英语原文共 8 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
最大限度地减少动力分流混合动力汽车中发动机自动启动/停止引起的座椅轨道振动
Hsiu-Ying Hwang 国立台北科技大学车辆工程系No.1, Sec. 3, Zhong-Xiao E. Road, Taipei 10608, Taiwan 邮箱l: hhwang@mail.ntut.edu.tw
摘要：混合动力电动汽车的使用是减少污染和提高燃料经济性的有效手段。某些车辆控制策略通常自动关闭或重启混合动力车辆的内燃机以改善其燃料消耗。这种发动机自动启动/停止不由驾驶员接合或控制。当发动机自动启动/停止时，驾驶员通常不会期望或准备明显的振动，噪音或不平稳的过渡。不平稳的发动机自动启动/停止转换会导致动力传动系统振动，使驾驶不舒服并且客户对车辆不满意。该研究模拟了与动力分流混合动力车辆的空档启动和停止相关的动态行为。座椅轨道振动结果的分析和基线控制策略的硬件测试是相关的。研究了几种抗振控制策略。结果表明，在发动机自动起动和停止过程中，脉冲消除和阻尼旁通离合器的使用可以有效地减少发动机缸体反作用力矩的波动和座椅轨道的振动超过70％。初始曲柄角也会对座椅轨道振动产生影响。 [DOI：10.1115 / 1.4023954]
关键词：混合动力汽车，自动启动/停止，动力总成动态仿真，减振
1.介绍
混合动力电动汽车（HEV）的排放量低于其他汽车，并成功解决污染问题。 大多数制造商生产的这种车辆有效地提高了燃油经济性[1]。 已经为各种混合动力系统开发了用于电动和内燃（IC）发动机的能量管理和排放控制系统[2-6]。
在HEV中，只要车辆停止或由纯电源以低速推进，发动机就会自动关闭。 当发动机处于电池充电模式或重负载条件下时，发动机会自动重启。 发动机的自动启动和停止系统大大提高了燃油经济性。 与关键启动不同，驱动程序不会启动自动启动。 电驱动和发动机启动模式之间的平滑过渡很重要。
近年来已经开发和部署了许多混合电力系统[7]。亨德里克森等人[8]为通用汽车的前轮驱动车辆推出了双模式混合动力变速箱。他们介绍了行星齿轮组，电动机，电动变速器和固定齿轮的结构和布置。他们引入了阻尼旁通离合器，以在发动机和传动系之间提供相对刚性的连接。但是，他们没有讨论平滑自动启动/停止瞬态响应的解决方案。 Meisel [9]为通用汽车的双模混合动力车和丰田的单模THS-II系统确定了各种车速下IC发动机的最佳运行区域。 Grewe等人[10]和其他人[11,12]开发了一种用于全尺寸运动型多功能车的双模式混合动力传动系统。这种混合动力变速箱具有两种机电动力分配操作模式和四种固定齿轮比。介绍了其运作策略。 Canova等人[13]介绍了带式起动机/交流发电机（BSA）轻度混合动力系统。该研究利用电动机实现平稳的发动机启动/停止转换。 Davis和Lorenz [14]以及Fesefeldt和Muuml;ller[15]提出了一种集成的起动机交流发电机模型，它将扭矩命令发送到电动机以消除发动机的扭矩波动。该起动机/交流发电机系统适用于轻度混合动力系统。胡等人[16]研究了并联式混合动力汽车并引入了一个用于离合器压力，电动机扭矩和发动机扭矩的协调控制系统，以减少发动机启动或车辆运动时产生的动力系统振动的影响。 Kunag [17]研究了动力分流混合动力汽车的启动/停止噪声，振动和不平顺性（NVH）问题，并使用闭环来控制发动机的速度波动。 Tomura等人。 [18]提出了一种用于具有后轮驱动的丰田混合动力的电动机控制系统，以在发动机启动和停止期间减少车辆的振动。
该研究调查了功率分裂混合（PSH）。 该研究中开发的PSH具有发动机自动启动和停止的全混合功能。 由中性启动/停止引起的座椅轨道振动是本研究的主要焦点，因为当车辆静止时驾驶员可以容易地察觉到它。 研究了几种用于在发动机自动启动/停止转换期间消除不期望的振动的防振策略。
其余部分如下。 第2节描述了硬件测试，该测试检查驾驶员侧座椅轨道加速度，并包括发动机环形或电动条件下3.6升V6发动机的发动机气缸压力测量值。 第3节介绍了仿真模型和动力总成系统的关键部件。 第4节介绍了改善座椅轨道加速的策略。 基线分析的结果与硬件测试的结果相关。 研究了阻尼旁通离合器的接合，脉冲消除，阻尼旁路离合器和脉冲消除的组合以及初始曲柄角的设定，以增加发动机自动启动/停止转换的平稳性。 最后一节得出结论。
2.车辆硬件测量
