基於少檔位變速機構實現車輛持續大功率輸出的方法
2023-05-18 12:03:56 2
基於少檔位變速機構實現車輛持續大功率輸出的方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於少檔位變速機構實現車輛持續大功率輸出的方法。動力總成動力及傳動匹配輸出包括兩個階段，第一階段變速機構輸出端的轉速從0開始到設定轉速階段，內燃機和第二動力同時輸出動力給液力變矩器，液力變矩器的傳動比改變；第二階段變速機構輸出端的轉速超過設定轉速後，內燃機和/或第二動力輸出動力給液力變矩器，液力變矩器的傳動比不變，變速機構的輸入轉速等於液力變矩器端輸出轉速，變速機構輸出轉速等於變速器輸入轉速除以變速機構的傳動比。本發明方法使車輛在少檔位甚至單擋位的情況下，使匹配後車輛動力系統的功率和扭矩曲線更加接近汽車理想動力系統發動機特性的等功率發動機特性曲線，提高車輛的動力性，同時可以改善經濟性。
【專利說明】基於少檔位變速機構實現車輛持續大功率輸出的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於汽車動力系統動力輸出控制技術，具體涉及一種少檔位變速機構條件下，實現車輛持續大功率輸出的方法。
【背景技術】
[0002]目前，汽車普遍應用的發動機為活塞式內燃機，其相對理想的等功率發動機存在低轉速區後備功率小、驅動力不足等明顯的缺陷，這一缺陷導致車輛的動力曲線偏離理想的裝有等功率發動機車輛的動力曲線，從而使整車動力性不強、經濟性不好。為了克服活塞式內燃機這一缺陷，使裝有活塞式內燃機車輛的動力曲線更接近理想動力曲線，同時保證汽車的動力性和經濟性，目前常用的方法為，在活塞式內燃機後增加多檔變速機構，組成具有多個檔位的車輛動力總成，動力總成可以輸出多條類似活塞式內燃機的動力曲線，這些曲線均與等功率發動機動力曲線相切，切點為各個檔位時動力總成能發出最大功率的發動機轉速，簡稱功率點。汽車功率點越多，代表汽車對各種路面的適應性越好，既動力性越好，同時有助提高車輛工作在發動機經濟區的概率，提高車輛經濟性。因此，目前汽車設計中變速機構呈多檔化趨勢發展。但多檔化也帶來了機械結構複雜、整車重量增加、機械製造成本提聞等缺點。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於提供一種基於少檔位變速機構實現車輛持續大功率輸出的方法，克服上述持續大功率輸出需要配置多檔位變速機構的技術偏見，實現車輛動力結構的優化及動力綜合性能的提升。
[0004]本發明的技術方案是:基於少檔位變速機構實現車輛持續大功率輸出的方法，動力總成包括內燃機，第二動力，液力變矩器和有擋位的變速機構，動力總成動力及傳動匹配輸出包括兩個階段，第一階段變速機構輸出端的轉速從O開始到設定轉速階段，內燃機和第二動力同時輸出動力給液力變矩器，液力變矩器的傳動比隨內燃機和/或第二動力的輸出轉速變化而改變，變速機構的輸入轉速等於變矩器端輸出轉速，變速機構輸出轉速等於變速機構輸入轉速除以變速機構第一傳動比；第二階段變速機構輸出端的轉速超過設定轉速後，內燃機和/或第二動力輸出動力給液力變矩器，液力變矩器的傳動比不變，變速機構的輸入轉速等於液力變矩器端輸出轉速，變速機構輸出轉速等於變速機構輸入轉速除以變速機構的傳動比或變速機構第一傳動比。
