（车辆工程专业论文）混联式混合动力汽车变速器液压系统的开发.pdf

学位论文版权使用授权书 江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩 印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许 论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入中国学位论 文全文数据库并向社会提供查询，授权中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社将本 论文编入中国优秀博硕士学位论文全文数据库并向社会提供查询。论文的公布 ( 包括刊登) 授权江苏大学研究生处办理。 本学位论文属于不保密 学位论文作者签名： 脚豸 劢f 年多月一日要篡缈夕0 1 1 年月弓昏 混联动力汽车变速器液压系统的开发 d e v e l o p m e n to fh y d r a u l i cs y s t e m o ft r a n s m i s s i o nf o r p a r a l l e l s e r i e sh y b r i de l e c t r i cv e h i c l e 姓 2 0 1 1 年6 月 口 日比式 江苏大学硕士学位论文 摘要 混合动力电动汽车由于其良好的燃油经济性和低排放而成为各国汽车厂商 关注的焦点，其中强混合动力汽车优势较为突出，是汽车未来的发展方向之一。 强混合动力汽车中的电机功率相对较大，电机的冷却方案也成为人们关心的问 题。本文以“国家8 6 3 计划刀“节能与新能源汽车 重大项目“混合动力车 辆电子等平衡动力传动装置研究”( 课题编号2 0 0 8 a a l l a l 2 5 ) 为背景，针对某 款混联式混合动力汽车变速器开展了液压系统的设计开发工作，为混联式混合动 力电动汽车变速器液压系统的设计提供了重要依据。 首先分析了混联式混合动力汽车变速器的结构方案及其对液压系统的功能 性要求，确定了液压系统油泵设计方案和冷却润滑系流量等关键参数。在介绍了 湿式制动器的工作原理后，通过对湿式制动器接合过程的分析，建立了湿式制动 器接合过程动力学模型，并对模型参数进行了分析。建立了湿式制动器执行机构 模型和压力控制模型，完成了湿式制动器的设计。在此基础上，提出一种液压系 统方案，并将液压系统分为供油调压和流量控制系统、冷却和润滑系统、制动器 元件操纵系统三部分。 然后对液压系统滑阀进行了深入研究。从滑阀结构原理出发，研究了滑阀的 基本数学模型。根据液压系统设计方案及已经确定的基本参数，对供油调压和流 量控制系统、冷却和润滑系统、制动器元件操纵系统的滑阀进行了静态设计，确 定了阀芯、阀体的尺寸参数。 再次，依据液压系统设计方案，采用模块化设计思想在s i m u l a t i o n x 软件环 境下建立了油泵、滑阀、电磁阀、制动器等子系统模型，从而建立了整个系统的 仿真模型。将油温作为全局变量参数，在不同工况下对液压系统进行了仿真分析， 验证了整个模型的正确性、可行性，为液压系统样件的制造和试验奠定了基础。 最后，在完成了所有设计之后，本文对样机中的液压系统进行了台架试验。 试验结果表明，液压系统压力稳定，达到了设计值；制动油压保持稳定：冷却润 滑流量基本满足需求。液压系统预期功能基本实现，为后期液压系统参数的优化 设计提供了参考依据。 关键词：混联式混合动力汽车，变速器液压系统，仿真模型，s i m u l a t i o n x 混合动力汽车变速器液压系统的开发 江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t h y b r i de l e c t r i cv e h i c l e s ( i - m v ) b e c o m et h ef o c u so fa u t o m o b i l em a n u f a c t u r e r si n v a r i o u sc o u n t r i e sd u et ot h e i rg o o df u e le f f i c i e n c ya n dl o we m i s s i o n a m o n gt h e m ， t h es t r o n gh e vh a so b v i o u sa d v a n t a g e ，w h i c hd i r e c t st h ed e v e l o p m e n tt r e n di n a u t o m o b i l ef i e l d i nt h i sp a p e r a g a i n s tt h eb a c k g r o u n do f ”n a f i o n f l8 6 