插電式混動(dòng)用新型變速器動(dòng)力匹配及試驗(yàn)驗(yàn)證

張海亮，鐘再敏，吳?？?，余卓平

（1.同濟(jì)大學(xué) 汽車(chē)學(xué)院，上海201804；2.上海汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司，上海200041）

對(duì)于插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)（plug-in hybrid electric vehicle，PHEV），依據(jù)動(dòng)力電池的荷電狀態(tài)（state of charge，SOC）值的大小，包含兩種車(chē)輛主要工作模式，即電量消耗（charge discharge，CD）以及電量維持（charge sustain，CS）模式，當(dāng)電系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者由于車(chē)輛被長(zhǎng)時(shí)間放置動(dòng)力電池嚴(yán)重饋電后，車(chē)輛將處于內(nèi)燃機(jī)（internal combustion engine，ICE）模式，在以上三種車(chē)輛工作模式下，動(dòng)力源具有不同的功率特性，但三者必須同時(shí)依靠一套傳動(dòng)系實(shí)現(xiàn)與輪邊負(fù)載特性的匹配，這為傳動(dòng)系參數(shù)的確定帶來(lái)了相當(dāng)大難度［1］.文獻(xiàn)［2］針對(duì)一款大型電動(dòng)客車(chē)，依據(jù)行駛工況和電機(jī)機(jī)械特性對(duì)變速系統(tǒng)進(jìn)行匹配，使電機(jī)更多地工作在高效區(qū).文獻(xiàn)［3］針對(duì)一款電動(dòng)乘用車(chē)，提出了恒功率擴(kuò)大系數(shù)、檔位數(shù)和傳動(dòng)比范圍的確定原則.文獻(xiàn)［4］針對(duì)一款并聯(lián)式混合動(dòng)力城市客車(chē)提出了一種綜合考慮發(fā)動(dòng)機(jī)以及電機(jī)效率的動(dòng)力總成參數(shù)匹配方法，使得車(chē)輛整體性能有所提高，但其是以電機(jī)與變速箱輸入軸耦合這樣一種傳動(dòng)方案為研究對(duì)象的，且需要以能量管理策略為基礎(chǔ).

目前，將電機(jī)與傳動(dòng)系進(jìn)行集成設(shè)計(jì)，構(gòu)成有源傳動(dòng)裝置，已成為一種重要的技術(shù)途徑.所述某定軸式有源傳動(dòng)裝置，其最大技術(shù)特征是：電機(jī)將靈活地與變速箱輸入軸或輸出軸連接，前者可通過(guò)合理使用檔位傳動(dòng)比優(yōu)化電機(jī)的工作區(qū)間，后者將克服定軸式傳動(dòng)裝置固有的換檔過(guò)程存在動(dòng)力中斷問(wèn)題.如果將其應(yīng)用于PHEV，傳動(dòng)系參數(shù)的確定將變得更為復(fù)雜，基于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)輛的傳動(dòng)系參數(shù)匹配方法將不再適用［5-6］，因此需要找到其動(dòng)力性匹配設(shè)計(jì)的方法以及理論依據(jù)，這正是本文研究的主要內(nèi)容.

1 某定軸式有源傳動(dòng)裝置的概述

電 動(dòng) 操 縱 變 速 器 （electrified manual transmission，EMT）的工作原理見(jiàn)圖1.其主要由電機(jī)，傳動(dòng)系，離合器以及相應(yīng)的自動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)構(gòu)成.

圖1 EMT的工作原理Fig.1 Working principle of EMT

發(fā)動(dòng)機(jī)E通過(guò)離合器C與輸入軸Ai連接，進(jìn)而通過(guò)檔位同步器 S1／2／S3／4以及檔位速比i1～4可選地向輸出軸傳遞動(dòng)力.通過(guò)輸入軸同步器SSI電機(jī)M將可選地通過(guò)速比iSI與輸入軸連接，簡(jiǎn)稱(chēng)為SI（shaft input）路徑.通過(guò)輸出軸同步器SSO電機(jī)將可選地通過(guò)速比iSO與輸出軸Ao連接，簡(jiǎn)稱(chēng)為SO（shaft output）路徑.當(dāng)輸入軸／輸出軸同步器同時(shí)接合時(shí)，iSO相當(dāng)于輸入軸與輸出軸之間的第5個(gè)檔位速比i5.