[0005]上述設定轉速是指車輛低速行駛車速對應的變速機構輸出端的轉速，針對不同的車型，設定轉速而不同，如車速為30千米/小時，或40千米/小時，或50千米/小時，或60千米/小時對應的變速機構輸出端的轉速。上述第一傳動比是變速機構不換擋時固有的傳動比；上述變速機構的傳動比指的是變速機構換擋時各擋位對應的傳動比。
[0006]由於本發明在低於變速機構輸出端的設定轉速行駛時，採用內燃機和第二動力聯合動力輸出，大大提高動力總成低速時的扭矩輸出；同時，利用液力變矩器的傳動比的變化，改變變速機構輸出端的轉速，適應發動機、第二動力輸出轉速的變化，匹配最佳的發動機、電機及車輛持續大功率輸出，而無需更換變速機構的擋位；
[0007]當變速機構輸出端的轉速超過設定轉速後，液力變矩器的傳動比不變，變速機構輸出轉速等於變速器輸入轉速除以變速機構的傳動比，此時，內燃機和/或第二動力輸出動力給液力變矩器，可通過更換一或兩次擋位，實現變速機構輸出端的轉速，適應發動機、第二動力輸出轉速的變化，匹配最佳的發動機、電機及車輛持續大功率輸出，實現車輛高速行駛。
[0008]所述變速機構是具有不超過三個前進擋位和一個倒車檔位的變速器。
[0009]上述優化的方案中，車輛一檔行駛時，發動機、第二動力同時動力輸出；當車速對應的變速機構輸出端的轉速不超過所述的設定轉速時，變速機構輸出端的轉速等於變速器輸入轉速除以變速機構第一傳動比，而此時變速器輸入轉速等於液力變矩器的輸出轉速，液力變矩器的輸出轉速等於液力變矩器的輸入轉速除以液力變矩器的傳動比，而該階段液力變矩器的傳動比隨內燃機和/或第二動力的輸出轉速變化而改變，實現變速機構輸出端的轉速，適應發動機、第二動力輸出轉速的變化，匹配最佳的發動機、電機及車輛持續大功率輸出；實現車輛的低速大扭矩輸出。
[0010]當車速對應的變速機構輸出端的轉速超過所述的設定轉速後，液力變矩器的傳動比鎖定不變，當發動機和/或第二動力輸出；發動機和/或第二動力的輸出轉速繼續增加時，可通過變速機構換擋實現適應發動機、第二動力輸出轉速的變化，匹配最佳的發動機、電機及車輛持續大功率輸出。
[0011 ] 所述變速機構是具有一個前進擋位和一個倒車檔位變速器。
[0012]在優化的方法中，變速器只有一個前進擋，車輛行駛過程中，當車速對應的變速機構輸出端的轉速不超過所述的設定轉速時，發動機、第二動力同時動力輸出；變速機構輸出端的轉速等於變速器輸入轉速除以變速機構第一傳動比，而此時變速器輸入轉速等於液力變矩器的輸出轉速，液力變矩器的輸出轉速等於液力變矩器的輸入轉速除以液力變矩器的傳動比，而該階段液力變矩器的傳動比隨內燃機和/或第二動力的輸出轉速變化而改變，實現變速機構輸出端的轉速，適應發動機、第二動力輸出轉速的變化，匹配最佳的發動機、電機及車輛持續大功率輸出；實現車輛的低速大扭矩輸出。
[0013]當車速對應的變速機構輸出端的轉速超過所述的設定轉速後，發動機和/或第二動力輸出；變速機構輸出端的轉速等於變速器輸入轉速除以變速機構第一傳動比，而此時變速器輸入轉速等於液力變矩器的輸出轉速，液力變矩器的輸出轉速等於液力變矩器的輸入轉速除以液力變矩器的傳動比，液力變矩器的傳動比鎖定不變，變速機構輸出端的轉速直接隨內燃機和/或第二動力輸出轉速變化，實現車輛高速行駛，而無需換擋。
