混合动力实验台架(车)系统开发研究

2022-09-11

近期已有多个厂家相继推出了电动混合动力汽车, 如丰田PRIUS、比亚迪等。我院引进了丰田PRIUS混合动力车, 并相应开发了相关教学设备, 一方面有利于教学讲解, 另一方面有利于培养学生的兴趣。

1 传动系统

构想是在对原有汽车不做较大改动的前提下设计, 可用于台架生产或实车改装, 加装一个传动箱和电机控制机构 (见图1) 。

驱动电机采用变频同步交流电机 (兼发电机) , 传动箱是单排行星齿轮机构, 动力控制机构加装了三个离合器和二个制动器, 一个转速传感器B (转速传感器A采用原变速箱上的) , 传动箱是单排行星齿轮机构, 行星齿轮架连接输出轴, 发动机动力经无级自动变速箱、离合器C和皮带轮A (两个由皮带传动轮) 连接传动箱中的齿圈, 太阳轮连接皮带轮B。

2 工作原理

2.1 起步工况

(1) 制动器A工作, 制动器B不工作, 离合器A不工作, 离合器B工作, 离合器C不工作。

(2) 工作路线:驱动电机→离合器B→皮带轮B→传动箱太阳轮→传动箱行星齿轮架→车轮。

由于制动器A工作, 经皮带轮A将传动箱的齿圈锁止, 太阳轮为主动轮, 行星齿轮架从动, 减速增扭。

(3) 可以通过驱动电机的正反转进行前进、后退。

2.2 平路正常行驶工况

(1) 制动器A不工作, 制动器B不工作。离合器A工作, 离合器B工作, 离合器C工作。 (2) 工作路线:发动机→自动变速箱→离合器C→传动箱齿圈→传动箱行星齿轮架→车轮。

由于离合器A工作和离合器B工作, 使传动箱的齿圈和太阳轮锁止, 传动箱1∶1传递, 与原车一样。

2.3 急加速工况

方案一

(1) 制动器A不工作, 制动器B不工作。

离合器A工作, 离合器B工作, 离合器C工作。

(2) 工作路线:发动机→自动变速箱→离合器C→驱动电机→离合器A、B→皮带轮A、B→传动箱→车轮。

急加速或大负荷工况, 驱动电机和发动机同时工作, 增大驱动力, 传动箱传动比1∶1。

方案二:

(1) 制动器A不工作, 制动器B工作。

离合器A工作, 离合器B不工作, 离合器C工作。

(2) 工作路线:发动机→自动变速箱→离合器C→驱动电机→离合器A→皮带轮A→传动箱齿圈→传动箱行星齿轮架→车轮。

此时传动箱的太阳轮锁止, 有齿圈带动行星齿轮架, 减速增扭。传动箱起到变速箱的作用。

2.4 发动机启动工况

发动机启动有发动机起动机启动。发动机启动系统由混合动力电控单元控制。

(1) 当混合动力电控单元HEU通过检测车速传感器, 监测到车速达到规定值时启动发动机。

(2) 当混合动力电控单元HEU监测到驱动电机电源馈电时启动发动机, 给驱动电机电源充电。

2.5 制动或滑行工况

(1) 发动机熄火。 (2) 制动器A工作, 制动器B不工作。 (3) 离合器A不工作, 离合器B工作, 离合器C不工作。 (4) 工作路线:车轮→传动箱行星齿轮架→太阳轮→皮带轮B→离合器B→驱动电机 (发电机) 此时吸收汽车惯性能量反向给电源充电。

3 电控策略

混合动力电控系统增加混合动力电控单元HEU, 电子油门踏板传感器、转速传感器A和B和电量传感器, 车速传感器和档位开关即给混合动力电控单元HEU提供信号, 同时也给发动机和自动变速器ECU提供信号;混合动力电控单元HEU控制制动器A和B、离合器A、B和C、发动机启动系统和给发动机和自动变速器ECU提供信号;发动机和自动变速器ECU控制电子节气门。

3.1 对原车电控部分的改动

(1) 电子油门踏板传感器, 由原来提供信号给发动机ECU改为给混合动力电控单元HEU提供信号, 再由混合动力电控单元HEU提供信号给发动机ECU。

(2) 档位开关, 要更改为在驱动档 (D档) 发动机可以启动。并且同时给发动机ECU和混合动力电控单元HEU提供信号。

(3) 起动系统, 要将原有的手动启动方式改为电控启动。

(4) 原车速传感器作为转速传感器A, 在传动箱输出轴上加装新的车速传感器。

3.2 混合动力结合

混合动力中两种动力的结合是一个关键的问题, 如果处理不好, 就会在运行中产生冲击或后坐现象, 做到平稳结合主要采用了离合器C、转速传感器A和转速传感器B。由混合动力电控单元HEU提供信号给发动机ECU, 控制电子节气门调节发动机的转速, 待到转速传感器A和转速传感器B的转速一致 (在设定范围) 时, 使离合器C工作, 这样就做到转速同步结合, 消除结合冲击现象。