由此依據(jù)動(dòng)力源數(shù)量以及電機(jī)動(dòng)力耦合路徑的不同，可將EMT的工作模式分為4種：①電機(jī)與輸入軸 連 接 的 純 電 動(dòng) EV-SI（electric vehicle-shaft input）模式，可利用檔位速比i1～4；②電機(jī)與輸出軸連接的純電動(dòng)EV-SO（electric vehicle-shaft output）模式；③電機(jī)與輸入軸連接的混合動(dòng)力HEV-SI（hybrid electric vehicle-shaft input）模式，可利用檔位速比i1～4；④電機(jī)與輸出軸連接的混合動(dòng)力HEVSO（hybrid electric vehicle-shaft output）模式，可利用檔位速比i1～5.對(duì)于第1和第3兩種工作模式而言，其突出的優(yōu)點(diǎn)在于電機(jī)工作在高效區(qū)，對(duì)于第2和第4兩種工作模式而言，其突出的優(yōu)點(diǎn)在于解決換檔過(guò)程中存在的動(dòng)力中斷問(wèn)題.

CD模式下，選擇EMT處于EV-SI模式，以此確保電機(jī)持續(xù)工作在高效區(qū).CS模式下，選擇EMT處于HEV-SO模式，以此解決換檔過(guò)程中存在的動(dòng)力中斷問(wèn)題.原因一，盡管電機(jī)被迫通過(guò)一個(gè)較小的速比iSI·iSO與輸出軸連接，無(wú)法持續(xù)在高效區(qū)工作，但是對(duì)于PHEV而言，當(dāng)其處于CS模式時(shí)，通常要求動(dòng)力電池SOC值幾乎保持恒定不變，期間主要由發(fā)動(dòng)機(jī)向輪邊提供動(dòng)力，只有在發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力與司機(jī)駕駛需求不匹配時(shí)，才會(huì)由電機(jī)進(jìn)行功率補(bǔ)償與回饋.原因二，當(dāng)EMT處于HEV-SO模式時(shí)能為發(fā)動(dòng)機(jī)提供額外的5檔，如圖1所示.

2 基本輸入／輸出特性計(jì)算

2.1 不同工作模式下車(chē)輛動(dòng)力性設(shè)計(jì)要求

動(dòng)力性匹配設(shè)計(jì)的前提是確定不同工作模式下具體的車(chē)輛動(dòng)力性設(shè)計(jì)要求，主要包括：①最高車(chē)速；②最大坡道起步能力；③全車(chē)速范圍內(nèi)的后備功率.

第一輪EMT樣機(jī)將被安裝到一款原先配備5檔手自一體變速器（automatic manual transmission，AMT）使用直列式4缸汽油機(jī)前置前驅(qū)的B級(jí)車(chē)上，進(jìn)而試制一輛PHEV，原車(chē)基礎(chǔ)參數(shù)見(jiàn)表1.

表1 原車(chē)基礎(chǔ)參數(shù)Tab.1 Original vehicle basic parameters

當(dāng)原車(chē)在坡道上低速行駛時(shí)，風(fēng)阻以及前／后輪接地點(diǎn)的空氣升力可忽略不計(jì)，前輪接地點(diǎn)最大附著力為

其中，φ為干燥水泥路面的附著系數(shù)，0.8；θ為路面坡度，（°）；g為重力加速度，9.8m·s-2.

當(dāng)θ等于最大坡起路面角度θmax時(shí)：

經(jīng)計(jì)算可知，θmax=19.37°，相比于原車(chē)，PHEV的前艙將增加電機(jī)以及電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，后艙將增加動(dòng)力電池，可暫且認(rèn)為PHEV與原車(chē)具有相同的質(zhì)量分配關(guān)系.因此在為其制定不同車(chē)輛工作模式最大坡起能力設(shè)計(jì)要求時(shí)，必須考慮上述極限情況.

