功率分流式混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化與性能驗(yàn)證

耿文冉， 樓狄明， 王 晨， 張 彤

(1. 同濟(jì)大學(xué) 汽車(chē)學(xué)院， 上海 201804； 2. 科力遠(yuǎn)混合動(dòng)力技術(shù)有限公司， 上海 201501)

功率分流式混合動(dòng)力系統(tǒng)利用行星齒輪機(jī)構(gòu)將發(fā)動(dòng)機(jī)與車(chē)輪解耦，可在較大車(chē)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的持續(xù)優(yōu)化[1].豐田汽車(chē)公司和通用汽車(chē)公司先后推出了多款成熟的功率分流式混合動(dòng)力系統(tǒng)[2-5].豐田汽車(chē)公司的混合動(dòng)力系統(tǒng)以單模輸入功率分流構(gòu)型為主，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制算法容易實(shí)現(xiàn)，但驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接與輸出軸耦合，高速時(shí)整車(chē)動(dòng)力性能較差.同時(shí)，該系統(tǒng)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩要求較高，增加了電機(jī)成本[6].通用汽車(chē)公司的混合動(dòng)力系統(tǒng)以雙模組合式功率分流構(gòu)型為主，具有多個(gè)行星排，通過(guò)控制離合器和制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)輸入分流和復(fù)合分流，降低了對(duì)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的設(shè)計(jì)要求，多個(gè)固定傳動(dòng)比的設(shè)計(jì)也提高了系統(tǒng)傳動(dòng)效率[7]，但該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制均比較復(fù)雜，機(jī)械損耗和成本均較高.

為了進(jìn)一步提高整車(chē)性能，研究人員對(duì)功率分流式混合動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化.文獻(xiàn)[8-12]的研究結(jié)果表明，在功率分流機(jī)構(gòu)中增加離合器，通過(guò)對(duì)離合器的狀態(tài)進(jìn)行控制，可增加系統(tǒng)工作模式，進(jìn)一步提升整車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性.

國(guó)內(nèi)科力遠(yuǎn)混合動(dòng)力技術(shù)有限公司研發(fā)的CHS(Corun hybrid system)，屬于單模復(fù)合功率分流系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)與輸出軸分離，使得控制更加靈活[6,10].韓兵等[13]、王晨等[14]通過(guò)增加兩個(gè)制動(dòng)器進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在高速比時(shí)采用兩擋純電動(dòng)替代功率分流純電動(dòng)模式，在低速比時(shí)采用發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)替代功率分流混合動(dòng)力模式，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)效率和動(dòng)力性的提升.當(dāng)前，CHS仍存在以下三個(gè)方面的問(wèn)題：純電動(dòng)最高車(chē)速較低，無(wú)法完成一個(gè)純電動(dòng)新歐州行駛工況(NEDC)測(cè)試；混動(dòng)模式系統(tǒng)最大輸出轉(zhuǎn)矩不足600 N·m，整車(chē)加速、爬坡等動(dòng)力性能較差；減速制動(dòng)時(shí)，能量回收比例較低.這些問(wèn)題阻礙了整車(chē)性能的進(jìn)一步提升，使CHS在實(shí)車(chē)(尤其是插電式混合動(dòng)力車(chē))的應(yīng)用中受到了限制.

為了解決以上問(wèn)題，針對(duì)CHS進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在發(fā)動(dòng)機(jī)與第一行星架之間設(shè)置離合器C0，在發(fā)動(dòng)機(jī)與第二太陽(yáng)輪之間設(shè)置離合器C1，并對(duì)優(yōu)化后的系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和效率分析，然后通過(guò)聯(lián)合仿真驗(yàn)證結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)整車(chē)性能的影響.