3p l a n ”， 竹e n e r g y - s a v i n ga n dn e we n e r g yv e h i c l e s ”m a j o rp r o j e c t s - e l e c t r o n i ce q u a t i o nb a l a n c e o fh y b r i dp o w e rt r a n s m i s s i o nd e v i c e ”( t o p i cn u m b e r2 0 0 8 a a l l a l 2 5 ) ，t h eh y d r a u l i c s y s t e mo fh y b r i dt r a n s m i s s i o nw a sd e v e l o p e d ，w h i c hw o r k e df o rt h ep a r a l l e l s e r i e s h e v i nt h ep a p e r , d e s i g no fh y b r i dt r a n s m i s s i o nh y d r a u l i cs y s t e mp r o v i d e sa l l i m p o r t a n tb a s i sf o rt h ei n d u s t r i a l i z a t i o no fp a r a l l e l s e r i e sh y b r i d e l e c t r i cv e h i c l e s f i r s to f a l l ，a c c o r d i n g t ot h es t r u c t u r es c h e m eo fp a r a l l e l - s e r i e sh e v t r a n s m i s s i o na n dt h ef u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t so fh y d r a u l i cs y s t e m ，s c h e m eo fp u m p a n df l o wo fc o o l a n ta n dl u b r i c a n ts y s t e mw e r ed e t e r m i n e d a f t e ri n t r o d u c i n gw o r k i n g p r i n c i p l e so ft h ew e tb r a k e ，t h ed y n a m i cj o i n t i n gp r o c e s sm o d e lo fw e tb r a k ew a s e s t a b l i s h e d ，a n dt h ep a r a m e t e r so ft h em o d e lw e r ea n a l y z e d b r a k ee x e c u t i o ns e t u p m o d e la n dp r e s s u r ec o n t r o lm o d e lw e r ee s t a b l i s h e d ，a n dt h e nt h ew e tb r a k ed e s i g n w a sc o m p l e t e d o nt h i sb a s i s ，t h ep a p e rp r o p o s e dak i n do fh y d r a u l i cs y s t e m h y d r a u l i cs y s t e mi sd i v i d e di n t op r e s s u r er e g u l a t i n ga n df l o wc o n t r o ls y s t e m ，c o o l a n t a n dl u b r i c a t i o ns y s t e m ，b r a k ec o n t r o ls y s t e m s e c o n d l y t h ed e e pi n v e s t i g a t i o nw a gc o n d u c t e do nt h es p o o lv a l v e so fh y d r a u l i c s y s t e m i nt h el i g h to ft h es l i d ev a l v es t r u c t u r et h e o r y , t h em a t h e m a t i c a lm o d e lo ft h e s p o o lv a l v ew a ss t u d i e d a c c o r d i n gt ot h eh y