力性和经济性。并且在混合动力车中, 因为增加了新动力源, 换挡的制定要考虑发动机、电动机、蓄电池等因素, 保证两个动力源尽量都工作在经济区, 减可少车辆的当量油耗.

(2) 换挡时, 调节发动机、电动机速度, 可减小换挡冲击、缩短动力中断时间和减少摩擦带来的损耗。

混合动力车有发动机和电动机两个动力源, 在换挡时, 不同模式下进行动力输出的动力源不一, 相应的调速特性也不同; 有的混合动力系统在变速器输入端安装自动离合器、电动机, 根据离合器的结合状态, 调节变速器输入端的转动惯量。应用自动变速技术, 可以实时监测车辆参数, 及时调节发动机和电动机速度, 缩短同步时间, 选择更佳时机换挡, 可减少摩擦、提高寿命和改善舒适性。

(3) 汽车动力传动一体化的要求。

混合动力汽车中的换挡, 要发动机、电动机、变速器、蓄电池的协调, 一体化控制可以实现不分离离合器换挡,减少离合器和同步器的磨损, 缩短动力中断时间, 提高换挡品质。通过总线将汽车上的各电控单元连接起来, 形成一个移动的局域网, 通过整车控制器来协调汽车各个部件的工作, 提高整车性能。

综上所述, 在HEV中发展自动变速技术具有重要的意义, 是HEV发展的必然趋势。

2. HEV自动变速技术的应用实例

由于自动变速技术在HEV 中的作用巨大,多种自动变速技术在混合动力系统中得到了运用。

 混联结构行星排的自动变速技术

    混联结构行星排自动变速技术-丰田普锐斯的行星齿轮汇流结构是自动变速技术在混联混合动力系统中的成功应用。 变速驱动桥 由发电机MG1、电动机MG2、行星齿轮组和差速器齿轮组组成; 行星齿轮组 中, 发动机与行星架相连, 发电机MG1 与太阳轮相连, 电动机MG2 与齿圈相连, 发动机和电动机MG2 提供的动力通过齿圈上的动力输出轮输出给差速器齿轮组, 作用于车轮 。

  

液力机械自动变速器,

由液力变矩器、行星齿轮箱和电液控制系统组成。这种技术在日野混合动力客车上得到应用。液力机械自动变速器换挡平稳, 操纵容易, 在一定范围内有无级变速、变矩的能力, 对负载变化有较好适应性; 但是其传动效率较低, 经济性较差, 机构复杂, 设计、制造困难, 成本较高。

并联结构单行星排自动变速

发动机通过离合器1,2、制动器1,2、变速器1,2与行星齿轮变速器的太阳轮相连, 电动机通过传动部件与齿圈相连,通过行星架将转速输出 , 如图4 所示。

该系统中, 发动机、电机为转速耦合, 通过调整发动机或电机的转速, 可以实现无级变速, 不存在换挡动力中断的问题, 能实现混合动力的各种工作模式。

机械式自动变速技术

机械式自动变速器(AMT) , 是在传统固定轴式变速器的基础上加装电控单元及相应的执行机构构成的。装有AMT 的混合动力系统, 根据电动机、离合器与变速器的相对位置不同, 换挡过程的控制也会有所区别, 下面对典型结构作一下简单实例分析。

1.  电机置于AMT 输入端这种结构的应用是伊顿混合动力系统.它属于单轴并联结构, 自动干式离合器的输出和自动变速器的输入之间加入一个电动机或发电机, 将电动机转子安装在变速器输入轴上。

2.  双中间轴式机械自动变速技术

是在传统机械自动变速器的基础上增加一个中间轴, 此中间轴与第二原动机( 电机) 相连

 

两中间轴分别与输出轴不同的齿轮相连, 第二中间轴对应一挡、二挡齿轮组; 中间轴对应三到六挡齿轮组, 两中间轴可以通过主轴上的过桥齿轮组实现结合或分离, 实现发动机和电机的机械连接 。

3. 双耦合式机械自动变速技术

双耦合机械自动变速器是将电动机集成在变速箱体内, 电动机双向输出。双向输出电动机的一端通过离合器、惰轮与变速器输入轴构成传动耦合链; 另一端通过第二离合器、第二惰轮与变速器输出轴构成传动耦合链.

1) 混合动力轿车AMT结构原理简介

在混合动力轿车上配置的AMT, AMT ECU除了要接受变速器的车速、档位、输入轴的转速信息,离合器的位移信息,来自发动机的发动机转速信息外,还需接受来自驱动电动机的电动机转速,扭矩信息,在识别驾驶员意图的基础上,控制变速器执行机构、离合器执行机构及供油、节气门执行机构,从而实现自动换档的目的。

2) AMT 在重型商用HEV 中的优势

AMT 用于重型混合动力商用车有其特殊优势:

( 1) 混合动力汽车主要特点就是较高的经济性和较少的污染。AMT 通过齿轮副机械传动, 相对于AT 的液力传动, 传动效率高、功率损失小, 提高了经济性, 且结构简单, 油液污染少。

( 2) 通过齿轮副传递转矩, 能负载较大力矩, 齿轮副结构结实耐用, 尤其适合用于重型商用车。

( 3) AMT 传动比变化范围较大, 能提高商用车应对对复杂路况的能力, 可以兼顾动力性和经济性.

( 4) 对于单轴并联混合动力系统, 由于电动机的调速作用, 缩短换挡过程的同步时间, 使AMT的换挡品质提高。

( 5)对传统手动变速器改动较小, 易于产业化。

( 6) AMT 机械结构可靠, 电控系统如果出现故障, 可强制手动挂挡, 保证车辆自主运行驶。

3.未来发展方向趋势

混合动机车是一种电控程度非常高的汽车,两种能源的耦合只有通过合适的电控单元才能顺利实现。我国的自动变速汽车起步晚,与发达相比,处于相对低的状态。由于我国AT技术还处于理论研究阶段,国外掌握AT技术的对我国进行技术封锁,而AT生产工艺的投入非常巨大,因而现阶段甚至今后一段时期内我国汽车实现国产化AT不现实。而AMT传动系统技术在国内相对具有一定基础,且AMT技术是在原来手动变速箱的基础上做改动,实现的可行性高,成本投入低。因此,我国现阶段,选择AMT技术是根据我国现阶段的国情作出的选择,AMT技术将在较长时间在中国汽车上担当起汽车自动变速的重任,AMT技术实现的混合动力车将成为我国汽车发展上的潮流和主旋律。

4.参考文献

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