1 功率分流式混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及優(yōu)化

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

優(yōu)化前CHS結(jié)構(gòu)如圖1所示.該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)包括：前后兩個(gè)行星排共用行星架和齒圈，發(fā)動(dòng)機(jī)與行星架相連，電機(jī)E1與小太陽(yáng)輪S1相連，電機(jī)E2與大太陽(yáng)輪S2相連，三者動(dòng)力經(jīng)行星排復(fù)合后由齒圈傳遞至輸出端.為提升系統(tǒng)效率，設(shè)置B1、B2兩個(gè)制動(dòng)器.B1閉合時(shí)，可鎖止行星架；B2閉合時(shí)，可鎖止小太陽(yáng)輪，電機(jī)E1不工作.

圖1 優(yōu)化前CHS結(jié)構(gòu)

所提出的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案為：在發(fā)動(dòng)機(jī)與第一行星架之間設(shè)置離合器C0，在發(fā)動(dòng)機(jī)與第二太陽(yáng)輪之間設(shè)置離合器C1.優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)如圖2所示.電機(jī)E1與行星排1的太陽(yáng)輪相連，電機(jī)E2與行星排2的太陽(yáng)輪相連，發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)離合器C0或C1接入系統(tǒng)，動(dòng)力由行星排1的齒圈輸出.

1.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析

圖2 優(yōu)化后CHS結(jié)構(gòu)

ωS1=ωRi01+ωPC(1-i01)

(1)

ωS2=ωPCi02+ωR(1-i02)

(2)

(3)

(4)

對(duì)行星輪系進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，可得

TS1+TS2+TR+TPC=0

(5)

忽略行星輪系內(nèi)部功率損耗，由雙行星輪系功率平衡條件可得

TRωR+TS1ωS1+TS2ωS2+TPCωPC=0

(6)

式(5)和(6)中：TS1為太陽(yáng)輪S1轉(zhuǎn)矩，N·m；TS2為太陽(yáng)輪S2轉(zhuǎn)矩，N·m；TPC為C1R2軸轉(zhuǎn)矩，N·m；TR為C2R1軸轉(zhuǎn)矩，N·m.

對(duì)S1軸進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，可得

(7)

對(duì)S2軸進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，C1離合器打開(kāi)時(shí)可得

(8)

C1離合器結(jié)合時(shí)可得

(9)

對(duì)C1R2軸進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，C0離合器打開(kāi)時(shí)可得

(10)

C0離合器結(jié)合時(shí)可得

(11)

對(duì)C2R1軸進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，可得

(12)

式(7)～(12)中：JS1為太陽(yáng)輪S1轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg·m2；JS2為太陽(yáng)輪S2轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg·m2；JPC為C1R2軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg·m2；JR為C2R1軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg·m2；TE1為電機(jī)E1輸出轉(zhuǎn)矩，N·m；TE2為電機(jī)E2輸出轉(zhuǎn)矩，N·m；TENG為發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，N·m；TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，N·m；JE1為電機(jī)E1轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg·m2；JE2為電機(jī)E2轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg·m2；JENG為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg·m2；JL為整車(chē)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg·m2.

1.3 系統(tǒng)效率分析

當(dāng)系統(tǒng)輸出功率全部由發(fā)動(dòng)機(jī)提供時(shí)，可避免由于動(dòng)力電池頻繁充放電而造成的能量損失，保證較高的系統(tǒng)效率.此時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部電功率之和為零，電池的凈輸出功率也為零.

忽略各運(yùn)動(dòng)部件的角加速度，則式(5)、(6)可轉(zhuǎn)化為

TE1+TE2+TR+TENG=0

(13)

TRωR+TE1ωE1+TE2ωE2+TENGωENG=0

(14)

當(dāng)TE1ωE1<0時(shí)，

(15)

當(dāng)TE1ωE1≥0時(shí)，

(16)

系統(tǒng)傳動(dòng)比定義為輸入軸轉(zhuǎn)速與輸出軸轉(zhuǎn)速之比，即

(17)

系統(tǒng)傳動(dòng)效率定義為系統(tǒng)輸出功率與輸入功率之比，即

(18)