d r a u l i cs y s t e ms c h e m ea n db a s i c p a r a m e t e r s ，t h es p o o lv a l v e so fp r e s s u r er e g u l a t i n ga n df l o wc o n t r o ls y s t e m ，c o o l a n t a n dl u b r i c a t i o ns y s t e m ，b r a k ec o n t r o ls y s t e mw e r ed e s i g n e dt od e t e r m i n ed i m e n s i o n s o fs p o o lv a l v e s t h i r d l y , a c c o r d i n gt ot h ed e s i g ns c h e m e ，t h es u b s y s t e m so fh y d r a u l i cs y s t e m ， i n c l u d i n gp u m p s ，s p o o lv a l v e s ，s o l e n o i dv a l v e ，b r a k em o d e lt h a tc o u l db es i m u l a t e di n t h es o f t w a r es i m u l a t i o n xb ym o d u l a rd e s i g ni d e a t a k et h eo nt e m p e r a t u r ea sa g l o b a lp a r a m e t e rv a r i a b l e ，s i m u l a t i o na n a l y s i so nh y d r a u l i cs y s t e mw a sc a r r i e do n u n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n s t h ec o r r e c t n e s so ft h em o d e la n df e a s i b i l i t yo ft h em o d e l w e r ev e r i f i e db yt h es i m u l a t i o n ，w h i c hw a sa9 0 0 db a s i sf o rt h em a n u f a c t u r ea n d e x p e r i m e n t so ft h eh y d r a u l i cs y s t e mp r o t o t y p e 混合动力汽车变速器液压系统的开发 f i n a l l y , a f t e rc o m p l e t i o no fa l ld e s i g n ，t h eh y o r a u l i cs y s t e mo fp r o t o t y p ew a s c a r r i e do nb e n c ht e s t t e s tr e s u l t ss h o w e dt h a tt h eh y d r a u l i cs y s t e mp r e s s u r ek e e p s s t a b l e ，a n da c h i e v e st h ed e s i g nv a l u e t h eb r a k ep r e s s u r er e m a m ss t a b l ea f t e rb r a k ei s b e i n g1 0 c k e d c o o l a n ta n dl u b r i c a t i o nf l o wm e e t st h ed e m a n db a s i c a l l y t h e e x p e r i m e n t sv e r i f yt h e b a s i cf u n c t i o no fh y d r a u l i cs y s t e m ，w h i c hm a k eag o o d r e f e r e n c et oo p t i m i z i n gt h eh y d r a u l i cs y s t e mi nt h ef u t u r e k e yw o r d s ：p a r a l l e l - s e r i e si - i e v , h y d r a u l i cs y s t e m o ft r a n s m i s s i o n ，d y n a m i c s i m u l a t i o nm o d e l ，s i m u l a t i o n x 江苏大学硕士学位论文 第一章绪论 目录 l 1 1 课题研究背景及意义一1 1 2 混合动力系统结构与分类2 1 2 1 串联方式2 1 2 2 并联方式。