【摘 要】
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随着各国汽车保有量迅速增加,极大地方便了人们的日常出行,促进了世界经济的快速发展的同时,能源短缺、环境污染、交通拥堵等一系列负面影响也随之而来,且目前交通运输领域仍然高度依赖不可再生能源。因此,降低汽车能源消耗是绿色可持续发展所要面对的首要问题。变速器作为汽车的核心组成部分,其性能直接到汽车的工作效率和平稳性以及能源消耗等,而无级变速器因其在固定驱动下能实现传动比的连续变化而备受青睐,因此无级变速
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随着各国汽车保有量迅速增加,极大地方便了人们的日常出行,促进了世界经济的快速发展的同时,能源短缺、环境污染、交通拥堵等一系列负面影响也随之而来,且目前交通运输领域仍然高度依赖不可再生能源。因此,降低汽车能源消耗是绿色可持续发展所要面对的首要问题。变速器作为汽车的核心组成部分,其性能直接到汽车的工作效率和平稳性以及能源消耗等,而无级变速器因其在固定驱动下能实现传动比的连续变化而备受青睐,因此无级变速器有着巨大的发展潜力和广阔的应用前景。无级变速器主要分为液压、机械、电力三种传动方式,因其单一传动方式存在一定的应用局限性,综合各类无级变速传动方式的优势并弥补其不足的复合式无级变速器应运而生,并得到迅速发展,目前主要有液压机械式传动及电力机械式传动两种,但应用领域依旧相对单一。因此,本文提出一种液电混动无级变速器方案,该方案通过泵结构实现无级变速,通过电机结构实现能量补充和制动能量回收再利用。本文以一种液电混动无级变速器为研究对象,对基于该方案所设计的液电混动无级变速器的整体结构和工作机理进行详细分析与梳理,阐述液电混动无级变速器实现无级变速的方法及其对应基本工况。分析组成该变速器的双转子变量柱塞泵原理,对该泵进行主要零部件(包括柱塞,缸体,传动轴等)的结构设计和尺寸参数计算,并进行参数初步校核,通过Solid works建立三维模型,分别导入Adams和ANSYS Workbench进行零部件的静力学有限元分析和整体结构的动力学仿真分析,其分析结果均显示所设计参数满足运动需求。根据计算和分析结果通过AMESim对该泵建立液压模型进行液压参数化仿真,其仿真结果验证了该泵体结构的设计参数能够满足预设的变速器工况需求,初步论证了该方案的可行性。在前述双转子变量轴向柱塞泵增加表贴式永磁同步电机结构,阐述表贴式永磁同步电动机驱动以及双转子变量轴向柱塞泵驱动表贴式永磁同步发电机的工作原理,并基于泵结构对其进行结构参数的设计与计算,利用Ansoft Maxwell软件建立该电机结构二维模型,并进行静态磁场和瞬态磁场的电磁仿真分析,结果显示所设计得电机结构能满足需求,同时也初步论证在泵体结构上加装电机结构的可行性。对整体变速器进行MATLAB/Simulink功率流理想数学建模,根据预设工况,设置合理的参数变量,进行仿真计算,其输出结果显示,速度需求较低工况,从动马达可仅由从动马达电动机或高压蓄能器驱动;稍高速度,由从动马达电动机以及高压蓄能器共同驱动;较高速时,由主动泵驱动从动马达,并通过主动泵发电机、外部蓄液器、从动马达发电机回收能量;更高速情况下,主动泵驱动从动马达,同时通过高压蓄能器、从动马达电动机供能。且随时可通过从动马达摆动角,对输出速度进行动态调节,其为负值时,输出反向,短时制动时,由主动泵发电机、外部蓄液器、从动马达发电机进行能量回收;紧急制动时,高压蓄能器、从动马达电动机供能,提供反向瞬时高速输出。通过对液电混动无级变速器零部件及整体的机械结构、液压模型、电磁场到数学模型的仿真分析,从理论上验证液电混动无级变速器的合理性与功能性。证实所提出的变速器能适应各种速度需求,并可通过改变发动机转速,主动泵及从动马达尺寸参数、摆动角、电机功率,外部蓄能器/蓄液器所提供/回收流量等,实现更宽泛的速度调控,以满足更多领域的工况需求。为后续液电混动无级变速器的进一步研究提供一定的参考。
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