電功率分流比表示系統(tǒng)輸入功率中通過(guò)電途徑傳遞的比例，定義為

(19)

式(14)～(19)中：ωE1為電機(jī)E1轉(zhuǎn)速，rad·s-1；ηE1為電機(jī)E1效率；ωE2為電機(jī)E2轉(zhuǎn)速，rad·s-1；ηE2為電機(jī)E2效率；ωENG為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，rad·s-1；PE1為電機(jī)E1輸出功率，W；PENG為發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率，W；PR為系統(tǒng)輸出功率，W.

結(jié)構(gòu)優(yōu)化后系統(tǒng)傳動(dòng)效率與傳動(dòng)比的關(guān)系、電功率分流比與傳動(dòng)比的關(guān)系如圖3所示.當(dāng)車(chē)速較低時(shí)，系統(tǒng)傳動(dòng)比較大，電功率分流比為正值.發(fā)動(dòng)機(jī)功率被分流后，其中一部分由電機(jī)E2發(fā)電供電機(jī)E1使用，系統(tǒng)效率較低.隨著傳動(dòng)比減小，發(fā)動(dòng)機(jī)功率中用來(lái)發(fā)電的部分也減少，當(dāng)電功率分流比降為零時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率全部通過(guò)機(jī)械路徑傳遞到車(chē)輪，系統(tǒng)效率達(dá)到最高.此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部電功率為零，因此該工作點(diǎn)稱為系統(tǒng)的機(jī)械點(diǎn).CHS具有兩個(gè)機(jī)械點(diǎn).當(dāng)系統(tǒng)傳動(dòng)比介于兩個(gè)機(jī)械點(diǎn)之間時(shí)，電功率分流比為負(fù)值，電機(jī)E1發(fā)電供電機(jī)E2使用，系統(tǒng)效率較高.在高車(chē)速時(shí)，系統(tǒng)傳動(dòng)比繼續(xù)減小，電功率分流比為正值，電機(jī)E2發(fā)電供電機(jī)E1使用，電功率循環(huán)隨著車(chē)速增加而急劇增加，系統(tǒng)效率急劇下降.

圖3 系統(tǒng)傳動(dòng)效率與電功率分流比

2 工作模式分析

CHS在優(yōu)化前有五種工作模式：駐車(chē)模式、純電動(dòng)模式、發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)模式、混合動(dòng)力模式和制動(dòng)能量回收模式[14].結(jié)構(gòu)優(yōu)化前，CHS具有一種純電動(dòng)模式(見(jiàn)圖4中EV)和兩種混合動(dòng)力模式(見(jiàn)圖4中HEV1和HEV2).結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，純電動(dòng)模式增加為三種，混合動(dòng)力模式增加為六種.圖4中“■”表示離合器或制動(dòng)器處于結(jié)合或閉鎖狀態(tài)，杠桿與各縱軸交點(diǎn)處“●”到橫軸的距離表示此軸轉(zhuǎn)速的大小.

2.1 純電動(dòng)模式

結(jié)構(gòu)優(yōu)化前，純電動(dòng)模式需閉合B1，鎖止行星架.優(yōu)化后，可通過(guò)打開(kāi)C0使發(fā)動(dòng)機(jī)與行星架斷開(kāi)連接.控制B1和B2可獲得三種純電動(dòng)模式，如圖5中EV1、EV2和EV3所示.EV1模式的B1閉合，兩臺(tái)電機(jī)同時(shí)工作，可保證較大的輸出轉(zhuǎn)矩.EV2模式的B2閉合，電機(jī)E2工作，可提高輸出轉(zhuǎn)速；進(jìn)一步調(diào)整電機(jī)E2工作點(diǎn)，可提升系統(tǒng)效率.EV3模式B1、B2均打開(kāi)，兩臺(tái)電機(jī)同時(shí)工作，在電機(jī)的轉(zhuǎn)速限值內(nèi)，齒圈輸出轉(zhuǎn)速進(jìn)一步提高，從而獲得更高的純電動(dòng)車(chē)速；EV3為電子無(wú)極變速模式，可通過(guò)優(yōu)化電機(jī)工作點(diǎn)來(lái)提高系統(tǒng)效率.圖5中“□”表示離合器或制動(dòng)器處于打開(kāi)狀態(tài).