[0014]在第一階段，當第二動力輸出轉速和/或發動機轉速上升時，液力變矩器輸入轉速上升,液力變矩器輸出轉速在液力變矩器傳動比減小的作用下,變速機構的輸出轉速提高，車速提升。
[0015]在第一階段，當第二動力輸出轉速與發動機轉速不變時，液力變矩器輸入轉速不變，液力變矩器的傳動比不變，液力變矩器的輸出轉速不變，變速機構的輸出轉速不變，車速不變。
[0016]所述第二動力與內燃機部並聯輸出。[0017]所述第二動力是電機的電動動力。
[0018]本發明方法使車輛在少檔位甚至單檔位的情況下，克服活塞式內燃機汽車在低轉速下後備功率小的缺陷，使匹配後車輛動力系統的功率和扭矩曲線更加接近汽車理想動力系統發動機特性的等功率發動機特性曲線，提高車輛的動力性，同時可以改善經濟性。又可以使車輛匹配由多擋化向少檔位甚至無擋位化、電控化發展。本發明適用于越野車輛。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1本發明動力總成示意圖。
[0020]圖2本發明與傳統匹配方法動力總成輸出扭矩對比曲線；
[0021]圖3本發明與傳統匹配方法動力總成輸出功率對比曲線；
[0022]圖4本發明與傳統匹配方法相同檔位數時驅動力與車速關係對比曲線；
[0023]圖5本發明匹配2檔系統與傳統5檔、10檔系統驅動力對比曲線。
【具體實施方式】
[0024]如圖1所示，本發明方法動力總成包括內燃機一下稱為發動機100，電機200 ;發動機100和電機200的動力並聯輸出給液力變矩器300，液力變矩器300的輸出到變速器400，變速器400是手動擋的變速器400，只用一個前進擋位和一個倒車檔位的機械式變速器。
[0025]發動機控制器ECUl 10用於控制發動機的輸出，電機控制器210用於控制電機的輸出，整車控制器500分別用於控制發動機控制器ECUl 10、電機控制器210、液力變矩器300和變速器400。
[0026]上述結構在車輛行駛過程的控制方法是:即本發明的方法是車輛起步時，發動機轉速隨節氣門開度，按照控制系統要求從O迅速上升到怠速，車輛啟動後，電機轉速與發動機轉速同步上升，液力變矩器輸入轉速與發動機轉速同步上升，輸出轉速在液力變矩器的傳動比下降，輸出降低轉速增加扭矩，特別可以實現傳動比隨轉速的升高而線形變化減少，液力變矩器的瞬時輸出轉速值等於液力變矩器瞬時輸入轉速除以變矩器的瞬時傳動比，變速器的輸入轉速等於變矩器端輸出轉速，其輸出轉速等於變速器輸入轉速除以變速器的第一傳動比；在上述過程中(第一階段)，由於液力變矩器和電機的作用，液力變矩器和電機在整車電子控制系統的作用下，輸出轉速和扭矩，使動力總成輸出端即變速器輸出端轉速按設定要求緩慢從O上升至所述控制系統設定轉速，並同時將對應扭矩輸入給變速器之後的傳動系統，驅動車速平穩提升，在此段工作過程中，由於整個動力總成的傳動比線形變化，動力總成輸出端轉速上升速度比發動機轉速上升速度緩慢。車輛在此階段行駛時，當第二動力輸出轉速與發動機轉速不變時，液力變矩器輸入轉速不變，液力變矩器的傳動比不變，液力變矩器的輸出轉速不變，變速機構的輸出轉速不變，車速不變。
