（车辆工程专业论文）混合动力汽车自动变速箱换档控制策略研究.pdf

摘要 摘要 混合动力汽车目前得到了迅速的发展。混合动力技术本质上是利用电力驱 动来平衡和改善发动机的工况，通过减少发动机怠速工况、调整发动机工作在 高效区以及制动能回收提高燃油经济性、减少污染物排放。专门针对混合动力 汽车进行的自动变速箱换档规律研究已经成为混合动力汽车的关键技术之一， 能大大提高混合动力汽车的燃油经济性、动力性和排放状况，促进混合动力汽 车更大程度进入市场。本文针对装有起动一发电一体化电机( i s g ) 的混合动力汽 车平台进行研究，对混合动力汽车自动变速箱的换档规律展开深入的研究和分 析，重点包括动力性、经济性换档曲线确立，换档延迟类型选择和换档规律性能 仿真三方面内容。 首先阐述了混合动力汽车的原理以及i s g 同轴并联弱混合动力方案，对传 统和新兴起的换档规律研究方法进行了系统总结和比较分析。从获得自动变速 器换档曲线角度出发，在m a t l a b s i m u l i n k 平台上建立了仿真模型，包含有发动 机、i s g 和变速器等主要零部件模型。 其次，本文着重建立了混合动力汽车动力性换档规律和经济性换档规律。 在动力性换档规律研究方面，通过对试验数据处理得到发动机扭矩输出特性和 驱动力输出特性等基础数据。制定了动力性换档规律研究的主要步骤，包括： 基础数据整理、单个换档点确定和完整换档曲线拟合。采用解析法和作图法两 种主要研究方法开展工作。按照对混合动力汽车的适用程度，由浅入深的确立 了三种不同的动力性换档曲线：忽略i s g 的两参数曲线、考虑i s g 两参数曲线 和三参数曲线。在经济性换档规律研究方面，建立了车辆燃油消耗率特性。分 别用解析法和作图法进行经济性换档规律研究，得到了晟佳燃油经济性换档曲 线。 本文提出了一种全新的选择换档延迟的方法，即利用换档品质研究换档延 迟。从换档品质研究角度出发，建立了较实用的变速器换档过程的动态仿真模 型，其中包括平均值发动机模型、液力变矩器动态模型和变速器模型。从换档 冲击的角度对不同换档延迟类型一一仿真分析，得到三者产生换档冲击的程度 的大小。通过换档品质研究来考察换档延迟的合理性为全新研究角度，是本文 主要组成部分，获得的结果与对换档延迟的普遍评价观点一致。 摘要 最后，利用软件编程对提出的换档规律加以验证。在m a t l a b 软件上编写程 序，对最佳动力性换档规律和最佳燃油经济型换档规律分别进行模拟计算。以 百公里加速时间为评价标准，模拟计算了忽略i s g 的两参数、考虑i s g 的两参 数和三参数换档规律的动力性表现。模拟计算包括等速百公里油耗计算和十五 工况计算两个部分。模拟计算结果证明，本文确立的换档曲线使混合动力汽车 的经济性和动力性均有所提高。 关键词：混合动力汽车，自动变速器， 济性，换档延迟，换档品质， i i 换档规律，动力性，三参数控制，经 仿真 a b s t r a c t a b s t r a c t h y b r i de l e c t r i c a lv e h i c l eh a sd e v e l o p e dr a p i d ly t h ec o r eo fh y b r i de l e c t r i c a lt e c h n i q u ei s t h a tt h ee l e c t r i cp o w e ri su s e dt ob a l a n c ea n di m p r o v et h ew o r k i n gs i t u a t i o no fe n g i n e ，f u e l e c o n o m yi si m p r o v e dv i ar e d u c i n gt h ei d l ew o r k i n g a n dm a k i n ge n g i n ew o r ki nh i g i le f f i c i e n c y z o n e r e s e a r c h i n gt h es h i f ts c h e d u l ei na u t o m a t i ct r a n s m i s s i o ne s p e c i a l l yf o rh y b r i de l e c t r i c a l v e h i c l eh a sb e e no n eo ft h ek e y t e c h n i q u e si nf i e l do fh y b r i de l e c t r i c a lv e h i c l e i tc a ni m p r o v et h e d y n a m i cp e r f o r m a n c e ，e c o n o m i c a lp e r f o r m a n c ea n de m i s s i o n ，e v e nm a d eh y b r i de l e c t r i c a lv e h i c l e g e ti n t om a r k e te a s y t h er e s e a r c hi nt h i sp a p