淺析專用混合動(dòng)力變速箱結(jié)構(gòu)原理和優(yōu)缺點(diǎn)

01

大陸公司成本優(yōu)化DHT

大陸公司做了一個(gè)簡單專用混合動(dòng)力變速器的結(jié)構(gòu)、功能和成本分析，給定發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)不同的擋位數(shù)，對比功能和成本，選出大陸公司的優(yōu)先方案。

下圖是相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，前面數(shù)字表示發(fā)動(dòng)機(jī)（ICE）和電動(dòng)機(jī)（ED）的擋位數(shù)，電動(dòng)機(jī)數(shù)字0表示電動(dòng)機(jī)與汽車驅(qū)動(dòng)軸以一個(gè)傳動(dòng)比固定相連，1表示電動(dòng)機(jī)有一個(gè)傳動(dòng)比，但可以掛空擋。

大陸公司DHT幾種結(jié)構(gòu)分析

大陸最后選出自己的優(yōu)化方案是發(fā)動(dòng)機(jī)4擋，電動(dòng)機(jī)固定擋（4(ICE)+0(ED)），另外要配置一個(gè)高壓的啟動(dòng)發(fā)電動(dòng)機(jī)（HV-SG）。

02

舍弗勒P2-DHCVT

專用混合動(dòng)力無級變速器舍弗勒的P2-PHEV-DHCVT，可以實(shí)現(xiàn)純電、P2混合動(dòng)力及純發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，后退擋靠電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)，在無級變速單元（Variator）之后有個(gè)犬齒式離合器實(shí)現(xiàn)駐車充電功能。

下圖顯示了舍弗勒的P2-PHEV-DHCVT的原理和設(shè)計(jì)。

圖19 弗勒的P2-PHEV-DHCVT的原理和設(shè)計(jì)（來源：CTI2016 Luk）

通過變速器一些設(shè)計(jì)變化，增加一套雙離合器，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)P2/P3的混合電力驅(qū)動(dòng)，以提高電驅(qū)動(dòng)里程和混合動(dòng)力駕駛性能。

下圖顯示了舍弗勒的P2/3-PHEV-DHCVT的原理和設(shè)計(jì)。

舍弗勒的P2/3-PHEV-DHCVT的原理和設(shè)計(jì)

03

AVL公司八模式混合動(dòng)力系統(tǒng)8mode-DHT

AVL的第二代DHT，即Future Hybrid 8-Mode 未來八模式混合動(dòng)力系統(tǒng)，基于傳統(tǒng)自動(dòng)變速器AT集成電動(dòng)機(jī)而成，它采用了兩個(gè)離合器和兩個(gè)制動(dòng)器、一個(gè)Ravigneaux（拉威挪式）行星齒輪結(jié)構(gòu)。

下圖顯示其原理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

AVL的八模式混合動(dòng)力DHT

其可以有八種運(yùn)行模式，即5擋混合電力驅(qū)動(dòng)模式，兩擋純電驅(qū)動(dòng)模式，以及eCVT（電動(dòng)無級傳動(dòng)）模式，駐車充電模式。

混合動(dòng)力以及純電驅(qū)動(dòng)模式可以很好的利用發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力源，根據(jù)不同的汽車工況優(yōu)化其工作點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)油耗和駕駛性能的改善。

eCVT模式可以利用發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制提高汽車起步（launch）和爬行（creep）性能。駐車充電可以很好的利用發(fā)動(dòng)機(jī)在駐車時(shí)給電池充電，為汽車行駛時(shí)混合動(dòng)力功能的利用和優(yōu)化提供條件。

AVL的八模式混合動(dòng)力DHT的運(yùn)行模式及牽引力工作區(qū)

04

ZF 8HP

利用靈活的模塊化理念，ZF的8HP系列可承受最大300Nm、500Nm、700Nm以及1000Nm不等的四款產(chǎn)品，可滿足所有車型的配備需求。除此之外，ZF-8HP還能應(yīng)用在各種后驅(qū)、四驅(qū)以及混合動(dòng)力車型上。

與6AT變速箱相比，ZH-8PH降低了1~2擋之間的速比差（由1.78降至1.5），這樣能進(jìn)一步改善起動(dòng)時(shí)間，同時(shí)還減少頓挫感（幾乎感覺不到換擋沖擊）。

其速比范圍也從6.04提升到了7.04，并通過降低轉(zhuǎn)速參數(shù)優(yōu)化了油耗。

同時(shí)還可以在任意擋位間實(shí)現(xiàn)跨越1或2個(gè)擋位的升降檔。據(jù)官方介紹，所有擋位的傳動(dòng)效率均高于98%

除此之外，ZF-8HP自動(dòng)變速箱的優(yōu)勢還體現(xiàn)在可以直接集成混合動(dòng)力模塊，而無需改變安裝尺寸。

原因是ZF在設(shè)計(jì)8AT之初，便是按目前所有的混合動(dòng)力功能設(shè)計(jì)的，因此在安裝時(shí)對基礎(chǔ)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不需作任何更改。