當(dāng)動(dòng)力電池SOC值較高時(shí)，CD模式可用于在城市工況實(shí)現(xiàn)零排放短距離行駛.當(dāng)動(dòng)力電池SOC值較低或司機(jī)預(yù)計(jì)行駛距離較長(zhǎng)時(shí)，CS模式較為適用，其可有效降低動(dòng)力電池的充放電次數(shù)，提高其使用壽命.在CS模式下，憑借電機(jī)額定功率，配合發(fā)動(dòng)機(jī)可使車(chē)輛獲得穩(wěn)定且較為富余的動(dòng)力性.當(dāng)車(chē)輛由于長(zhǎng)時(shí)間放置，導(dǎo)致動(dòng)力電池嚴(yán)重饋電時(shí)，司機(jī)可選擇使用ICE模式.盡管ICE模式的使用頻度較低，但是還是應(yīng)當(dāng)確保車(chē)輛具備必要的動(dòng)力性.結(jié)合新歐洲行駛工況（new european driving cycle，NEDC）不同車(chē)輛工作模式下的動(dòng)力性設(shè)計(jì)要求表2.

表2 不同車(chē)輛工作模式下的動(dòng)力性設(shè)計(jì)要求Tab.2 Dynamic property requirements under different vehicle modes

通常情況下，不論是內(nèi)燃機(jī)還是電機(jī)，只有在中速區(qū)才能使其輸出最大功率，因此可分別按照CD以及ICE模式下車(chē)輛高速行駛時(shí)的動(dòng)力性要求分別確定電機(jī)以及發(fā)動(dòng)機(jī)的功率.

假定電機(jī)，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及動(dòng)力電池將使得整備質(zhì)量增加了約170kg，即mveh＿EMT=1 814kg.按照NEDC工況，當(dāng)車(chē)輛接近120km·h-1最高工況車(chē)速且同時(shí)全力加速時(shí)，電機(jī)需要向輪邊提供約30 kW的功率，因此電機(jī)額定功率可確定為30kW.

為了在整備質(zhì)量增加后，車(chē)輛依然能夠向司機(jī)提供一個(gè)相比原車(chē)動(dòng)力性不被過(guò)多削弱的ICE模式，考慮保留原車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī).

3 傳動(dòng)系速比的確定

為了確定傳動(dòng)系參數(shù)，首先需要確定PHEV具體實(shí)現(xiàn)CD，CS以及ICE三種車(chē)輛工作模式的方式.

3.1 電機(jī)動(dòng)力傳遞路徑速比的確定

在0～120km·h-1車(chē)速范圍內(nèi)，司機(jī)可以通過(guò)模式選擇按鈕使得PHEV在CD模式與CS模式之間進(jìn)行切換.由于電機(jī)最高轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速之比（nEM＿max／nICE＿max）等于1.5，如果iSI≠1.5，那么當(dāng)PHEV在CD模式與CS模式之間進(jìn)行切換時(shí)，如果不預(yù)先進(jìn)行檔位切換，必有一個(gè)動(dòng)力源會(huì)超速.因此，iSI=1.5，則iSO=0.874，即EMT的5檔速比i5＿EMT等于0.874.

按照CS模式下的最高車(chē)速要求，若沿用原車(chē)主減速比，即EMT的主減速比i0＿EMT等于i0＿AMT，則：

3.2 一檔速比的確定

通常情況下，定軸齒輪變速器一檔速比主要是基于最大爬坡能力以及低速時(shí)車(chē)輛后備功率要求來(lái)選擇的.實(shí)際一檔速比能夠在很大程度上決定起步過(guò)程中的離合器滑磨功，尤其是在坡起時(shí).因此，本文試圖綜合對(duì)起步過(guò)程中離合器滑磨功的考慮來(lái)確定一檔速比.

對(duì)于CS模式起步過(guò)程而言，其總體控制思想如下：在離合器從動(dòng)盤(pán)開(kāi)始傳遞摩擦轉(zhuǎn)矩前，首先將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提升至高于發(fā)動(dòng)機(jī)最小轉(zhuǎn)速ωICE＿min的一個(gè)初始轉(zhuǎn)速ωICE＿ini，隨后開(kāi)始結(jié)合離合器，同時(shí)電機(jī)向輪邊提供動(dòng)力，在此期間要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在下降至ωICE＿min之前，車(chē)速已超過(guò)最小車(chē)速對(duì)應(yīng)輪邊轉(zhuǎn)速ωo＿min.為便于分析，可以將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速ωICE以及輪邊轉(zhuǎn)速ωo與時(shí)間t之間的關(guān)系作簡(jiǎn)化，即ωICE以恒定速率下降，而ωo以恒定速率上升，其中ts為起步過(guò)程完成時(shí)間（即從離合器從動(dòng)盤(pán)開(kāi)始傳遞摩擦轉(zhuǎn)矩至主從動(dòng)端完成同步的時(shí)間），并且假設(shè)當(dāng)ωICE達(dá)到ωICE＿min時(shí)，ωo同時(shí)達(dá)到ωo＿min.