3 1 2 3 混联方式。3 1 3 混合动力汽车发展过程。5 1 4 国内外混合动力汽车变速器液压系统研究状况。6 1 5 本文研究的主要内容8 第二章液压系统设计方案的确定1 0 2 1 液压系统的功能。1 0 2 2 油泵1 1 2 2 1 油泵概述1 1 2 2 2 定量油泵1 1 2 3 液压系统基本参数的确定1 2 2 3 1 液压系统基本参数的确定原则1 2 2 3 2 电机冷却流量的确定1 3 2 3 3 油泵的设计1 3 2 4 湿式制动器设计。1 4 2 4 1 湿式制动器工作原理1 4 2 4 2 制动器接合过程动力学模型1 5 2 4 3 制动器执行机构系统模型1 9 2 5 液压系统设计方案2 3 2 6 本章小结2 5 第三章液压系统滑阀静态设计 3 1 滑阀概述2 6 3 1 1 滑阀2 6 3 1 2 滑阀阀口压力流量方程2 7 3 1 3 液流对阀芯的轴向作用力。2 7 3 2 供油调压和流量控制系统设计3 0 3 2 1 溢流阀的设计3 0 3 2 2 压力调节阀的设计3 1 3 2 3 蓄能器的设计3 3 v 混合动力汽车变速器液压系统的开发 3 3 制动器元件操纵系统设计。3 4 3 3 1 减压阀的设计3 4 3 3 2 制动元件控制阀的设计3 6 3 4 冷却和润滑系统设计3 7 3 4 1 单向阀设计3 7 3 4 2 节流孔设计3 8 3 5 本章总结一3 9 第四章液压系统动态建模及仿真分析 4 1i t i s i m u l a t i o n x 软件介绍4 0 4 2 供油调压和流量控制系统建模。4 0 4 2 1 滑阀的建模4 0 4 2 2 油源的建模4 4 4 3 冷却和润滑系统建模4 6 4 4 制动器元件操纵系统建模4 7 4 5 液压系统模型仿真分析5 0 4 5 1 低油温下液压系统模型仿真5 0 4 5 2 高油温下液压系统模型仿真5 2 4 6 本章总结5 5 第五章液压系统性能试验 5 1 性能试验台设计5 6 5 1 1 试验台设计要求5 6 5 1 2 试验台原理。5 6 5 2 传感器选型。5 7 5 3 数据采集设备选型5 7 5 4 试验台软件设计。5 8 5 4 1 上位机软件开发工具j 5 8 5 4 2 测试系统程序5 8 5 5 台架试验结果分析。5 9 5 6 本章总结6 5 第六章总结与展望 6 1 全文总结6 6 6 2 工作展望。6 7 参考文献 致谢 攻读硕士学位期间公开发表的论文 v i 6 8 7 0 7 1 江苏大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1课题研究背景及意义 汽车工业的蓬勃发展，使得汽车产量、保有量逐年增加，对石油的需求和环 境的影响也在逐年增大。汽车排放物中的二氧化碳加剧了全球气候的变暖；氮氧 化物、一氧化碳、颗粒、碳氢化合物等有害排放物严重的破坏了环境。由于面临 能源枯竭与环境污染的双重威胁，包括美国、欧洲和日本在内的世界各大汽车生 产国相继制定出严格的环境法规。受发动机自身技术发展的限制，传统汽车难以 满足日益苛刻的法规要求。为保证汽车工业的长久发展，人们开始把目光转向使 用代用燃料以及降低燃油消耗上；有关国家、地区和各大汽车公司开始致力于研 发节能与新能源汽车。 混合动力和燃料电池在技术上取得了一系列重大突破，是汽车近、中期发展 的重剧1 一。根据国际机电委员会下属的电力机动车技术委员会的定义【3 】，混合动 力汽车动力系统必须有发动机和电动机两套装置，且至少有一种能够提供电能。 混合动力电动汽车采用了发动机驱动系统，同时增加了电机驱动系统，发动机与 电机共同组成混合动力系统来驱动车辆行驶。混合动力电动汽车利用电力驱动来 平衡和改善发动机的工况，减少发动机怠速工况，调整发动机工作在高效区域以 及实现制动能量回收，降低了车辆燃油消耗量、改善了废气中有害气体的排放【4 】。 混合动力电动汽车既具备发动机工作时间长、动力性好的特点，又具备纯电动汽 车零排放、低噪音的优点，可以满足2 1 世纪初节能减排的目标要求。 混合动力电动汽车具有多个动力源，因此动力系统和控制系统都变得复杂，控 制系统需要对混合驱动系统包括发动机、电机、电池、离合器、变速器等进行有效 协调。正因如此，目前对于混合动力电动汽车的研究多见于动力系统控制策略和电 池能量管理。但与此同时，由于强混合电动汽车中的电机功率相对较高，依靠自身 散热能力无法维持系统的正常工作，所以必须设计专门的冷却系统实现电机的冷 却。为解决电机冷却问题，须增加冷却系统的动力源，同时需要结合电机系统的空 间布置对冷却方式、冷却的循环油道进行设计，增加了设计难度和控制的复杂性。 