e ri sb a s e do nap l a t f o r mo fh y b r i de l e c t r i c a lv e h i c l e w i t hi s g ( i n t e g r a t i v es t a r t e rg e n e r a t o r ) ，a b o u tt h es h i f ts c h e d u l eo fa u t o m a t i ct r a n s m i s s i o n ， i n c l u d i n gd y n a m i cp e r f o r m a n c e ，e c o n o m i c a lp e r f o r m a n c e ，i nh y b r i de l e c t r i c a lv e h i c l e t h ep o i n t s i nt h i sp a p e ra r ed y n a m i cs h i f ts c h e d u l e ，e c o n o m i c a ls h i f ts c h e d u l e 。c h o o s eo ft y p eo fs h i f td e l a y a n dp e r f o r m a n c es i m u l a t i o no f s h i f ts c h e d u l e f i r s t l yt h i sp a p e re x p o u n d st h eb a s i ct h e o r yo fh y b r i de l e c t r i c a lv e h i c l ea n dd y n a m i cp l a no f h y b r i de l e c t r i c a lv e h i c l e w i t hi s gc o m p a r e st h ec l a s s i c a lm e t h o da n dt h en e wm e t h o di nr e s e a r c h o fs h i f ts c h e d u l e i np l a t f o r mm a t l a b s i m u l i n km a d et h es i m u l a t i o nm o d e l ，i n c l u d i n gt h em o d e lo f e n g i n e ，i s ga n dt r a n s m i s s i o n t h ee m p h a s i si nt h i sp a p e ri sh a v i n gb u i l dd y n a m i cs h i f ts c h e d u l ea n de c o n o m i c a ls h i f t s c h e d u l e i na s p e c to fd y n a m i cs h i f ts c h e d u l e ，t h eb a s i cd a t ao ft o r q u eo u t p u tc h a r a c t e r i s t i ca n d d r i v i n gf o r c eo u t p u tc h a r a c t e r i s t i co fe n g i n ei sf o u n dv i ae x p e r i m e n td a t a t h em o s tp r o c e s so f r e s e a r c ho fd y n a m i cs h i f ts c h e d u l ei sm a d e ，i n c l u d i n gd e a l i n go fb a s i cd a t a ，s i n g l es h i f tp o i n ta n d t h ef u l ls h i f ts c h e d u l e w i t ht h er e s o l v i n gm e t h o da n dd r a w i n gm e t h o dt h er e s e a r c hw o r k sf r o m b a s i ct od e p t h t h r e ed i f f e r e n tm o d e l sa r em a d e ：t h es h i f ts c h e d u l ew i t ht w op a r a m e t e ri g n o r i n g t h ee f f e c to fi s gt h es h i f ts c h e d u l ew i t ht w op a r a m e t e rc o n s i d e r i n gt h ee f f e c to f1 s ga n dt h es h i f t s c h e d u l ew i t ht h r e ep a r a m e t e r i nt h ea s p e c to fe c o n o m i cs h i f ts c