对功率分流混合动力电动汽车进行了测试。该车配备3.6升V6发动机，双模混合动力传动系统和两个电动发电机。当车辆静止或由低速纯电源驱动时，发动机关闭。发动机在进入电池充电模式或重载条件下自动重启，与车辆原始控制策略一致。发动机自动启动/停止未被驾驶员接合或控制。司机通常不期望它或准备它。客户可以将车辆中任何不平稳的发动机自动启动/停止转换视为质量或设计问题。这样的开始与钥匙启动大不相同，钥匙启动由驾驶员执行，因此驾驶员预期发动机启动，这伴随着突然急剧的急动。不平稳的发动机自动启动/停止会导致传动系振动，这很容易通过车辆结构传递给驾驶员，导致骑车人不适。座椅轨道振动是一个很好的参数，用于检测由发动机自动启动/停止引起的发动机扭矩波动。
2.1.汽车座椅轨道振动的测量
硬件测试客观地测量了驾驶员侧座椅轨道的振动，设置车辆以触发发动机自动启动并从0rpm旋转至约900rpm，在0.3s至0.4s之间，此后它保持在约900rpm。
图1显示了发动机自动启动期间车辆座椅轨道加速度在垂直方向上的最大峰 - 峰值。垂直方向是最剧烈振动的方向。可以容易地检测到该方向上的振动并且引起驾驶员的不适。垂直加速度分布在0.9m / s2和1.2m / s2之间。通常，该值应保持尽可能低的骑行者舒适度并改善车辆耐久性和耐久性。在此基线硬件测试中，在发动机自动启动期间没有应用任何改进策略或控制初始曲柄角;因此，发动机可以在任何初始曲柄角度自动启动。在发动机自动启动期间，在72度的初始曲柄角处获得了两组垂直方向上的座椅轨道加速度的硬件测量数据。这两个数据点之间的差异可能是由于发动机气缸压力的变化以及由于每次从发动机到座椅轨道的振动的长传播路径引起的变化引起的。差异大约为10％，并且在可接受的方差范围内。
图2发动机气缸条件下发动机气缸压力与曲轴转角的关系，发动机转速为1000rpm
2.2．测量发动机气缸压力
发动机气缸压力数据对发动机扭矩的计算至关重要，并用于发动机的模拟。
使用发动机测功机在有和没有发动机环的情况下测量3.6L V6发动机中的气缸压力。 测量数据填充在用于模拟的查找表中。 在发动机启动期间，发动机的速度范围为700至4000rpm。 在每个速度下，在四个进气歧管绝对压力（MAP）值0.3,0.5,0.8和1.0atm下测量气缸压力。 图2描绘了在发动机速度为1000rpm的四个MAP下发动机环形条件下的汽缸压力与曲柄角的关系曲线
在驾驶期间，在没有发动机环的情况下，以200rpm的步长以200至1200rpm的速度测量气缸压力。 在每个速度下，考虑了四个MAP。 图3描绘了在发动机转速为1000rpm的四个MAP的电动条件下的汽缸压力与曲柄角的关系曲线。
测量数据用作模拟的查找表。 通过插值获得未测量的数据。
3.车辆仿真模型
为本研究的目的开发了一个仿真模型，如图4所示。模拟涉及混合动力传动系统，内燃机系统，车辆质量，车轮和连接发动机的阻尼器。 传输系统。 以下部分介绍了每个关键组件的详细信息。
图3在发动机转速为1000rpm的电动条件下发动机气缸压力与曲柄角的关系
图4功率分流混合动力传动系仿真模型示意图
3.1.混合传输模型
为此研究开发了功率分流混合传输模型。变速驱动桥是一种电动变速器，包括两个行星齿轮组（行星齿轮1和2），一对电动发电机（电机A和B），四个离合器（CH1，CH2，CH3和CH4）和一个阻尼器，如图5所示。输入来自发动机。行星齿轮1是输入齿轮组，行星齿轮2是输出齿轮组。该模型考虑了轴刚度和转动惯量。每个都代表传输组件的合规性和动态特性。电动机A和B用作电动机/发电机。该PSH传动系统提供两组无级变速比，范围从有限到1.87和1.87到0.61以及四个固定齿轮比，3.24,1.87,1.00和0.61。当只有离合器CH2接合时，变速比仅由电动机A控制。当只有离合器CH3接合时，输出齿轮组的齿圈连接到电动机A，并且电动机A和B都控制变速比。通过啮合离合器CH1，CH2，CH3和CH4的组合确定固定的齿轮比。四个传统的固定齿轮允许发动机动力通过变速器而不启动电动机。固定齿轮比的传动通常比电动无级变速器模式的传动效率更高。
本研究的重点是中性启动/停止条件。 在空档启动时，没有接合离合器。
图5动力分配式混合动力传动系统的简图
图6 V6发动机的单缸机构
3.2.发动机型号
为自动启动/停止模拟开发了V6发动机模型，因为常见的简化平均值发动机模型无法代表发动机的动态行为。 两个主要因素导致发动机扭矩波动。 一个是气缸压力，另一个是由往复运动部件引起的惯性扭矩。 该模型考虑了气缸压力和惯性扭矩。 图6显示了V6发动机的单缸机构。