圖4 優(yōu)化前純電動(dòng)和混合動(dòng)力工作模式

圖5 優(yōu)化后三種純電動(dòng)工作模式

2.2 混合動(dòng)力模式

根據(jù)離合器的狀態(tài)，混合動(dòng)力模式又包括三種情況：C0結(jié)合、C1打開(kāi)；C0打開(kāi)、C1結(jié)合；C0、C1均結(jié)合.

當(dāng)C0結(jié)合、C1打開(kāi)時(shí)，系統(tǒng)工作在e-CVT模式，兩個(gè)電機(jī)共同調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)，使系統(tǒng)效率達(dá)到最優(yōu)，即圖6中HEV1模式.若電機(jī)E1轉(zhuǎn)速較低，為了避免電功率損耗過(guò)大，則將制動(dòng)器B2閉合，即圖6中HEV2模式.

圖6 C0結(jié)合、C1打開(kāi)混合動(dòng)力模式

當(dāng)C1結(jié)合、C0打開(kāi)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)E2并聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)如圖7所示的三種工作模式.HEV3模式B1閉合，發(fā)動(dòng)機(jī)和兩臺(tái)電機(jī)均工作，具有較大的輸出轉(zhuǎn)矩，但該模式受電機(jī)轉(zhuǎn)速限制，適用于車(chē)輛起步或中低車(chē)速.HEV4模式B2閉合，發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)E2工作，轉(zhuǎn)速限制降低，最大輸出轉(zhuǎn)矩較HEV3模式降低，可改善中高車(chē)速的動(dòng)力性.HEV5模式B1、B2均打開(kāi)，最大輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)一步降低，可作為C1結(jié)合各模式的過(guò)渡工況.

圖7 C0打開(kāi)、C1結(jié)合混合動(dòng)力模式

當(dāng)C0、C1均結(jié)合時(shí)，系統(tǒng)工作在直驅(qū)狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)、兩個(gè)電機(jī)與輸出軸轉(zhuǎn)速均相等，此時(shí)車(chē)輛可獲得較高車(chē)速，并且不會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高，如圖8所示的HEV6模式.

圖8 C0、C1均結(jié)合混合動(dòng)力模式

3 仿真驗(yàn)證

為了驗(yàn)證結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)整車(chē)性能提升的影響，進(jìn)行了離線仿真.搭建聯(lián)合仿真平臺(tái)，其中整車(chē)控制模型在Matlab/Simulink軟件中搭建，物理模型在LMS AMESim軟件中搭建，整車(chē)及動(dòng)力部件參數(shù)如表1所示.為了保證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用與實(shí)車(chē)相同的控制策略.

表1 整車(chē)及動(dòng)力部件參數(shù)

整車(chē)控制系統(tǒng)如圖9所示.該系統(tǒng)包含三個(gè)層次：第一層為能量管理策略,第二層為滿足運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)約束的電機(jī)需求轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩計(jì)算模塊,第三層為部件控制器.

圖9 整車(chē)控制系統(tǒng)框圖

第一層能量管理策略包括工作模式選擇和發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)選擇兩個(gè)模塊.工作模式選擇模塊根據(jù)當(dāng)前車(chē)速、駕駛員需求轉(zhuǎn)矩、電池SOC(state of charge)等信息選擇整車(chē)工作模式.發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)選擇模塊結(jié)合當(dāng)前工作模式選擇發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn).當(dāng)關(guān)注于能量消耗時(shí)，按照等效燃油消耗最小策略選擇發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)工作點(diǎn)；當(dāng)關(guān)注于整車(chē)動(dòng)力性能時(shí)，選擇發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩較大的工作點(diǎn).