h e d u l et h ef u e lc o n s u m e c h a r a c t e r i s t i ch a sb e e nm a d e ，t h eo p t i m a le c o n o m i cs h i f ts c h e d u l ei sm a d ew i t hr e s o l v i n gm e t h o d a n dd r a w i n gm e t h o d an e wm e t h o do fc h o o s i n gt h et y p eo fs h i f td e l a ya p p e a r si nt h i sp a p e r , c h o o s i n gw i t ht h e r e s e a r c ho fs h i f tc h a r a c t e r i nt h ep o i n to fv i e wo fs h i f tc h a r a c t e r , t h ed y n a m i cs i m u l a t i o nm o d e l a b o u ts h i f tp r o c e s so ft r a n s m i s s i o ni sm a d e ，t h a ti n c l u d e sa v e r a g ev a l u em o d e lo fe n g i n e ，d y n a m i c 1 1 1 a b s t r a c t s i m u l a t i o nm o d e lo fh y d r a u l i ct o r q u ec o n v e r t o r a n a l y s i so fe v e r ys i m u l a t i o nm o d e lo fs h i f td e l a y p r o d u c e st h es h i f ts h o c ki ne v e r ym o d e l w i t ht h ea n a l y s i so fs h o c kc a dt h et y p eo fs h i f ts c h e d u l e b ec h o s e d t h en e wm e t h o di sa l s oo n eo ft h em o s tp a r t si nt h i sp a p e r , t h er e s u l to ft h i sm e t h o di s a c c o r dt oo t h e rd a s s i c a lm e t h o d 1 nt h ee n do fp a p e rt h en e ws h i f ts c h e d u l ei sv a l i d a t e db ys o f t w a r ep r o g r a m t h eo p t i m a l d y n a m i cs h i f ts c h e d u l ea n dt h eo p t i m a le c o n o m i cs h i f ts c h e d u l er n ni nt h ep r o g r a mw h i c hc o m e s f o r mt h es o f t w a r em a t l a b ，w i t ht h ea p p r a i s es t a n d a r do fa c c e l e r a t et i m ef r o m0t ol o o k m h a ，c o m e t h ed y n a m i cp e r f o r m a n c eo ft h es h i f ts c h e d u l ew i t ht w o p a r a m e t e rw i t h o u ti s gt h es h i f ts c h e d u l e w i t ht w ow i t hi s ga n dt h es h 讧ls c h e d u l ew i t ht h r e ep a r a m e t e r t h es i m u l a t i o np r o g r a mf o r e c o n o m i cp e r f o r m a n c ei n c l u d e sf u e lc o n s u m ef o rl o o k ma n df u e lc o n s u m ef o rf i f t e e nw o r k i n g s i t u a t i o n 。