定義發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩限值TICE＿lim，其幅值小于發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩TICE＿max，起步過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩TICE=TICE＿lim，顯然TICE＿lim越大，離合器從動(dòng)盤(pán)上可傳遞的摩擦轉(zhuǎn)矩越大，起步過(guò)程完成得越迅速.

通過(guò)對(duì)CS模式下起步過(guò)程進(jìn)行受力分析，可得：

其中，ωo＿min為最小車(chē)速對(duì)應(yīng)輪邊轉(zhuǎn)速，7.51rad·s-1；Jveh為輪邊負(fù)載端等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，163.33kg·m2；i1＿EMT為 EMT 的1檔速比，初選為3.232；TEM＿rate＿max為電機(jī)額定功率下的最大轉(zhuǎn)矩，N·m；Tf為滾動(dòng)阻力矩，N·m；θ為路面坡度，（°）；Ti為坡道阻力矩，N·m；ωICE＿min為發(fā)動(dòng)機(jī)最低轉(zhuǎn)速，104.72 rad·s-1=1 000r·min-1；ωICE＿ini為發(fā)動(dòng)機(jī)初始轉(zhuǎn)速，209.44rad·s-1=2 000r·min-1；JICE為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，0.02kg·m2；Tc為離合器從動(dòng)盤(pán)上傳遞的摩擦轉(zhuǎn)矩，N·m.

則車(chē)輛起步過(guò)程完成時(shí)間ts為

發(fā)動(dòng)機(jī)所做正功大小為

電機(jī)所做正功大小為

道路阻力矩所做負(fù)功大小為

起步過(guò)程完成后車(chē)輛動(dòng)能大小為

起步過(guò)程中離合器滑磨功大小為

等效到輪邊的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JICE為

JICE＿oeq僅為Jveh的2.7%，因此可以忽略其動(dòng)態(tài)特性，即認(rèn)為T(mén)ICE＿lim≈Tc.

為了確保在18°坡道路面上車(chē)輛不發(fā)生溜坡，假設(shè)TEM=TEM＿rate＿max，i1＿EMT=3.232，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩限值的最小值為

98.5N·m

同時(shí)假設(shè)TICE＿lim=0.8TICE＿max，且 EMT 的1檔速比最小值為

當(dāng)TICE＿lim=0.8TICE＿max，而i1＿EMT在i1＿EMT＿min～2i1＿EMT范圍內(nèi)變化時(shí)，其對(duì)能量轉(zhuǎn)換的影響可參見(jiàn)圖2.由此可知：①當(dāng)i1＿EMT=3.232時(shí)，WICE=70 428J，WEM=3 864J，而c=69 678J；②隨著i1＿EMT的增加，WICE以及Wc均顯著降低，當(dāng)i1＿EMT增加為原來(lái)的兩倍時(shí)，WICE降低為11 169J，WEM降低為613J，Wc降低為7 172J；③ 當(dāng)i1＿EMT=3.7 時(shí)，Wc降 低 為 約39 718J，與AMT在18°坡道路面起步過(guò)程中的Wc大小相當(dāng).

圖2 i1＿EMT對(duì)能量轉(zhuǎn)換的影響（CS坡起）Fig.2 Energy conversion of different i1＿EMT （CS ramp start）

結(jié)合CS模式下的最大坡起能力要求：

以及ICE模式下的最大坡起能力要求：

由此，初定：i1＿EMT=3.7.