第二層電機(jī)需求轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩計(jì)算模塊，在滿足第1.2節(jié)中運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)約束的前提下，根據(jù)第一層輸出的工作模式和發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)計(jì)算得到電機(jī)的需求轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩.此外，電機(jī)工作點(diǎn)還需滿足以下約束條件：① 電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩均在可行范圍內(nèi)；② 電池功率不超過(guò)其峰值功率；③ 電池SOC在允許的工作范圍.第一層和第二層組成了混合動(dòng)力控制單元，對(duì)應(yīng)的控制程序位于整車(chē)控制器中.

第三層部件控制器包括主要?jiǎng)恿Σ考目刂破?，如發(fā)動(dòng)機(jī)控制器、電機(jī)控制器、電池控制器、油泵電機(jī)控制器等，主要功能是接收來(lái)自于整車(chē)控制器的控制信號(hào)，使各動(dòng)力部件工作在期望的狀態(tài).車(chē)輛實(shí)際運(yùn)行的狀態(tài)信息反饋給整車(chē)控制器，用于決定下一時(shí)刻的控制策略.

3.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)能量消耗的影響

循環(huán)工況的能量消耗仿真結(jié)果如表2所示.其中城市工況(UDC)為純電動(dòng)模式，NEDC工況包含純電動(dòng)和混動(dòng)多種模式.

表2 能量消耗仿真結(jié)果

3.1.1純電動(dòng)能量消耗分析

從表2可以看出，結(jié)構(gòu)優(yōu)化前一個(gè)UDC工況整車(chē)SOC降低1.00%，優(yōu)化后SOC降低0.92%，能量消耗比優(yōu)化前降低了8%.

圖10和圖11分別給出了電機(jī)E1和E2的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩.從圖10、11可以看出：優(yōu)化前，系統(tǒng)工作在EV1模式，電機(jī)E1轉(zhuǎn)速不為零而轉(zhuǎn)矩為零，處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，電機(jī)E2受杠桿運(yùn)動(dòng)學(xué)約束而轉(zhuǎn)速較高；優(yōu)化后，系統(tǒng)工作在EV2模式，電機(jī)E1被鎖止，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩均為零，電機(jī)E2轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)矩增大.

圖10 電機(jī)E1的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩

圖11 電機(jī)E2的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩

電機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)需要消耗功率來(lái)克服機(jī)械阻力，因此優(yōu)化前功率損耗總體高于優(yōu)化后，如圖12所示.其中，140～165 s時(shí)優(yōu)化前功率損耗低于優(yōu)化后，原因?yàn)閮?yōu)化后電機(jī)E2在此段的效率較差.

圖12 車(chē)速與功率損耗

圖13為優(yōu)化前后工況能量分析.優(yōu)化后，驅(qū)動(dòng)消耗的能量低于優(yōu)化前，而制動(dòng)回收的能量高于優(yōu)化前.兩方面綜合作用，使得優(yōu)化后整車(chē)純電動(dòng)UDC工況的綜合能耗較優(yōu)化前降低了8%.

圖13 工況能量分析

3.1.2混動(dòng)能量消耗分析

從表2的結(jié)果可以看出，結(jié)構(gòu)優(yōu)化前NEDC工況整車(chē)的綜合油耗為5.38 L·(100 km)-1，優(yōu)化后為5.05 L·(100 km)-1，降低了6%.仿真過(guò)程均采用等效燃油消耗最小能量管理策略.

圖14為發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)分布情況.圖15為各工作點(diǎn)的比油耗統(tǒng)計(jì).優(yōu)化后發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)主要分布在比油耗240～250 g·kWh-1和250～260 g·kWh-1區(qū)域，比油耗小于260 g·kWh-1的比例為97.5%,優(yōu)化前發(fā)動(dòng)機(jī)比油耗小于260 g·kWh-1的比例為66.9%.