t h er e s u l t sp r o v e st h a tt h es h i f ts c h e d u l ei nt h i sp a p e rc r ni m p r o v et i r ed y n a m i c p e r f o r m a n c ea n de c o n o m i cp e r f o r m a n c ei nh y b r i de l e c t r i c a lv e h i c l e k e yw o r d s ：h y b r i de l e c t r i c a lv e h i c l e ，a u t o m a t i ct r a n s m i s s i o n ，s h i f ts c h e d u l e ， d y n a m i cp e r f o r m a n c e ，c o n t r o lw i t ht h r e ep a r a m e t e r , e c o n o m i cp e r f o r m a n c e ，s h i f t d e l a y , s h i f tc h a r a c t e r , s i m u l a t i o n 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本：学校有权保存学位论文的印刷本和 电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录 检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关 部门或者机构送交论文的复印件和电子舨：在不以赢利为目的的前提下，学校可以适 当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 扩6 年彦月f “珂 f ，“ i z t 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月 日年 月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：蕾删 炒g 年p 月l 日 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题研究的背景及意义与课题的来源 汽车的出现和兴盛是二十世纪社会和经济发展的强劲动力。但不可否认的 是，汽车工业的蓬勃发展也带来了一些严重的负面影响。进入二十一世纪以来， 能源紧缺和环境污染已经成为世界的两大难题。 全世界超过9 5 的道路交通要依靠石油，世界上已经丌采的石油一半以上 都是利用于道路运输。对石油的过度依赖引发了诸多问题，大部分的石油储备都 集中在少数的几个地区，其中一些地区的政治极不稳定，受此影响，全球石油价 格不断攀升，石油供给也令人担忧。众所周知，按照目前的石油消费趋势来计算， 全球轻易可供采掘的石油储备在不到4 0 年内就将消耗殆尽，汽车工业的发展面 临严峻挑战。 汽车的大量使用带来了严重的环境问题。汽车排放的尾气中含有大量的有毒 物质，如氮氧化物、氧化硫、碳氢化合物、煤烟颗粒、金属衍生物等。这些有毒 物质浓度过高时会影响人的身体健康。另一方面，二氧化碳的过度排放造成了全 球气候变暖，这种“温室效应”被成为全球性污染。 为了解决这些问题，许多国家和地区以及许多汽车公司都在努力尝试各种先 进技术，如高级内燃机、替代燃料、混合动力、燃料电池、纯太阳能电池等。以 氢为燃料的燃料电池汽车是汽车远期发展的目标。混合动力汽车是近期汽车发展 的重点，它被普遍视为向纯电动机车转型的过渡产品。 混合动力汽车使用双引擎( 发动机和电机) ，两个能量储备( 化学能和电能) 。 混合动力技术本质上是利用电力驱动来平衡和改善发动机的工况，通过减少发动 机怠速工况、调整发动机工作在高效区以及制动能回收提高燃油经济性、减少污 染物排放。混合动力汽车的最终能量来源依然是燃油，可以利用加油站作为燃料 供应，基础建设投入小。它在续驶里程、动力性等基本性能发面都不亚于甚至超 过传统发动机汽车。基于上述原因，混合动力汽车得到了迅速的发展1 1 l 。 1 9 7 7 年，世界上第一辆混合动力原型车t o y o t as p o r t8 0 0 在丰田汽车中心 问世，标志着国外大汽车公司在混合动力汽车研发方面正式起步。1 9 9 7 年，丰 罔公司推出了世界上第一款批量生产的混合动力汽车t o y o t ap r i u s ，该车上市以 来，全球累计销量已经超过4 0 万辆，占据北美混合动力汽车市场的6 4 。2 0 0 5 年，丰田公司又相继推出h i g h l a n d e r 和雷克萨斯r x4 0 0 h 的混合动力款，并 计划2 0 0 6 年下半年在主力车型佳美轿车上装备混合动力。丰田公司发动机工程 第1 章绪论 部常务董事m a s a t a m it a k i m o t o 表示，丰田汽车公司计划2 0 1 2 年在其全部汽车 产品上采用汽油电力混合动力发动机，以提高燃油经济性和降低排放污染。紧随 丰田汽车公司之后的本田公司也在1 9 9 9 年推出i n s i g h t 两座轿车，2 0 0 2 年又推 出c i v i c 混合动力轿车，并已经于2 0 0 5 年在主力车型雅阁轿车上装备混合动力。 日本日产汽车公司曾在市场推出限量版t i n o 混合动力汽车，并计划于2 0 0 6 年 在美国推出a 1 t i m a 油点混合动力汽车。 面对日本汽车公司的咄咄逼人之势，欧美汽车公司不甘示弱。