On the Innovative Design for Hybrid CVTs with Mechanical Reverse Driving Mode

含引擎驅動倒檔混合動力無段變速系統之創新設計

葉駿耀(Chun-Yao Yeh) ； 顏鴻森(Hong-Sen Yan)

《中國機械工程學刊》 42卷2期 (2021/04) Pp. 131-140

摘要

This paper aims to develop a systematical design procedure to synthesize all feasible hybrid transmissions, mainly on series-parallel hybrid continuous variable transmissions (CVTs) with a mechanical reverse driving mode. Following the proposed design procedure and subject to the design constraints, 21 novel hybrid CVTs are synthesized. One is shown that the transmission system makes possible a maximum vehicle speed of 226 km/h, a 0 ~100 km/h acceleration time of 7.1439 seconds, and a gradeability of 51.16 %. A simulation model is developed to investigate the fuel efficiency performance of the proposed design. In addition, a control strategy is constructed to dynamically adjust the operation mode of the hybrid transmission in accordance with changes in the road conditions. It is shown that the simulated vehicle with the proposed hybrid CVT achieves a fuel consumption of 45 mpg under urban driving cycles and 36 mpg under highway driving conditions. As such, the HEV performance is highly competitive with that of existing HEVs on the commercial market.

關鍵字

systematical design procedure ； CVTs ； mechanical reverse driving mode ； hybrid transmission

並列摘要

隨著全球環保意識抬頭以及國際法規對於傳統引擎車的限制，汽車產業致力於發展綠能車輛，然而現有純電動車存在許多電池技術及便利性問題，使得普遍消費者較無法接受。因此近年來，混合動力車迅速的發展，其繼承了引擎車及電動車的優點，不但行駛時有平穩的動力和良好的加速性能，更有效降低油耗及空氣污染。混合傳動系統為耦合動力不可或缺的一環，本論文旨在發展一套系統化的設計流程，基於創意性機構設計方法之擴展，系統化地整合出所有可行的並聯式傳動系統，並透過分析及模擬驗證新型設計之可行性。首先，建立車輛及電池之模型，根據性能需求選擇適當的動力源。接著採用本論文所提出之設計方法，依據設計需求與限制，並以現有Punch VT2為基礎，產出所有可行混合動力無段變速系統之新型構想，計合成出21個新型設計，其中13個應用行星齒輪機構，8個應用鏈輪及齒輪的組合以達成引擎倒檔的特殊需求。由概念評估，其中一個新型概念被選出來進行細部設計及分析，將此傳動系統安裝置一台已知規格之車輛中，其車輛性能為：最大車速226 km/h、從0至100 km/h之加速時間7.1439秒、爬坡度51.16%。最後，本研究設計出一套針對此新型混合動力車的模擬器以進行模擬油耗的分析，亦建立了一套控制邏輯，使車輛在行駛中自動換檔，在不同路況下選擇最適當的檔位。為減少油耗，本研究考量動力源特性、無段變速之減速比與連續性、檔位切換的順暢性、電池電量等各種限制下，針對充電效率及各操作模式的油耗進行最佳化。在EPA標準之測試規格下，此新型混合動力車在市區及高速公路的油耗分別為45和36 MPG，與其他現有混合動力車相比，具有相當大的競爭力。