传统汽车手动变速箱采用飞溅润滑形式润滑齿轮和轴承。丰田汽车公司生产 的强混合动力电动汽车p r i u s 是目前具有代表性的混合动力汽车，采用了混联式 机械结构，电机和发动机通过行星齿轮组连接实现动力分配【5 1 。对于以行星排作 混合动力汽车变速器液压系统的开发 为动力复合装置的混联式混合动力汽车，液压系统需要实现电机的冷却以及行星 排齿轮、轴承的润滑；这就对液压系统的压力、流量、冷却润滑油道的设计提出 了更严格的要求。同时由于电机、行星排齿轮结构布置的特殊性和复杂性，与传 统汽车相比，液压系统的设计更为复杂。像自动变速箱的液压系统一般采用滑阀、 电磁阀等来实现压力、流量和方向的控制，但目前多数研究通常只针对单个阀体 进行仿真，对整个液压系统建模仿真的文献较少。 为保证电机的热平衡，实现发动机与电机的有效协调控制；优化整车控制策 略，提高整车的舒适性，减少整车能量损失；确保传动系统的正常运转，液压系 统的设计将是以后强混合动力电动汽车动力系统发展的必然要求。本文也将为液 压系统的产品设计开发提供借鉴意义。 1 2混合动力系统结构与分类 混合动力车辆按照能量合成方式不同，可以分为串联式、并联式和混联式三 种不同的结构形式【6 】。 1 2 1串联方式 发动机输出的机械能经过发电机转化为电能；电能一部分经过电动机和传动装 置驱动汽车，一部分经逆变器给电池充电。发动机功率较小，可一直工作在高效区 域。在市区行驶时，发动机停机，电池驱动电动机工作，可实现零排放。当电池的 荷电状态( s t a t eo fc h a r g e ，简称s o c ) 较低时，发动机工作为电池充电。当需要大 功率输出时，发动机和电池共同输出能量驱动汽车。虽然串联式混合动力汽车发动 机可运行在高效率区域、结构简单，但是由于电动机的功率是发动机和电池功率的 总和，因此在一般路况下电动机运行在低效率区域。图1 1 是串联式混合结构。 一一一一电气连接 一机械连接 2 图1 1 串联式混合结构 f 远1 1s e r i e sh y b r i de l e c t r i cv e h i c l es t r u c t u r e 江苏大学硕士学位论文 1 2 2并联方式 并联式混合动力汽车有两套驱动系统：内燃机和电机驱动系统。发动机和电 动机可分别单独或者共同驱动汽车。因为能量流是平行流向车轮，所以叫做并联 混合动力汽车。当需求功率小于发动机功率、s o c 值较低时，发动机带动电机 工作在发电机状态，给电池充电。当有大功率需求时，如果s o c 值高于下限值， 发动机和电动机共同驱动汽车。当s o c 值较高、需求功率较小时，发动机停机， 汽车以纯电动模式行驶。 电机作为辅助动力系统，功率可以小很多，因此电动机可运行在高效区域。 当电机给电池充电时，无法驱动车轮，此时发动机运行工况受到汽车行驶工况的 影响；当行驶工况变化较多时，性能变差。由于发动机可通过传动装置单独驱动 车轮，因此需要变速装置；此外，结构上需要动力复合装置来实现发动机和电机 的并联驱动，动力传动结构较为复杂。图1 2 是并联式混合结构。 电气连接 机械连接 1 2 3混联方式 图1 2 并联式混合结构 f i g1 2p a r a l l e lh y b r i de l e c t r i cv e h i c l es t r u c t u r e 混联式混合动力汽车工作方式可以是串联式、并联式或两者共同结合。发动 机输出的机械能一部分经过机械传动装置传递到驱动桥，另一部分驱动发电机发 电。发电机的电能输出给电池或者电动机；电动机输出的动力通过动力复合装置 输送给驱动桥。当低速行驶时，驱动系统主要以串联方式工作，当高速稳定行驶 时，以并联工作方式为主。 混联式驱动系统的结构形式和控制方式充分发挥了串联式和并联式的优点， 能够使发动机、发电机、电动机等部件进行更多的优化匹配，从而在结构上保证 了在更复杂的工况下系统工作在最优状态川，更容易实现排放和油耗的控制目 3 混合动力汽车变速器液压系统的开发 标。 与并联式相比，混联式的动力复合形式更复杂，因此对动力复合装置的要求 更高。丰m p f i u s 混联式混合动力汽车的动力系统机构被认为是目前最成功的混联 式混合动力结构。发动机总是工作在高效率区，具有较好的燃油经济性，且加速 性和行驶平稳性较好，有效弥补了串联和并联方式的缺点。混联方式结构如图1 3 所示。 一一一电气连接 一机械连接 图1 3 混联方式结构 f i g1 3s e r i e s - p a r a l l ds t r u c t u r eo fh y b r i de l e c t r i cv e h i c l e 混合动力系统按电机和发动机的功率分配比例的大小即混合度进行分类，主 要有三种： ( 1 ) 弱混合( m i l d 如) 主要功能有： 1 ) s t a r t s t o p ( 起动停机) ； 2 ) r e g e n e r a t i o n ( 制动能量回收) ； 3 ) g e n e r a t i o n ( 发电) ； 4 ) p o w e ra s s i s t a n c e ( 电动助力) 。 ( 2 ) 强混合( s t r o n go rf u l lh e v ) 主要功能有： 弱混合功能+ z e v ( 电动行驶) 。 ( 3 ) 里程扩展混合( r a n g ee x t e n d e rh e v ) 主要功能有： 弱混合功能+ 拓展电动行驶区间( e x t e n d e dz e vr a n g e ，w i t hp l u g i n s o c k e t ) 。大容量电池允许长距离以纯电动模式行驶，一般可外接充电。 4 甲。 江苏大学硕士学位论文 串联式结构由电机直接驱动车辆，因此电机功率一般较高，属于强电混合类 型。并联式对于电机功率没有这种要求，通常并联式大多属于强电混合；而集成 起动发电机结构多为弱电混合型。混联式也有串联式的功能，故一般也属于强 电混合类型。 1 3混合动力汽车发展过程 国外汽车发达国家在混合动力汽车研发方面起步早、成果明显，以日本汽车 公司作为突出代表。日产在1 9 9 5 年5 月开发出续驶里程增加一倍的串联式混合 动力微型轿车，于1 9 9 9 年又推出t i n a o 混合动力轿车嗍。丰田汽车公司于1 9 9 7 年1 2 月推出世界上第一辆量产的混联式混合动力轿车p r i u s ，与同类型轿车相比 p r i u s 可降低1 5 的燃油消耗i 卿。2 0 0 1 年，丰田公司改进了第一代p r i u s 混合动力 轿车，并推出了第二代混合动力轿车e s t i m a 。日本本田公司在1 9 9 9 年推出c i v i c 轿车，并于本世纪初进入市场。日本汽车公司的混合动力汽车产品在世界已经处 于领先地位，丰田和本田等公司已决定在其下一代主车型上全方位使用混合动力 技术。 美国汽车公司重点发展电动汽车，但在混合动力技术方面也有一定成果。通 用汽车公司于2 0 0 4 年在美国部分地区推出了“s i l v e r a d o 和“g m cs i e r r a 等 混合动力汽车，在2 0 0 6 年推出了“s a t u r nv u eg r e e nl i n e 。同时，它与戴姆勒 克莱斯勒汽车公司合作，计划于2 0 0 7 年推出双模混合动力技术系统。福特 公司1 9 9 8 年开发出福特p 2 0 0 0 型并联混合动力汽车，2 0 0 3 年又推出“f r e e s t z y ” 混合动力汽车【1 0 1 。欧洲在混合动力技术应用方面也取得了令人注目的成果。法 国雷诺汽车公司研制的v e r t 和h y m m e 混合动力汽车已进行了一万公里的运 行试验。德国大众汽车公司推出了c h i c o 牌混合动力电动微型汽车，该轿车在城 市行驶工况下的百公里油耗仅为3 2 l 【1 1 】。 我国将电动汽车的研究开发列入“八五 、“九五国家科技攻关项目。“十 五 和“十一五 期间，国家科技部将电动汽车项目列入国家“8 6 3 ”重大专项。 在“十二五”规划中，新能源汽车发展规划中提出坚持以纯电动作为我国汽车工 业转型的主要战略取向。重点发展纯电动汽车、插电式混合动力汽车，同时注重 传统汽车技术水平的提升，最终实现插电式混合动力电动汽车和纯电动汽车的产 业化。大力发展节能汽车，并持续跟踪研究燃料电池汽车技术，因地制宜、适度 发展替代燃料汽车。新能源汽车发展规划包括两个发展阶段，其中2 0 1 1 年到2 0 1 5 5 混合动力汽车变速器液压系统的开发 年这5 年，是以汽车电动化和动力混合化两大技术结合为标志，进行产品换代与 产业升级。 1 4国内外混合动力汽车变速器液压系统研究状况 强电混合动力系统由于电机功率较高，依靠自身散热能力无法维持系统的正 常工作。因此需要设计冷却系统实现电机的冷却。现在混合动力系统的研究主要 集中于动力系统控制策略和电池能量管理，有关液压系统的设计文献很少。 t o y o t ap r i u s 是世界上第一辆产业化的混合动力汽车，被公认为是目前最成功 的混联式混合动力结构。t o y o t ap r i u s 属于强混合类型，同时以行星齿轮作为 动力复合装置的基本构架，其混合动力液压系统方案将成为今后研究方向之一。 t o y o t ap r i u s 目前推出了4 个版本。第一代p r i u s ，于1 9 9 7 年上市，主要在 日本销售。2 0 0 1 年p r i u s 就已远畅销4 0 多个国家，其中日本本土和北美为其主 要市场。截止2 0 0 8 年5 月，p r i u s 全球累计销量已超过1 0 0 万辆，同年9 月，累 计销量更是达到1 4 3 万辆。 