目前通用汽车 公司推出的混合动力汽车包括雪佛兰s i l v e r a d o 、g m c s i e n a 皮卡、s a t u r n v u e s u v 、c h e v y e q u i n o x 商务车、雪佛兰t a h o e 和吉姆希y u k o n 。戴姆勒一克莱斯勒 公司推出的混合动力汽车包括道奇d u r a n g os u v 、梅赛德斯一奔驰s 级。福特汽 车公司已在e s c a p e 和m e r c u r ym a r i n e r 两款车型中推出了混合动力汽车，预定 2 0 0 7 年投放m a z d at r i b u t e 混合动轮汽车，2 0 0 8 年投放f o r df u s i o n 及m e r c u r y m i l a n 混合动力汽车，目标是2 0 1 0 年之前混合动力汽车的全球销量达到2 5 万辆 1 2 j 。值得注意的是，欧美汽车公司都倾向于合作开发混合动力汽车，以尽快缩小 与日本汽车汽车公司在此领域的差距。2 0 0 5 年9 月，戴姆勒一克莱斯勒、通用 汽车和宝马汽车联手各自精英，开发混合动力汽车。与此同时，德国的奥迪、大 众和保时捷宣布将合作开发混合动力发动机。 在今后的混合动力汽车市场，世界各国的大汽车公司的商业竞争将日趋激 烈。相关数据表明，从2 0 0 0 年到2 0 0 5 年，全球混合动力汽车产量上升了将近6 倍，混合动轮汽车逐步进入蓬勃发展的阶段。 中国的汽车工业近年来取得了突飞猛进的发展。2 0 0 3 年中国已经成为了世 界第四大汽车生产国和第三大汽车销售市场。2 0 0 3 年中国民用汽车年生产量和 总的民用汽车保有量分别达到了4 4 5 万量和2 4 2 0 万量。根据中国政府预测，到 2 0 1 0 年国内汽车市场需求量将达到8 0 0 万至9 0 0 万辆，其中轿车占5 3 ；汽车保有 量将达到5 5 0 0 万辆左右；汽车化水平将达到4 0 辆千人；汽车工业增加值占g d p 比重提高到2 5 。预计倒2 0 2 0 年之前，中国汽车总数可能会达到9 0 0 0 万量1 3 j 。 石油是汽车的“生命线”，面对着汽车工业的飞速发展，汽车燃料问题成为 最大的发展瓶颈。资料显示，2 0 0 4 年中国石油消费量达到了2 9 2 亿吨，进口原 油1 2 3 亿吨，其中，车用燃料消耗已经达到了中国石油消费量的1 3 左右达到了 7 0 0 0 万吨。而我国的石油供应量已经接近目前的产能极限，据石油部门预测， 到2 0 2 0 年，国内市场的石油供应量可以达到4 亿吨到4 5 亿吨，而依照现在的 需求增长速度，到2 0 1 5 年之前，我国汽车产业对于石油的需求量就将达到约5 亿吨【4 】【5 】。 与此同时，环境保护的压力对汽车产业来说与r 俱增。“控制机动车污染是 2 第1 章绪论 当前我国环境保护的重要问题。”科技部部长徐冠华明确表示。目前我国一些大 型城市的机动车排放污染已经成为城市空气污染的主要原因之一。北京市机动车 尾气排放对大气污染物中c o 、h c 、n o ；的分担率分别为6 3 4 、7 3 5 和4 6 ； 上海市中心地区机动车排放对大气污染物中c o 、h c 、n o ，的分担率分别为8 6 、 9 6 和5 6 ；广州、天津、重庆等许多大中型城市具有类似的情况【2 】。预计到 2 0 1 0 年将有近4 0 0 个城市空气污染从目前的煤烟型污染转化成煤烟机动车混合 型污染。 为了实现汽车工业的可持续发展，中国政府积极推动节能清洁汽车的发展。 中国国家环保总局副局长汪纪戎女士说：“中国将会采取进一步的措施来发展使 用混合动力、电力、绿色柴油机和燃料电池的清洁轿车，将继续推行鼓励使用清 洁轿车的各项经济政策。”我国“十五”国家高新技术研究发展计划( 8 6 3 计划) 将电动汽车以重大专项列入；国家发展和改革委员会在2 0 0 4 年6 月1 日颁布的 汽车产业发展政策指出：“结合国家能源结构调整战略和排放标准的要求， 积极开展电动汽车、车用动力电池等新型动力的研究和产业化，重点发展混合动 力汽车技术”，“促进混合动力汽车的生产和使用”。在2 0 0 4 年1 1 月2 5 日颁布的 节能中长期专项规划中又指出，“研究鼓励混合动力汽车、纯电动汽车的生 产和消费政策”。2 0 0 5 年1 0 月1r ，我国f 式出台了混合动力电动汽车标准。 混合动力汽车作为一种新兴的节能环保型汽车，其技术和市场仍然处于一种 蓬勃发展阶段，国内外尚未形成明显差距，重视和扶持我国的混合动力汽车产业， 是快速缩短与世界汽车技术水平差距的发展良机，也是保障我国汽车行业健康持 续发展的重要机遇。分析表明，2 0 0 6 年年底到2 0 0 7 年年初，混合动力汽车将在 我国全面上市，到“十一五”末期，以混合动力为主体的新能源动力系统车辆将 会出现产业化高潮。国内多家汽车生产企业已经着手进行混合动力汽车的研究与 开发。丰田公司与一汽在长春合作生产的国产p r l u s 已与2 0 0 5 年底正式下线； 2 0 0 5 年7 月东风混合动力公交车样车通过验收，并计划小批量生产；奇瑞汽车 公司展出代号b s g 的混合动力轿车，并计划在0 6 年底量产；长安汽车公司和上 海大众分别推出c m 9 和途安混合动力车并计划在2 0 0 8 年小批量生产；华普汽车 公司与同济大学共同研发的混合动力轿车也计划在2 0 1 0 年投放市场。