优化的小型车辆强混合系统的开发结果介绍

通过动力装置电气化改善车辆燃油经济性，是满足严格的燃油经济性法规的1项关键技术。但是，仅有少量的诸如B级小型车辆采用了电动装置，这是因为燃油经济性的提高相对于成本增加十分有限，而且还需额外增加电动装置的安装空间。研究了适合于小型车辆的强混合系统的最佳解决方案。首先，从能量效率最大化方面，比较了不同驱动模式中发动机效率和变速器效率分配，并为小型车辆选择了合适的自动变速器。比较混合动力系统功能时，确定了电动发电机连接方式，以及为同时满足燃油经济性和驾驶性能的电动机输出功率。此外，为实现换档过程中扭矩无中断和相对传统手动变速器较短的轴长，设计了电动发电机和变速器档位布置。开发了机械自动变速混合系统原型机和试验用车。最后介绍了能够实现扭矩无中断、灵活驾驶性能的换档顺序，及其在车辆上应用的评估结果。

近些年，由于全球变暖和能源消耗问题，燃油经济性法规变得更为严格。电动动力装置可有效改善燃油经济性，以此为基础开发了几种混合动力装置。然而，仅有少量的小型车辆采用了如强混合系统的电动动力装置。原因是燃油经济性的提高相对于成本增加十分有限，而且还需额外增加的电动装置的安装空间。

本研究中，日本爱信精机公司介绍了1种适合于小型车辆的混合动力系统及其机械自动变速器（HV-AMT）的验证结果。

1混合系统选择

电动力装置通常基于电气化程度和功能进行分类（图1）。考虑到未来严格的燃油经济性法规，本文侧重研究强混合动力。为选择系统类型/结构，能量效率综合了发动机效率和变速器效率，并作为改善燃油经济性的1种方法。

为提高发动机效率，使发动机集中运行在高效区域（优化运行工况点）。无级变速器（CVT）可以实现此功能。图2为1．0 L发动机车辆在LA 4号模式运行期间的工况模拟结果。

图1 电气化程度和功能

图2 LA 4号模式运行期间发动机工况点

从图2可知，小型车辆通常采用发动机高效区域，即使在认证驱动模式期间，如LA 4号。对小型车辆而言，CVT较有级变速器稍有优势。

表1示出典型变速器的传动效率特性。运行中仅在换档情况下使用液压压力的机械自动变速器（AMT）和双离合器自动变速器（DCT），传动效率最高，而利用液力变矩器保持传动比的自动变速器（AT）传递效率次之;通过滑轮和钢制皮带摩擦传递扭矩的CVT，效率最低。

表1 典型变速器特性

注：［0］参照;［+］优势;［－］劣势;［－－］极大劣势

就成本和外形尺寸而言，AMT最为合适。但是，ATM因换档期间扭矩中断，会产生换档冲击，其他变速器则不会。

根据以上内容，图3示出了1．0 L发动机车辆的能量效率（发动机效率×变速器效率）的模拟结果。

图3 能量效率模拟结果

如图3所示，AMT、DCT和CVT的能量效率最高。AT的发动机效率较AMT和DCT更佳。因为AT的变矩器的传动比设置的大。

依据以上结果，AMT相对其他变速器，具有能效高，成本低的优点，因此被选作混合系统的基型变速器，以实现小型车辆最大燃油经济性。为消除AMT造成的换档冲击，在换档过程中，通过电机作为辅助动力。

2设计理念

2.1　电动机/发电机连接点高

在确定驱动装置结构时，研究了各种电动机/发电机（M/G）连接点能够实现的功能，各种连接点对比如图4所示。

输入轴连接指M/G在发动机和变速器之间，发动机可通过离合器断开。输出轴连接指M/G位于变速器输出轴。输入轴和输出轴连接指M/G放置于第三轴，2个离合器可从输入或输出轴断开。后轮连接指M/G安装在后驱动轴上。

如上所述，HV-AMT换档期间需提供辅助动力。此外，选择了具有最佳混合功能的“输入轴和输出轴连接”。

图4 M/G连接点比较

2.2　M/G 驱动性能高