3.3 高檔速比的確定

CD模式下由電機(jī)單獨(dú)向輪邊提供動(dòng)力，由于電機(jī)處于SI路徑，換檔過(guò)程中必然存在動(dòng)力中斷.假定電機(jī)僅僅使用一個(gè)檔位，便可使得最高車(chē)速達(dá)到120km·h-1，固然可以解決動(dòng)力中斷問(wèn)題，但是該檔速比為

按照CD模式下的最大坡起能力要求為：

式中，TEM＿peak＿max為電機(jī)峰值功率下的最大轉(zhuǎn)矩，N·m.上述兩個(gè)速比同時(shí)也必為發(fā)動(dòng)機(jī)使用，二者的間隔為2.766／1.311=2.11，顯然必須在二者之間插入第三個(gè)速比才能確保發(fā)動(dòng)機(jī)能夠工作在經(jīng)濟(jì)區(qū).因此按照CD模式下的動(dòng)力性設(shè)計(jì)要求，i1＿EMT＞2.685，EMT的3檔速比i3＿EMT等于1.273.參照原車(chē)AMT檔位速比間隔，初定EMT的2檔速比i2＿EMT與4檔速比i4＿EMT分別等于1.9及1.055.

3.4 傳動(dòng)系動(dòng)力性校核

圖3和圖4中的4條窄虛線自下而上分別表示坡度分別為0°，10°，20°以及30°的坡道對(duì)應(yīng) PHEV的行駛阻力，4條點(diǎn)劃線自上而下分別表示坡度分別為0°，10°，20°以及30°的坡道對(duì)應(yīng) PHEV 的最大輪邊附著力.

圖3 CD模式下輪邊驅(qū)動(dòng)力Fig.3 Driving force at wheel（CD mode）

圖4 CS模式下輪邊驅(qū)動(dòng)力Fig.4 Driving force at wheel（CS mode）

4 原理樣機(jī)／樣車(chē)介紹

EMT原理樣機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖5所示.其主要包含有5個(gè)部分，分別為軸系，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，檔位切換執(zhí)行機(jī)構(gòu)，動(dòng)力切換執(zhí)行機(jī)構(gòu)，離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及殼體.為了降低生產(chǎn)成本并確保整體結(jié)構(gòu)更為緊湊，驅(qū)動(dòng)電機(jī)與軸系采用一體化設(shè)計(jì)，即二者使用同一個(gè)殼體.除離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用外置式結(jié)構(gòu)外，檔位切換以及動(dòng)力切換執(zhí)行機(jī)構(gòu)均采用內(nèi)置式結(jié)構(gòu)，即除操縱電機(jī)以及位置傳感器外，剩余機(jī)械傳動(dòng)部分均被置于殼體內(nèi)部.

圖5 EMT原理樣機(jī)Fig.5 EMT prototype

EMT原理樣車(chē)的動(dòng)力艙結(jié)構(gòu)如圖6所示.其主要包含有6個(gè)部分，分別為發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)（engine system，EMS），EMT，功率控制單元（power control unit，PCU），整 車(chē) 控 制 器 （vehicle management system，VMS）以及綜合配電盒.所謂集成控制單元主要集成了變速器控制器以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器兩大功能，能夠獨(dú)立實(shí)現(xiàn)全部控制功能.

圖6 EMT原理樣車(chē)Fig.6 Prototype vehicle of EMT

5 原理樣車(chē)試驗(yàn)驗(yàn)證

EMT原理樣車(chē)轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖7所示.

圖7 轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)Fig.7 Revolving drum test site

5.1 工況試驗(yàn)結(jié)果

通常情況下，PHEV總是優(yōu)先使用CD模式，待電池電量不足后，能量管理策略將自動(dòng)將整車(chē)工作模式切換為CS模式.前者適用于城市短距工況，后者適用于城際長(zhǎng)距工況，如果司機(jī)能夠按照出行目的地，手動(dòng)地對(duì)上述模式進(jìn)行切換，那么PHEV的優(yōu)勢(shì)將得到進(jìn)一步的發(fā)揮，因此在EMT原理樣車(chē)上設(shè)置有一個(gè)模式切換按鈕，用于實(shí)現(xiàn)上述功能.