p r i u s 采用混联式的机械结构，包括2 个电机，即m g i 和m g 2 。m g l 主要 用于调速，m g 2 主要作为驱动电机，2 个电机均可以作为发电机和电动机。电 机和发动机通过一套行星齿轮组连接实现动力分配。如图1 5 所示，发动机与行 星架相连，m g l 和太阳轮相连，m g 2 连接在齿圈上，齿圈再通过齿形带和主减 速器相连。 逆变器 f 杆 型搋 i i 川tj 二 l i 出 i i 煽 豳 电动j 人l 图1 4 m y 2 0 1 0 p r i u s 图片图1 5 p r i u s 混合动力系统结构图 f i g 1 4p i c t u r eo fm y 2 0 1 0p r i u s f i g 1 5s t r u c t u r eo f p r i u sh y b r i dd r i v e l i n es y s t e m p r i u s2 0 0 1 有两套冷却系统：一套为电机、逆变器( 姗r t e r ) 、变频器 ( c o t e r ) 构成的电机冷却系统；另一套为发动机水冷却系统。电机冷却 系统主要用来冷却发电机m g l 、电动机m g 2 、i n v e r t e r 、c o n v e r t e r ，保 6 江苏大学硕士学位论文 证车辆整个运行过程中m g l 、m g 2 、i n v e r t e r 、c o n v e r t e r 散热良好，工 作温度在正常范围内。采用强制循环式水冷却，由电动水泵提供循环动力。 电动水泵为全封闭式，能适应车辆运行时的振动和温度变化等恶劣环境；同 时结构紧凑、体积小、重量轻，并且噪声低。电动水泵采用电驱动，用1 2 v 蓄 电池供电。由于电机、逆变器等均工作在高压状态，水冷却系统要求采用绝缘冷 却液。电机冷却系统的布置见图1 6 。水壶有加注口，水壶串在循环管路中。水 从m g 2 出水管进入散热器与迎面风进行热交换，冷却后进入水壶；流向 e m 厄r t e r 、c o ，e r t e r 。水泵泵出的水进入m g l ，然后流经m g 2 ，这样冷 却液在水泵的驱动下不断循环工作。 1 水整 2 玩赓 3 数热嚣 4 粥2 出水管 5 粒l 落水瞥 6 水泵 7 虎系进水管 8 i t r a e r a 喇0 c c 瑚记r 疆敷组台 o 为水流方向 图1 6p r i u s2 0 0 1 电机冷却系统 f i g 1 6m o t o rc o o l i n gs y s t e mo fp r i u s2 0 0 1 液压系统采用飞溅润滑轴承、齿轮和其它旋转部件。除此之外，油泵作为液 压系统的动力源，由发动机驱动。当整车处于大负荷工况时，发动机驱动油泵工 作。油液通过壳体油道流经齿轮、电机轴轴承实现润滑，最终流回油底壳。因为 冷却水在水道内循环来实现电机的冷却，所以润滑的油液在流经电机定子时也得 到了冷却。 p r i u s2 0 0 4 液压系统在第二代的基础上进行了改进：采用两个独立的液体冷 却系统，即发动机冷却系统和混合动力驱动冷却系统来实现整个动力系统的冷 却。混合动力驱动冷却系统与发动机冷却系统是分开的，其原因在于两个系统工 作温度不同。 p r i u s2 0 0 4 变速器油底壳的油液飞溅润滑轴承、齿轮和其它旋转部件，并采 用电机油泵作为液压系统的油源。油液从油泵中流出，经电机、变速器壳体上的 油道后进入散热器，在和迎面风进行热交换后流入逆变器，再经过壶后回到油泵， 冷却油液在油泵的驱动下如此反复循环。油温和压力的波动会引起冷却油的流量 7 混合动力汽车变速器液压系统的开发 变化，为此在油路中增加一个壶，起到溢流蓄能的作用。电机功率损失和齿轮传 动产生的热量通过润滑油传递到了壳体上；变速器壳体和逆变器上的多余热量经 过散热器的热交换散发到大气中。p r i u s2 0 0 4 动力系统的冷却润滑系统如图1 7 所示【1 2 1 。 图1 7 p d u s2 0 0 4 动力系统的冷却润滑系统【1 2 1 f i g 1 7c o o l a n ta n dl u b r i c a t i o ns y s t e mo fp r i u s2 0 0 4p o w e rt r a i ns y s t e m 为便于空间布置，如图1 8 所示，混合动力冷却系统散热器即h y b r i d s u b s y s t e mc o o l i n g 安装于发动机散热器下方。 图1 8p r i u s2 0 0 4 混合动力冷却系统散热器 f i g 1 8r a d i a t o ro fp r i u s2 0 0 4h y b r i dd r i v ec o o l a n ts y s t e m 1 5 本文研究的主要内容 本文以“国家8 6 3 计划 “节能与新能源汽车重大项目“混合动力车 辆电子等平衡动力传动装置研究 ( 课题编号2 0 0 8 a a l l a l 2 5 ) 为背景，对某款混 联式混合动力汽车变速器液压系统进行了研究。