在混合动 力汽车领域，走一条主张自我创新和自主知识产权的发展之路，对于我困民族汽 车工业的发展具有十分重要的意义。 混合动力整车研发的蓬勃发展也带动了针对混合动力技术的汽车零部件的 研发。世界上几大知名汽车零部件企业纷纷加大对混合动力汽车零部件技术的投 入。德国博世公司已经把研发重点转移到混合动力技术上来，由于在汽车电子传 感器以及发动机电子控制方面具有优势，博世对其发展混合动力技术充满自信， 3 第1 章绪论 希望在未来的混合动力系统市场扮演重要角色，就像其目前在柴油动力系统扮演 的角色一样。德国的l u k 公司更是将双理合器或者平行变速器( p s g l 的性能和 一种弱混合动力的功能结合在一起，丌发出了紧凑的两档变速器【6 i 。此外，江森 自控公司，德尔福等零部件生产商也先后开始了混合动力技术的投入。 混合动力汽车驱动系统参数( 发动机参数、电动机参数、变速箱参数等) 对 车辆的动力性、燃油经济型和排放性能均有显著影响。对混合动力汽车而言，其 驱动系统参数的合理匹配将直接决定混合动力汽车能否达到节能环保要求。专门 针对混合动力汽车进行的自动变速箱换档规律研究已经成为混合动力汽车的关 键技术之一，将大大提高混合动力汽车的燃油经济性、动力性和排放状况。促进 混合动力汽车更大程度进入市场。目前，混合动力汽车自动变速箱换档控制技术 仍输入国外汽车公司的技术机密，如何解决此项关键技术，是摆在我国汽车工业 科技工作者面前的紧迫课题，对我国混合动力汽车的健康发展具有重要意义。 本课题来源于上海市科委“混合动力轿车动力系统关键技术研究”项目。课 题针对装有起动一发电一体化电机的混合动轮汽车平台进行研究，对混合动轮汽 车自动变速箱的换档规律展开深入的研究和分析。 1 2 国内外研究现状 1 。2 1 混合动力汽车开发情况 国外的汽车公司在混合动力汽车领域起步较早，并且已经陆续向市场投放了 自己的混合动力汽车产品。作为混合动力汽车的先行者，以丰田公司为代表的日 本汽车公司的产业化程度更深，在2 0 0 0 年就已相继推出较为成熟的混合动力汽 车产品。表1 _ 1 分别为丰田公司推出的第一代p r i u s ，本田公司推出的c i v i c 和r 产 公司推出的t i n o 混合动力汽车的技术参数【7 】 8 】 9 】。 表1 1 早期混合动力汽车技术参数对比” 车型丰田第一代p r i u s 本田c i v i c 曰产t i n 0 发动机排量1 ，5 升 1 4 升 1 8 升 额定功率所处转速 5 3 k w 4 5 0 0 r p m 6 3 k w 5 7 0 0 r p m 7 3 k w 5 2 0 0 r p m 最大扭矩，所处转速 1 1 5 n m 4 2 0 0 r p m1 1 8 n m 3 3 0 0 r p m1 4 1 n m 4 0 0 0 r p m 电机功率 3 3 k w1 0 k w1 7 k w 电池类型镍氢电池6 a h镍氢电池6 a h锂离子电池3 6 a h 电池电压 2 7 3 6 v1 4 4 v1 2 0 2 0 0 v 长优高4 3 1 0 1 6 9 5 1 4 9 0 4 4 4 0 x 1 7 1 5 1 4 3 04 2 7 0 1 7 6 0 1 6 1 0 4 第1 章绪论 整备质量 1 2 5 4 k g1 2 4 4 k g1 5 0 0 k g 轴距2 5 5 0 m m2 6 1 9 m m2 5 3 5 r a m 前轮距 1 4 7 5 7 m m1 4 7 1 m m1 5 3 5 m m 后轮距 1 4 8 0 8 m m1 4 7 1 m m1 5 1 0 m m 最高车速1 6 9 k m h1 6 3 k m h 1 6 6 7 k m h 早期的混合动力产品大多以小型轿车为主，整备质量与发动机功率都不大， 对于混合动力零部件指标要求不高，从开发角度看更为现实。不同的汽车公司在 混合动力汽车研发方面所制定的技术路线也不尽相同。本田公司和日产公司倾向 于弱混合动力汽车的开发，在c i v i c 和t i n o 上，电机的功率相对与发动机的功率 较小，电机还是作为辅助动力工作，属于典型弱混合动力汽车。这两家公司在后 续的研发中一直围绕着弱混合动力汽车。本田公司最新推出的雅阁混合动力款和 同产公司推出的a l t i m a 混合动力汽车仍然为弱混合动力汽车。丰田公司更多的 把精力集中在中、强混合动力汽车上，其第一代p r i u s 的电机功率与发动机功率 已经达到3 3 比5 3 ，属于强混合动力汽车，在最新款的p r i u s 上，电动机功率更 是提高到5 0 千瓦，电机已经不在是发动机的辅助动力源。从推出之日起，混合 动力汽车在排放水平方面的优势就十分明显，表1 2 为p r i u s 轿车的排放水平【”】。 表1 2p r i u s 轿车排放水平 丰p r i u s欧汽油机欧柴油机 n o ( g n c m ) o o l oo 0 8o 2 5 h c ( g k m ) 0 0 2 00 ，1 0 c o ( 酽) 0 0 1 8l o oo 5 0 在混合动力汽车的研发方面，欧美汽车公司的技术风格与日本汽车公司有很 大区别。