[0027]在動力總成輸出端轉速達到所述控制系統設定轉速後，整車控制器使液力變矩器鎖定，傳動比不再變化，整個動力總成傳動比固定，因此電機轉速依然與發動機轉速同步上升，液力變矩器輸入轉速與發動機轉速同步上升，輸出轉速等於變矩器輸入轉速除以變矩器的固定傳動比，變速器的輸入轉速等於變矩器端輸出轉速，其輸出轉速等於變速器輸入轉速除以變速器的第一傳動比，在此段工作過程中，動力總成在整車電子控制系統的作用下繼續發出所需扭矩，持續為車輛提供動力，直到車輛加速到所需車速。根據實際控制需要，可以將電機和液力變矩器的增力範圍調整。動力系統輸出扭矩的目標特性是等功率發動機的扭矩特性或者接近等功率發動機的扭矩特性，如圖2中曲線5所示。
[0028]車輛正常行駛時，當動力總成轉速低於設定轉速時，變矩器速比變化，變矩器瞬時輸入轉速等於對應發動機瞬時轉速，變矩器瞬時輸出轉速等於變矩器瞬時輸入轉速除以變矩器瞬時速比，變速器瞬時輸入轉速等於變矩器瞬時輸出轉速，變速器瞬時輸出轉速等於變速器瞬時輸入轉速除以變速器傳動比，此時車輛的瞬時車速等於變速器瞬時輸出轉速除以車輛傳動系傳動比。當動力總成轉速高於設定轉速時，變矩器速比固定，此時車速等於發動機瞬時轉速除以變矩器固定的速比，再除以變速器速比，再除以車輛傳動系傳動比。
[0029]本方法在動力總成低於設定轉速時，由於電機和變矩器的輔助作用，使整個動力總成可以實現低速大扭矩的特性，而相對的採用傳統發動機的普通車輛，在動力總成轉速低於一定設定值後，動力總成無法提供出足夠扭矩，只能通過配合多檔機械變速箱，並在此時將檔位調整到更大傳動比的檔位後，動力總成才能輸出需求扭矩，在這過程中需要通過換檔實現。
[0030]如圖2所示，曲線I為理想等功率發動機曲線，曲線4為傳統動力總成輸出的功率曲線，曲線3為通過單純調整發動機特性後，輸出功率高於傳統動力總成曲線4。曲線3、曲線4僅在發動機轉速為2200轉時的最大功率點與理想曲線I相交，該點即功率點。若採用本發明方法，增加電機和液力變矩器的增扭，可以匹配出的動力總成驅動力曲線組為2，曲線2在發動機轉速在1600轉/分至2200轉/分之間均等於理想功率曲線1，使功率曲線形成了最大功率帶，該功率帶的形成，可以使車輛在最大功率點工作的時間增加，發動機全轉速範圍內動力總成輸出的功率均好於傳統動力總成。由此可知,本發明方法完全實現了車輛持續大功率輸出。
[0031]採用本發明方法動力總成輸出扭矩曲線更趨合理，如圖3所示，採用本發明方法匹配的動力總成輸出扭矩特性曲線6，與理想等功率發動機動力總成輸出扭矩特性曲線5、調校後某越野車輛動力總成輸出扭矩特性曲線7及傳統動力總成輸出扭矩特性曲線8，可以看出，曲線7、曲線8僅在發動機轉速為2200轉時的最大功率點與理想曲線5相交，而曲線6在發動機轉速在1600轉/分至2200轉/分之間均等於理想扭矩曲線5，使扭矩曲線形成了最大扭矩帶，該扭矩帶的形成，可以使車輛發出穩定、持久的驅動力。曲線6相對曲線
7、曲線8高出部分的扭矩，均為採用了新方法後，由電機和液力變矩器共同提供。
[0032]對比採用本發明方法匹配前後相同檔位變速裝置動力總成輸出扭矩，如圖4所示，曲線9表示理想的等功率發動機驅動力曲線，車輛匹配的理想驅動力曲線是與該曲線重合，但受機械設計水平的限制，目前僅能匹配出類似曲線組11的驅動力曲線。若採用本發明方法，在電機和液力變矩器的增扭作用下，可以匹配出的動力總成驅動力曲線組為10，由圖4可以看出，相對傳統匹配方法匹配出的驅動力曲線組11，曲線組10更加接近理想驅動力曲線9，局部可以與曲線9重合，而曲線組11僅在功率點工作時才與曲線9重合，在車輛低速行駛時，曲線組9、曲線10的動力性能明顯好於曲線組11。實踐證明，動力曲線為10的某越野車輛相對動力曲線為11的越野車輛在發動機中低車速時，經濟性也有所改善。