由气缸压力产生的发动机扭矩从等式1获得。（1）
(1)
其中是由气缸压力引起的发动机扭矩，是活塞面积，P是气缸压力，是环境压力，r是活塞行程的一半，是曲柄角，L是连杆的长度。
如前所述，气缸压力来自使用发动机测功机进行的测量。 基于来自节气门的空气流量和流向气缸的流量来计算MAP。 在任何特定的发动机速度和计算的MAP下，从气缸压力相对于曲柄角度曲线导出或内插气缸压力。
发动机波动的另一个主要原因是由活塞和连杆的质量的往复运动产生的惯性扭矩。 活塞的加速度表示为曲柄角的函数，如等式2所述。
(2)
其中; L表示连接杆的长度; r是活塞行程长度的一半; 是曲柄角。 用等式（3）获得活塞的惯性力。
(3)
其中是往复运动部件的等效质量，是活塞加速度。
使用等式（4）计算作用在曲轴上的往复运动部件的惯性转矩。
(4)
3.3.减震器旁路离合器
在发动机和变速器之间采用手动变速器中的离合器或自动变速器中的变矩器。离合器和变矩器都可以将动力从发动机传递或分离到变速器系统。因此，当车辆静止时，发动机可以是空转的。在这种动力分配式混合动力系统中，阻尼器取代了离合器或变矩器。阻尼器包括隔离弹簧和旁路离合器，在发动机和传动系统之间起离合器或隔离器的作用，如图7所示。隔离弹簧用作隔离高频发动机的低通滤波器正常发动机运转期间的扭矩然而，在发动机自动启动和停止期间，发动机扭矩的波动激发了弹簧并引起大的振荡和阻尼器行程。此时，接合阻尼器的旁通离合器绕过弹簧并提供发动机和传动系统之间所需的刚性，消除了在发动机自动启动和停止期间与阻尼模式相关的振荡。控制阻尼旁通离合器和电动发电机以减少发动机扭矩的振荡[8]。
4.防振策略
图7显示了仿真模型的布局。发动机型号由两部分组成。一个是针对与气缸压力相关的发动机扭矩建模的，而另一个是针对惯性扭矩建模的。混合动力传动系统包括两个行星齿轮组，两个电动发电机，四个离合器，以及发动机和变速器之间的阻尼器。在空档启动或停止时，所有离合器都脱开。仿真模型包括轴刚度和转动惯量，表示传动部件的顺应性和动态特性。在模拟中，车辆沿纵向行进。
在这项研究中，模拟的基线峰 - 峰座位轨迹加速度与硬件测试的结果相关。提出了几种设计改进策略，以在发动机自动启动和停止期间最小化发动机缸体的反作用扭矩的脉动并且减小最大峰值到峰值座椅轨道加速度。以下部分介绍了基线模拟结果及其与硬件测试结果的相关性;带阻尼旁通离合器（DBC）的基线控制策略;具有脉冲消除（PC）的基线控制策略;具有脉冲消除和阻尼旁路离合器的基线控制策略;自动启动在各种初始曲柄角度的影响;并讨论了最优战略的选择。
图7 功率分流混合仿真模型的布局
4.1.基线分析
基线模型使用原始控制策略，在中性自动启动和停止期间不应用任何改进策略。 电动机将发动机从0rpm旋转到900rpm，持续0.3s，并在900rpm下保持0.7s，然后在0.3s内减速停止。
图8描绘了发动机汽缸的压力扭矩，发动机的惯性扭矩，电动机A和B的电动机扭矩以及发动机缸体反作用扭矩的曲线，初始曲柄角为110度。随着发动机旋转起动，发动机汽缸压力扭矩从零上升到大约280Nm的最大峰峰值幅度，随着发动机减速到停止，逐渐下降到零。发动机自动启动期间的振幅略高于发动机自动停止期间的振幅。在发动机自动启动期间，发动机惯性转矩从零逐渐增加到大约28Nm的最大峰峰值幅度，并且在发动机减速到停止时逐渐减小到零。由于惯性扭矩主要受到往复运动中涉及的部件的影响，因此在发动机自动启动和停止期间惯性扭矩的大小之间不存在显着差异。更高的速度与更高的惯性扭矩相关联。在基准情况下，电机扭矩用于旋转和减速发动机。正电动机扭矩是用于使发动机旋转的扭矩，负电动机扭矩是用于减慢发动机的扭矩。在发动机的旋转或减速过程期间，电动机扭矩振幅大于发动机恒定速度期间的电动机扭矩振幅。发动机缸体反作用力矩是作用在发动机支架上的扭矩。峰 - 峰值约为500Nm，并且该扭矩表现出任何上述扭矩的最大波动。这些波动可能会传递到车辆结构和驾驶员座椅上，导致骑车人不适。因此，最小化发动机缸体反作用扭矩的波动是重要的。具有不同初始曲柄角的其他情况产生类似的波动但具有不同的幅度。图9显示了发动机缸体反作用扭矩，初始曲柄
全文共14159字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[1487]
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
