串聯混合動力汽車無級變速器線性控制的效率分析

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串聯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注，汽車廠商們已經意識到必須對目前汽車生產制造方式加以改進，只有這樣才能有效解決人們日益關注的問題。由此，混合動力汽車（HEV）應運而生，這符合汽車電氣化的發展趨勢。HEV中的機電系統也日益普遍，包括汽車中的關鍵系統部件如變速器。帶有機電特性的無級變速器（CVT）憑借優異的性能，給傳統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式HEV。在此背景下，研究主要集中在只采用電機驅動的串聯式混合動力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的渦輪增壓發動機進行驅動。在建模的過程中，汽車各部件按照模塊化的方式進行建模，以體現實際車輛行駛過程的瞬態行為。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，將標準的三相電機方程利用派克變換轉化為轉子d-q之間的方程。在CVT建模過程中，由于輪速隨著車速連續變化，因此需要CVT控制總傳動比，以實現電機運行在當前速度和轉矩下的最佳狀態。這套系統最佳工作點設定是基于電機轉速和負荷轉矩之間的線性關系。

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）進行有效性比較。本文選取了低速行駛且具有頻繁起停性質的城市工況（NYCC）、持續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前轉子轉速和轉矩下的最優點上。盡管電機在運轉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，但電機在運轉過程中的能源消耗量減少9.38%使其具有了優越的燃油經濟性。

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

編譯：韓小健