电机激励对混合动力汽车发动机轴系瞬态扭振的影响分析

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发动机由于其工作特性在曲轴上作用着气体爆发压力、往复惯性力所引起的大小、方向周期性变化的切向和法向作用力,导致曲轴在运转时产生扭转振动和弯曲振动,过大的扭振会导致曲轴断裂。混合动力汽车引入了电机作为新的动力源,使得混动汽车有了更多的驾驶模式,根据不同的驾驶条件切换驾驶模式,从而达到发动机的最佳燃油消耗。为探究瞬态工况下电机的激励对发动机轴系扭振的影响,本文以企业某款四缸发动机为基础,进行了混动技术的选型和匹配。根据混动构型的优缺点,确定了混动汽车以BSG电机+发动机+P2驱动电机为动力系统的构型,仿真分析在启动工况和急加速工况下,轴系的瞬态扭振特性。首先,对目前国内外传统汽车和混动汽车的扭振研究现状以及扭振理论基础进行了分析。建立经实测缸压数据验证的发动机模型,并仿真计算得到其万有特性曲线。以整车最高车速、最大爬坡度、百公里加速时间三大动力性需求和发动机万有特性曲线为基础对电机的功率进行匹配计算。然后以发动机和电机效率最优为原则将混动汽车划分为纯电模式、发动机模式、电机助力模式、增程模式等驾驶模式。根据曲轴三维数模,在AVL-excite PU里建立发动机曲轴的扭振当量模型,进行轴系的自由振动计算得到固有频率和振型,通过多级模态对比的方法获得较高精度的扭振当量模型,其强迫振动计算结果与台架试验吻合度较高,经验证,匹配的橡胶减振器能较好的抑制曲轴前端的扭振状况,为混动轴系的耦合扭振分析奠定了基础。根据电机的功率需求,在AVL-EMT里面对电机进行概念设计获取在AVL-excite PU搭建电机单元所需的参数,并在发动机扭振模型的基础上建立前端混合驱动轴系的扭振模型。分别仿真分析启动和急加速两个典型瞬态工况下轴系的扭振情况。发现在启动工况下,轴系并未出现较为明显的扭振,但是却出现了比较大的0.5谐次滚振。急加速工况下,仍然存在着较大的0.5谐次滚振,同时4、6主谐次扭振振幅在一定转速范围内超过了0.1°的限值。将双质量飞轮与调整发动机、电机扭矩分配的主动控制策略相结合可以有效的降低混动轴系的扭振。
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