參見(jiàn)圖8，當(dāng)車(chē)輛處于CD模式時(shí)，由于NEDC工況下無(wú)需進(jìn)行爬坡，電機(jī)僅使用2／3檔速比向輪邊提供動(dòng)力.具體講，當(dāng)車(chē)速達(dá)到65km·h-1時(shí)，才由2檔切換至3檔，以此保證城市工況下無(wú)需頻繁換檔，大大提高了舒適性.通過(guò)回饋制動(dòng)功能，電機(jī)對(duì)18.5%的制動(dòng)能進(jìn)行了回收，百公里耗電量為16.58kWh.需要說(shuō)明的是以上數(shù)值并非通過(guò)電池SOC值變化并結(jié)合電池容量得出，而是基于如下方法獲得：在電池被充滿(mǎn)電的前提下，車(chē)輛以CD模式完成兩次NEDC工況，停車(chē)后，對(duì)電池進(jìn)行充電直至其再次被充滿(mǎn)，利用電度表測(cè)量在此期間充入電池的能量，基于以上數(shù)值以及NEDC工況的總里程數(shù)得出百公里耗電量.

參見(jiàn)圖9，當(dāng)車(chē)輛處于CS模式時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)僅使用2／3／4檔速比向輪邊提供動(dòng)力.當(dāng)車(chē)速依次超過(guò)42km·h-1以及58km·h-1后，EMT分別由2／3檔切換至3／4檔，100km耗油量為6L，相比之下原車(chē)的100km耗油量為7.325L，因此CS模式下的節(jié)油率達(dá)到18.1%，其綜合百公里燃油消耗量為［7］

其中，De為純電續(xù)駛里程，50km；C1為CD模式下的百公里耗電量，16.58kWh；Dav為一常數(shù)，25 km；C2為CS模式下的百公里耗油量，6L.需要說(shuō)明的是耗油量的測(cè)量是基于機(jī)械式柱塞泵油耗儀完成的，即在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，通過(guò)讀取柱塞運(yùn)動(dòng)的總數(shù)以及柱塞單次運(yùn)動(dòng)掃略過(guò)的體積得到.

圖8 CD模式對(duì)應(yīng)NEDC工況試驗(yàn)結(jié)果Fig.8 Experimental results under CD mode（NEDC）

圖9 CS模式對(duì)應(yīng)NEDC工況試驗(yàn)結(jié)果Fig.9 Experimental results under CS mode（NEDC）

5.2 動(dòng)態(tài)切換過(guò)程的分析

當(dāng)車(chē)速為30km·h-1，且EMT處于2檔時(shí)，CS模式換CD模式的過(guò)程如圖10所示，當(dāng)時(shí)間t=0.1 s時(shí)，模式切換過(guò)程被觸發(fā)，TEM降為0N·m；當(dāng)t=0.36s時(shí)，動(dòng)力切換執(zhí)行機(jī)構(gòu)耗費(fèi)了約100ms斷開(kāi)SO路徑，在電機(jī)完成調(diào)速過(guò)程后，又耗費(fèi)了約100 ms建立起SI路徑，之后離合器便開(kāi)始分離.由于在上述過(guò)程發(fā)生前，司機(jī)已完全松開(kāi)了油門(mén)，因此在分離離合器前無(wú)需再將TICE降低至0N·m.當(dāng)t=1.2 s時(shí)，離合器開(kāi)始分離，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)，最終發(fā)動(dòng)機(jī)停止旋轉(zhuǎn).

當(dāng)車(chē)速為41.5km·h-1，且EMT處于CS模式時(shí)，2檔換3檔的過(guò)程如圖11所示，當(dāng)時(shí)間t=1.4s時(shí)，檔位切換過(guò)程被觸發(fā)，TICE開(kāi)始下降，離合器同步分離，同時(shí)TEM開(kāi)始向輪邊輸出動(dòng)力，以此確保在檔位切換過(guò)程中輪邊無(wú)動(dòng)力中斷；當(dāng)t=2s時(shí)，檔位切換執(zhí)行機(jī)構(gòu)耗費(fèi)了約250ms將變速箱檔位由2檔切換為3檔，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始調(diào)速，離合器同步結(jié)合.由于升檔過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)需要降速，而負(fù)的TICE只能由摩擦力以及泵氣損失實(shí)現(xiàn)，其幅值約為15N·m，因此調(diào)速過(guò)程持續(xù)了較長(zhǎng)時(shí)間，約為1s.由于i3＿EMT=1.273，iSI·iSO=1.311，二者在數(shù)值上較為接近，因此在調(diào)速過(guò)程完成后發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與電機(jī)轉(zhuǎn)速較為接近.當(dāng)t=4.2s時(shí)，離合器完全結(jié)合，TICE與TEM實(shí)現(xiàn)了第二次此消彼長(zhǎng)的過(guò)程，按照CS模式下的能量管理策略，恢復(fù)到了主要由發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出的狀態(tài).