圖14 發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)分布

圖15 發(fā)動(dòng)機(jī)比油耗分布

圖16為電機(jī)E1工作點(diǎn)分布.優(yōu)化前電機(jī)E1主要工作在第四象限，即發(fā)電工況；優(yōu)化后電機(jī)E1部分工作在第一象限，即放電工況.此外，優(yōu)化前部分工作點(diǎn)電機(jī)空轉(zhuǎn)，優(yōu)化后取消了這些工作點(diǎn).

圖16 電機(jī)E1工作點(diǎn)分布

圖17為電機(jī)E2工作點(diǎn)分布.優(yōu)化前電機(jī)E2轉(zhuǎn)矩分布在100 N·m以內(nèi)，轉(zhuǎn)速則達(dá)到7 000 r·min-1；優(yōu)化后電機(jī)E2轉(zhuǎn)矩達(dá)到180 N·m，轉(zhuǎn)速分布在6 000 r·min-1以內(nèi)，避免了大功率充電時(shí)較高的損耗.

圖17 電機(jī)E2工作點(diǎn)分布

3.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)整車(chē)動(dòng)力性的影響

3.2.1純電動(dòng)動(dòng)力性分析

圖18為優(yōu)化后純電動(dòng)模式的最大輸出轉(zhuǎn)矩和最高車(chē)速.從圖18可以看出，EV1模式在中低速(系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)速≤3 000 r·min-1)時(shí)輸出較大轉(zhuǎn)矩，適用于車(chē)輛起步、加速和爬坡工況.EV2模式較EV1模式最大輸出轉(zhuǎn)矩降低，最大輸出轉(zhuǎn)速提高，適用于中高車(chē)速勻速行駛.EV3模式在中高速的最大輸出轉(zhuǎn)矩和最大輸出轉(zhuǎn)速均高于EV2模式，可提高純電動(dòng)最高車(chē)速.優(yōu)化后純電動(dòng)模式最高車(chē)速?gòu)?10 km·h-1提高到了160 km·h-1.

圖18 優(yōu)化后純電動(dòng)模式最大輸出轉(zhuǎn)矩和最高車(chē)速

3.2.2混動(dòng)動(dòng)力性分析

結(jié)構(gòu)優(yōu)化前，發(fā)動(dòng)機(jī)與行星架相連，系統(tǒng)可輸出的最大轉(zhuǎn)矩為如圖19所示的HEV1模式.結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，C1離合器結(jié)合時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)E2并聯(lián)，大幅提高了系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)矩，如圖19所示的HEV3和HEV4模式.從圖19的車(chē)速曲線可以看出，優(yōu)化后0～100 km·h-1加速時(shí)間由14.5 s減少到10.0 s.

圖19 優(yōu)化后混動(dòng)模式最大輸出轉(zhuǎn)矩和加速性能

Fig.19 Maximum output torque and acceleration ability of hybrid modes after optimization

4 結(jié)論

(1) 對(duì)CHS進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化.在發(fā)動(dòng)機(jī)與第一行星架之間設(shè)置離合器C0，在發(fā)動(dòng)機(jī)與第二太陽(yáng)輪之間設(shè)置離合器C1.通過(guò)控制離合器和制動(dòng)器的狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)三種純電動(dòng)模式和六種混動(dòng)模式.

(2) 結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，整車(chē)能量消耗得到了改善.純電動(dòng)UDC工況電耗降低了8%，混動(dòng)NEDC工況整車(chē)油耗降低了6%.

(3) 結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，整車(chē)動(dòng)力性得到了提升.純電動(dòng)模式最高車(chē)速由110 km·h-1提高到了160 km·h-1；混動(dòng)模式0～100 km·h-1加速時(shí)間由14.5 s減少到10.0 s.