欧美公司更看重在中高档轿车和多功能运动型汽车上发展混合动力。 福特公司著名的e s c a p e 混合动力s u v 上配备2 3 l d o h c1 6 气门汽油发动 机，发动机和电动机的功率分别为9 9 k w 和7 9 k w ，属于中度混合动力车。戴姆 勒一克莱斯勒公司的c i t a d e l 为四轮驱动并联式混合动力汽车【l ”。3 5 l 、1 8 9 k w 的前置汽油机驱动后轮，一个5 2 k w 的集中电机驱动前轮，两套动力系统独立工 作，通过路面耦合。奥迪公司是目前欧洲汽车公司中唯一有量产混合动力款汽车 的厂商，奥迪在欧洲范围内的混合动力技术上仍有技术优势。0 5 年法兰克福车 展上，奥迪继a u d id u o l l 2 i 之后推出q 7 混合动力s u v 。表1 _ 3 为奥迪q 7 的技术 参数。 表1 3a u d iq 7h y b r i d 技术参数 发动机f s i 八缸汽油机 整祷质量 2 4 1 0 k g 发动机最大功率 2 5 7 k w电机最大功率3 2 k w 5 第1 章绪论 发动机最大扭矩 4 4 0 n m 电机撮大扭矩 2 0 0 n m 百公里加速时问 6 ，8 s 变速箱 6 档t i p t r o n i c 5 档8 0 1 2 9 公里加速时间 7 s 百公里油耗1 2 l 作为目前世界上最豪华的混合动力汽车，奥迪q 7 的各项动力性指标与传统 高档s u v 不相上下，电动机和镍氢电池非常轻，仅比标准版q 7 重1 4 0 k g ，而 油耗比标准版降低1 3 。除此之外，奥迪q 7h v b r i d 上配备q u a t t r o 全时四驱系 统，将所有的发动机功率和扭矩转换为高水准的操控动力和驾驶安全性，并通过 六档t i p t r o n i c 手、自动一体变速箱将动力传递到各个车轮。奥迪的举动表明， 混合动力技术在高档汽车领域同样大有可为。 国内自主研发的混合动力汽车刚刚起步，各个民族汽车企业都在不断加大混 合动力汽车的商业化步伐。奇瑞汽车公司推出b s g 混合动力样车，计划在0 6 年 下半年实现批量生产，这款基于奇瑞a 2 1 的混合动力汽车，利用高强度皮带来 连接发动机与电机工作。长安汽车公司成功开发出i s g 弱混合动力轿车，以及 专门为混合动力汽车使用的发动机。上海华普汽车公司与同济大学合作开发出前 轮发动机加s s g ，后轮轮毂电机驱动的地面耦合的混联式混合动力汽车。同时还 与上海交通大学合作丌发出中度混合型混合动力汽车海尚3 0 5 混合动力款，同样 采用i s g 方案，与原型车比较经济性可以提高2 0 。 1 2 2 自动变速技术及研究动态 1 2 2 1 自动变速器发展过程 汽车自动变速器是随着车辆技术及其相关技术的发展而产生的。纵观汽车自 动变速器的发展历史，大体上可以分为四个阶段：自动变速前期、液力自动变速 阶段、电控自动变速阶段和智能变速阶段。图1 1 为各阶段的技术应用情况【”1 。 1 9 0 41 9 3 81 9 6 91 9 9 0 6 第1 章绪论 图1 1 自动变速器发展历程 1 自动变速前期 最早在1 9 0 4 年英国w i l s o np i c h e r 汽车上出现了离合器和制动器等摩擦元件 操纵变速的行星齿轮机构。1 9 0 7 年福特车上大量使用行星齿轮变速器，实现了 不切断动力进行的“动力换档”。1 9 3 8 年美国通用汽车公司和克莱斯勒公司采用 液力耦合器替代离合器，出现了液力自动变速器的前身，开始了车速和油门两个 参数信号，用液压逻辑油路控制的液力自动变速时代。 2 液力自动变速阶段 液力自动变速阶段以1 9 3 9 年通用o l d s m o b i l e 车上的h y d r o m a n t i c 开始，这 个阶段的液力自动变速器由液力变矩器和行星齿轮变速器组成，控制系统是通过 液压系统来实现的，控制信号的产生主要通过反应油门开度大小的节气门阀和反 应车速高低的速控阀实现，其控制系统是由若干个复杂的液压阀和油路构成的逻 辑控制系统，按照设定的换档规律，控制换档执行机构的动作，从而实现自动换 档。代表的产品包括：丰田的, 4 , 4 0 系列自动变速器，通用的4 t 6 0 e 、e f 、c h p e 9 等系列产品。但液压系统的控制精度较低，难以适应车辆行驶状况的变化，无法 按驾驶员愿望实现精确的换档品质控制。 3 电控自动变速阶段 1 9 6 9 年法国雷诺汽车公司的r 1 6 t a 轿车首先使用了电子控制自动变速器， 自动换档的控制系统由电脑实现。到2 0 世纪8 0 年代，电子控制逐步实用化，越 来越多的自动变速器采用了电子控制。 自动变速的控制系统包括电控和液控两部分，电控系统由电脑、各种传感器、 电磁阀以及控制电路组成，控制换档的参数通过传感器转换为电信号输送给处理 单元，处理单元经过计算将换档的信号作用于换档电磁阀，利用液压换档执行机 构实现自动换档。电脑能存储和处理多种欢度规律，在改善换档品质方面有优越 性，并与整车的其他控制系统兼容性好，最终可以实现车辆电子控制的一体化。 