串联混合动力汽车无级变速器线性控制的效率分析



串联混合动力汽车无级变速器线性控制的效率分析

随着人们对天气变化和能源问题的日益关注，汽车厂商们已经意识到必须对目前汽车生产制造方式加以改进，只有这样才能有效解决人们日益关注的问题。由此，混合动力汽车（HEV）应运而生，这符合汽车电气化的发展趋势。HEV中的机电系统也日益普遍，包括汽车中的关键系统部件如变速器。带有机电特性的无级变速器（CVT）凭借优异的性能，给传统纯粹的液压或者机械式变速器造成了很大冲击。由此，逐渐偏向于对无级变速器特性的研究，且研究主要集中在并联式HEV。在此背景下，研究主要集中在只采用电机驱动的串联式混合动力CVT特性。

首先建立了车辆模型，该车辆模型的原型是一辆中型串联式HEV，采用永磁同步电机，通过CVT和车轮相连。电机由锂电池和2.0L的涡轮增压发动机进行驱动。在建模的过程中，汽车各部件按照模块化的方式进行建模，以体现实际车辆行驶过程的瞬态行为。主要研究了CVT特性和CVT对三相永磁同步电机性能的影响，详细阐述了电机和CVT的建模过程。在永磁同步电机建模过程中，将标准的三相电机方程利用派克变换转化为转子d-q之间的方程。在CVT建模过程中，由于轮速随着车速连续变化，因此需要CVT控制总传动比，以实现电机运行在当前速度和转矩下的最佳状态。这套系统最佳工作点设定是基于电机转速和负荷转矩之间的线性关系。

在建立车辆模型之后，选取典型的仿真工况考察CVT特性，并与固定传动比的变速器（FT）进行有效性比较。本文选取了低速行驶且具有频繁起停性质的城市工况（NYCC）、持续高速行驶的的高速公路工况（HWFET）和高速行驶的城市工况（FTP-75）。仿真结果表明：①使用FT的HEV在低速工况下永磁同步具有较大的摩擦损失；②在高速工况下永磁同步电机具有较大的阻尼损失；③而使用CVT的HEV在上述两种工况下都将损失维持在较低水平。这是因为CVT能将永磁同步电机工作在相对于当前转子转速和转矩下的最优点上。尽管电机在运转过程中的损失减少量（48.3%）几乎被变速器损失增加量所抵消，但电机在运转过程中的能源消耗量减少9.38%使其具有了优越的燃油经济性。

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

编译：韩小健