圖10 CS模式切換至CD模式的過(guò)程Fig.10 Switch process from CS mode to CD mode

圖11 CS模式2檔換3檔的過(guò)程Fig.11 Gearshift process from 2nd to 3rd under CS mode

應(yīng)該說(shuō)上述檔位切換過(guò)程偏長(zhǎng)，持續(xù)了近2.5s時(shí)間，但是由于電機(jī)持續(xù)向輪邊提供動(dòng)力，因此即使是在實(shí)際行車(chē)過(guò)程中，依然不會(huì)感受到動(dòng)力中斷.

6 結(jié)論

本文分析了新型定軸式車(chē)用有源傳動(dòng)裝置多種動(dòng)力傳遞路徑的特征.針對(duì)PHEV應(yīng)用，從最高車(chē)速，最大坡起能力及后備功率三方面，給出了不同整車(chē)工作模式下的動(dòng)力性設(shè)計(jì)要求，說(shuō)明了尋找一套全新的動(dòng)力性匹配設(shè)計(jì)方法的必要性.按不同整車(chē)工作模式下的后備功率要求，確定了動(dòng)力源類(lèi)型以及功率等級(jí).本文試圖按照最大坡起能力要求，同時(shí)結(jié)合坡起過(guò)程中離合器滑磨功的限值，確定了一檔速比.按最高車(chē)速要求，確定了電機(jī)動(dòng)力傳遞路徑速比及其余檔位速比.介紹了原理樣機(jī)及樣車(chē)的結(jié)構(gòu)特征，基于NEDC工況完成了能耗測(cè)試，并詳細(xì)分析了期間在進(jìn)行模式以及檔位切換時(shí)實(shí)現(xiàn)輪邊驅(qū)動(dòng)力平順的方法，說(shuō)明了本文所述動(dòng)力性匹配設(shè)計(jì)方法是可行的.

［1］ Ehsani M，Gao Y，Emadi A.Modern electric，hybrid electric，and fuel cell vehicles：fundamentals，theory，and design［M］.Boca Raton：CRC Press，2005.

［2］ 趙立峰，李云清，何鵬，等.純電動(dòng)大客車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的研究［J］.汽車(chē)工程，2013，35（8）：683.ZHAO Lifeng，LI Yunqing，HE Peng，etal.A study on the powertrain system of electrc bus［J］.Automotive Engineering，2013，35（8）：683.

［3］ 胡明輝，謝紅軍，秦大同.電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配方法的研究［J］.汽車(chē)工程，2013，35（12）：1068.HU Minghui，XIE Hongjun，QIN Datong.A study on the parameter matching between the motor and transmission system of an electric vehicle［J］.Automotive Engineering，2013，35（12）：1068.

［4］ 鄭維.混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力總成參數(shù)匹配方法與控制策略的研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2010.ZHENG Wei.Research on power train parameter matching method and control strategy for hybrid electric vehicle［D］.Harbin：Harbin Institute of Technology，2010.

［5］ 余志生.汽車(chē)?yán)碚摚跰］.3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.YU Zhisheng.The theory of automobile［M］.3rd ed.Beijing：Machinery Industry Press，2000.

［6］ Mitschke M，Wallentowitz H.汽車(chē)動(dòng)力學(xué)［M］.4版.陳蔭三，余強(qiáng)譯.北京：清華大學(xué)出版社，2009.Mitschke M，Wallentowitz H.Dynamik der Kraftfahrzeuge［M］.4th ed.Translated by CHEN Yinsan，YU Qiang.Beijing：Tsinghua University Press，2009.

［7］ GB／T19753—2005，輕型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)能量消耗量試驗(yàn)方法［S］.北京：中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，2005.GB／T19753—2005，Test methods for energy consumption of light-duty hybrid electric vehicles［S］.Beijing：The state administration of quality supervision，inspection and quarantine of the People's Republic of China，2005.