4 智能自动变速阶段 随着车辆技术和自动变速技术的发展，人们不再满足于简单的功能实现，车 辆自动变速技术即将进入智能化阶段，控制策略的不断改进成为车辆自动变速技 术的特点。德国宝马公司1 9 9 2 年推出用于四档和五档自动变速器的自适应控制 系统，采用模糊推理进行路面识别。三菱新型四档自动变速器将各种输入信息和 驾驶员的换档通过神经网络建立联系，利用神经网络的学习功能，使得车辆能够 按照驾驶员意图自动换档i “】【1 5 】。 我国应用液力传动始于五十年代，自行研制出了内燃机车和红旗c a 7 7 0 三 排座高级轿车的夜里传动系统，随后液力转动也在我国取得一定发展，但发展速 7 第1 章绪论 度落后于发达国家。 由于对自动变速器良好性能的逐渐认识，用户的需求也越来越大，使国内汽 车企业加快了自动变速器的发展步伐。1 9 9 8 年，一汽大众的新捷达王装备了a g 4 自动变速器，1 9 9 9 年神龙富康推出智能型a l 4 自动变速器，上海通用剐克装备 了4 t 6 5 e 自动变速器。此外，广州本田、天津夏利、重庆长安也先后加入其中。 上海大众的帕萨特b 5 还装备了具有模糊控制功能的自动变速器。不仅仅在轿车 领域，深圳华海公司还为深圳市大型公共汽车改装了进口的艾里逊液压自动变速 器。可以说，在国产车上选装自动变速器已成为必然之势。 1 2 2 2 自动变速器特点及分类 自动变速器的主要特点表现在一下几个方面： 1 驾驶性能优良 汽车驾驶性能的好坏，除了与汽车本身的结构有关外，还取决于正确的控制 和操纵。自动变速器可以按照预先设定的最佳换档规律自动变换档位，让汽车在 不同的运行条件下都能同时兼顾发动机的最低油耗和变速器的最高效率，特别适 合非职业驾驶员。 2 自适应能力强 自动变速器的档位变换不但快，而且平稳，提高了汽车的乘坐舒适性。一方 面能在一定范围内实现无级变速，大大减少了行驶过程中的换档次数；另一方面 可以降低动力传动系统中的冲击和动载荷。在恶劣路况下，自动变速的车辆传动 轴上，最大动态扭矩的峰值只有手动变速器的2 0 一4 0 。原地起步时的最大 动态扭矩只有手动变速的5 0 一7 0 。从而延长了发动机和传动系统零部件的 寿命。 3 行车安全性高 由于频繁换档操作，使驾驶员的注意力被分散，而且容易产生疲劳，造成交 通事故增加。装有自动变速器的车辆，取消了离合器踏板，改善了驾驶员的劳动 强度，使行车事故率降低，平均车速提高。 4 废气排放低 手动变速器换档时需要切断动力，使发动机转速变化较大，节气门开度变化 急剧，非稳定工况强烈，导致排放中的污染物多。自动变速器可使发动机经常处 于经济性理想的区域工作，从而降低了排气污染。 自动变速器按照按控制原理可以分为三类：液力自动变速器、机械自动变速 器和机械无级自动变速器。 液力自动变速器以液力变矩器和行星齿轮变速器串联为特征，具有结构紧 凑、传动平稳换档冲击小等特点。自2 0 世纪3 0 年代诞生以来，一直是汽车 8 第1 章绪论 自动变速器产品中的主流结构。液力变矩器从根本上简化了操纵，它既具有离合 器的功能，又使发动机与传动系之间实现“柔性”连接，可以在一定的范围内实 现无级变速，对外负载有良好的自动调节和适应性。可与行星齿轮变速器串联， 除传递全部发动机功率外，还可与行星齿轮变速器进行多种方式并联。2 0 世纪 9 0 年代以来，大量电子技术的应用，使液力自动变速器电控系统的结构和控制 方法日臻完善，控制精度越来越高，控制范围日益扩大，正朝着综合控制和智能 控制的方向发展。 机械式自动变速器是一种由普通齿轮式机械变速器组成的有级式机械自动 变速器。这种自动变速器主要有三个部分：自动离合器、齿轮式机械变速器和电 子控制系统。机械式自动变速器不仅保留了原手动变速器传动效率高、成本低的 优点，而且还具有液力自动变速器自动换档所带来的全都优点，成为各国研究开 发的热点。 机械无级传动变速器克服了前面两种自动变速器固有的齿轮传动比不连续 和零件数量过多的缺点。具有传动比连续、传递动力平稳操纵方便等特点，真 正实现了无级变速。从理论上说，c v t 可以使发动机始终在其经济转速区域内 运行，从而大幅度改善燃油经济性，在高档轿车上得到一定推广。 1 2 3 混合动力汽车自动变速箱研发情况 换档规律是指两排档问自动换档时刻随控制参数变化的规律。换档规律的好 坏直接影响车辆的动力性、燃油经济性、排放特性、安全性和舒适性等的优劣， 是自动变速器的关键技术【“】。混合动力车辆的动力源和动力传动系统的结构与 传统汽车有很大不同，对于混合动力汽车而言，深入进行针对混合动力系统的自 动变速箱换档规律十分重要，各大汽车公司都在开展这项工作，并以此作为企业 机密，尚未公开发表。从目前市场的混合动力产品看，各大公司采用的自动变速 器方案并未形成统一。表1 4 为几种典型混合动力产品自动变速器方案的比较。 表1 4 几种典型混合动力产品自动变速器方案比较 车型生产j 商 形式 变速箱方案 p r i u s丰田混联 i n s i g h t 本田并联5 档手动机械式 p r o d i g y 福特并联6 档自动机械式 e s x 3 戴姆勒克莱斯勒并联5 档自动机械式 p r e c e p t 通用 混联 4 档自动机械式 t i n o日产