[0033]再對比本發明方法匹配出的單檔變速器系統的驅動力曲線14與傳統五擋變速器系統的驅動力曲線13、十擋變速器系統的驅動力曲線15，如圖5所示，從圖中可以看出曲線14可以覆蓋曲線13、曲線15的工作區間，局部驅動力好於曲線13、曲線15。由此可見，本發明方法可以滿足汽車使用要求的前提下減少動力總成中變速器的擋位數，最終可以取消變速器的檔位，實現單檔變速器車輛。
[0034]可見，採用本發明方法匹配車輛動力系統的功率和扭矩曲線更加接近具有理想汽車動力系統發動機特性的等功率發動機的特性曲線。採用新方法設計的動力總成具有機械結構簡單、整車重量輕、機械製造成本低等優點。經過對比可以看出，採用單檔變速器的車輛，整車加速性能可以至少提高20%。
【權利要求】
1.一種基於少檔位變速機構實現車輛持續大功率輸出的方法，其特徵是動力總成包括內燃機，第二動力，液力變矩器和有擋位的變速機構，動力總成動力及傳動匹配輸出包括兩個階段，第一階段變速機構輸出端的轉速從O開始到設定轉速階段，內燃機和第二動力同時輸出動力給液力變矩器，液力變矩器的傳動比隨內燃機和/或第二動力的輸出轉速變化而改變，變速機構的輸入轉速等於變矩器端輸出轉速，變速機構輸出轉速等於變速機構輸入轉速除以變速機構第一傳動比；第二階段變速機構輸出端的轉速超過設定轉速後，內燃機和/或第二動力輸出動力給液力變矩器，液力變矩器的傳動比不變，變速機構的輸入轉速等於變矩器端輸出轉速，變速機構輸出轉速等於變速機構輸入轉速除以變速機構的傳動比或變速機構第一傳動比。
2.如權利要求1所述基於少檔位變速機構實現車輛持續大功率輸出的方法，其特徵是所述變速機構是具有不超過三個前進擋位和一個倒車檔位的變速器。
3.如權利要求1所述基於少檔位變速機構實現車輛持續大功率輸出的方法，其特徵是所述變速機構是具有一個前進擋位和一個倒車檔位變速器。
4.如權利要求1或2或3所述基於少檔位變速機構實現車輛持續大功率輸出的方法，其特徵是在在第一階段，當第二動力輸出轉速和/或發動機轉速上升時，液力變矩器輸入轉速上升，液力變矩器輸出轉速在液力變矩器傳動比減小的作用下，變速機構的輸出轉速提聞，車速提升。
5.如權利要求1所述基於少檔位變速機構實現車輛持續大功率輸出的方法，其特徵是在第一階段，當第二動力輸出轉速與發動機轉速不變時，液力變矩器輸入轉速不變，液力變矩器的傳動比不變，液力變矩器的輸出轉速不變，變速機構的輸出轉速不變，車速不變。
6.如權利要求1或5所述基於少檔位變速機構實現車輛持續大功率輸出的方法，其特徵是所述第二動力與內燃機部並聯輸出。
7.如權利要求1或5所述基於少檔位變速機構實現車輛持續大功率輸出的方法，其特徵是所述第二動力是電機的電動動力。
【文檔編號】B60K17/28GK103786571SQ201210428710
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年11月1日 優先權日:2012年11月1日
【發明者】黃松, 寇西徵, 林光成, 李進偉, 葉建偉, 楊國超, 劉波, 汪振曉, 楊誠, 祝挺, 吳齊芳, 宋傑 申請人:東風汽車公司