本论文主要工作如下： 8 江苏大学硕士学位论文 分析了混联式混合动力变速器结构方案特点及其对液压系统的功能要求，通 过理论计算得到液压系统流量等关键技术参数。建立了湿式制动器接合过程模 型、执行机构和压力控制模型，完成湿式了制动器的设计。在此基础上设计出一 种液压系统方案；绘制液压系统原理图。 研究了整个液压系统仿真模型的建立。首先利用工程运算软件m a m c a d 对各 个滑阀进行静态分析设计，通过理论计算得到滑阀尺寸参数，并对滑阀中的压缩 弹簧进行选型。然后利用动态仿真软件1 t i s i m u l a f i o n x 中的基本元件建立非标 准阀，搭建液压系统模型。通过液压系统模型的仿真分析，确定了液压系统关键 零部件的参数。 将液压系统样件进行试制装配；并搭建液压系统试验台架进行试验。利用 l a b v i e w 软件搭建测试平台，实现对电磁阀和油泵电机的驱动、传感器信号的 采集与数据处理、分析。进行液压系统功能性验证试验，并对试验结果进行分析。 9 混合动力汽车变速器液压系统的开发 第二章液压系统设计方案的确定 变速器结构方案决定了液压系统需实现的功能。在分析变速器结构方案的基 础上对液压系统功能进行定义。根据液压系统基本参数确定原则开展液压系统压 力、流量等参数的设计工作；液压系统方案的确定需要明确制动油压，为此展开 湿式制动器的设计工作。在上述工作完成后，即可基本确定液压系统方案。 2 1液压系统的功能 混联式混合动力汽车变速器以行星齿轮机构作为动力复合装置的基本构架， 包含两个电机：e 1 和e 2 。结构方案如图2 1 所示。其中，两个电机既可以做发 电机，又可做电动机。由于两个电机功率较大，绝大部分的功率损失将转化成热 量，因此液压系统要实现两个电机的强制冷却；同时，液压系统需要对变速器行 星排齿轮、电机轴轴承、齿轮轴承进行压力润滑，保证动力传动系统的正常工作。 当整车运行在纯电动工况下，发动机不参与工作。但根据行星轮系转速关系 式和力矩关系式，随着车速的升高，行星齿轮机构动力复合装置会克服发动机阻 力矩而使发动机处于倒拖状态，引起发动机的抖动。此时会改变动力复合装置原 来的平衡关系，电机输出扭矩增大，造成能量损失；同时发动机的抖动将使得整 车的舒适性明显降低。综合考虑以上因素，在液压系统中设计一个湿式制动器。 当整车运行在纯电动工况时制动器锁止行星架( 发动机与行星架相联接) ，防止 发动机倒拖。 1 0 图2 1 混联式混合动力变速器结构方案原理图 f i g 2 1s t r u c t u r et h e o r yo fp a r a l l e l s e r i e si - i e vt r a n s m i s s i o n 江苏大学硕士学位论文 根据以上所述液压系统功能要求，将系统分为三个部分：供油调压和流量控 制系统、制动器元件操纵系统和冷却润滑系统。 2 2油泵 2 2 1油泵概述 油泵作为液压系统的动力源，在该液压系统中的功能如下： ( 1 ) 提供变速器行星排齿轮、轴承的压力润滑用油； ( 2 ) 向制动油缸充油，压紧摩擦片；保证接合元件处于接合状态且不打滑； ( 3 ) 供给电磁阀等控制系统用油； ( 4 ) 补充液压密封件等的泄漏损失。 2 2 2定量油泵 齿轮泵是利用齿轮啮合原理工作的，按照啮合形式不同分为外啮合和内啮合 两种【”l 。图2 2 为外啮合齿轮泵的工作原理。 图2 2 齿轮泵工作原理图【1 3 1 f i g 2 2p r i n c i p l eo fg e a rp u m p 当泵的主动齿轮按图2 2 所示方向旋转时，右侧轮齿逐渐脱开啮合，密封工 作容积增大，形成局部真空；油箱中油液在外界大气压的作用下，进入右侧吸油 腔。随着齿轮的旋转，吸入齿问的油液被带到左侧。此时，左侧的轮齿逐渐进入 啮合，密封工作容积逐渐减小，因此齿间油液被挤出，输送到系统中去。齿轮泵 连续旋转，就实现了连续的吸油和压油过程【1 4 1 。 齿轮泵的几何排量为两个齿轮轮齿容积之和。设定齿间容积等于轮齿体积， 且齿顶和齿根高系数均等于1 ，则几何排量近似于外径为d + 2 m ，内径为 d 一2 m ，宽度为b 的几何环形体的体积。故有 = a d h b = 2 r c m 2 z b( 2 1 ) 混合动力汽车变速器液压系统的开发 式中：d 一齿轮分度圆直径( c m ) ，d = m z ； i l 齿全高( c m ) ，h = 2 m ； b 齿轮宽度，c m ； m 模数； z 齿数； y 齿轮泵的排量，m l r 。 由于轮齿啮合点不同，齿轮泵的瞬时流量呈脉动性。泵的平均流量为 q = 2 ；r m 2 z b n r l vx l o 。3 ( 2 2 ) 式中：，z 齿轮泵转速，幽： 珊齿