因此，全混合動(dòng)力版的8HP所需的安裝空間與傳統(tǒng)版本相同。

05

雷諾日產(chǎn)EOLAB ZE-Hybrid

為實(shí)現(xiàn)百公里2L油耗目標(biāo)，雷諾日產(chǎn)在2014巴黎汽車展上展示了在Eolab汽車項(xiàng)目上最新開發(fā)的專用混合動(dòng)力變速器DHT項(xiàng)目即ZE-Hybrid 動(dòng)力總成項(xiàng)目，在保證油耗目標(biāo)的前提下，還要求有好的駕駛性能和低的成本。

ZE-Hybrid在第一代EOLAB1是基于自動(dòng)化手動(dòng)變速器AMT集成電動(dòng)機(jī)構(gòu)成，有3個(gè)擋位，同步器靠電動(dòng)實(shí)現(xiàn)，原理結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)模式如下圖所示，可以實(shí)現(xiàn)純電、混合以及純發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)也可以駐車充電。雷諾在第二代EOLAB2汽車上也開始研發(fā)基于AMT的雙電動(dòng)機(jī)DHT。

雷諾EOLAB1混合動(dòng)力原理結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)模式

雷諾EOLAB2的雙電動(dòng)機(jī)DHT

06

大眾TwinDrive

大眾正在開發(fā)的專用混合動(dòng)力變速器TwinDrive采用與本田iMMD近似的結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)和工作模式如圖所示。

大眾TwinDrive結(jié)構(gòu)和工作模式

07

本田iMMD智能多模式混合動(dòng)力系統(tǒng)

本田iMMD（Intelligent Multi-Mode Drive）的變速器部分也非常簡單，下圖顯示了其構(gòu)成形式和工作模式：只是通過幾副減速齒輪和一個(gè)鎖止離合器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出控制，如純電驅(qū)動(dòng)、混合動(dòng)力、發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、駐車充電。

本田iMMD智能多模式混合動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)成和工作模式

08

豐田普銳斯專用混合動(dòng)力變速器。

最有名的專用混合動(dòng)力變速器是豐田從1997年推出的普銳斯車上所用的混合動(dòng)力系統(tǒng)THS（Toyota Hybrid System），下圖是2009年推出的第三代THS系統(tǒng)。

其中的Power Split Device （PSD）為一個(gè)行星齒輪組，實(shí)現(xiàn)功率、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的分配。根據(jù)駕駛工況的不同可以實(shí)現(xiàn)純電驅(qū)動(dòng)和混合驅(qū)動(dòng)等等模式。

電動(dòng)機(jī)M2純電行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)通過電動(dòng)機(jī)MG1給電池充電，實(shí)現(xiàn)串聯(lián)混合動(dòng)力模式；發(fā)動(dòng)機(jī)也可以與電動(dòng)機(jī)MG2（或者M(jìn)G1）同時(shí)驅(qū)動(dòng)汽車，形成并聯(lián)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模式；所以普銳斯THS可以稱為串并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)或者功率分流混合動(dòng)力（Power Split Hybrid）。

由于行星齒輪副的雙速度控制特點(diǎn)，不同于一般行星齒輪副鎖止某個(gè)零件（靜止或固定速度）獲得特定傳動(dòng)比，普銳斯混合動(dòng)力當(dāng)然可以不鎖止零件，而是通過電動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)控制其轉(zhuǎn)矩比例，從而無級調(diào)節(jié)傳動(dòng)比，所以也通常被稱為eCVT（電動(dòng)無級變速器）。

2009年推出的第三代THS系統(tǒng)

可以看出，THS的變速器機(jī)構(gòu)相當(dāng)簡單，但是通過與電動(dòng)機(jī)的集成形成很好的混合動(dòng)力系統(tǒng)，NEDC工況下油耗可以降到百公里3.4L以下；雖然其控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，但隨著電子控制系統(tǒng)的發(fā)展，整車可以在保證油耗性下也能實(shí)現(xiàn)很好的駕駛性能。

隨著排放要求的高要求，混合動(dòng)力也越來越普及。下圖顯示了豐田混合動(dòng)力的銷售情況，可以看到，每年銷售已經(jīng)超過百萬輛的規(guī)模。

豐田混合動(dòng)力的銷售情況

基于豐田普THS雙電動(dòng)機(jī)專用混合動(dòng)力變速器為基礎(chǔ)，通過一些變化豐田也為高端品牌Lexus配置了的混合動(dòng)力系統(tǒng)，下圖顯示通過增加一套行星齒輪副構(gòu)成凌志汽車的混合動(dòng)力總成，可以采用功率更大的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)等，行星齒輪副可以更有效的分配轉(zhuǎn)矩到車輪上。

豐田THS專用混合動(dòng)力變速器

隨著各國對環(huán)境保護(hù)及能源利用的重視，很多國家已經(jīng)開始表達(dá)意向甚至給出時(shí)間表禁止純?nèi)加推嚨匿N售；電動(dòng)汽車由于電池的瓶頸，普及和盈利還需要很大突破，混合動(dòng)力系統(tǒng)會在未來的汽車銷售中占據(jù)很大的比例，混合動(dòng)力技術(shù)必將會得到極大的發(fā)展。

結(jié)合專用混合動(dòng)力變速器的上述特點(diǎn)和豐田普銳斯成功先例，很多公司也開始開發(fā)自己的專用混合動(dòng)力變速器。

09

上汽榮威電驅(qū)動(dòng)變速器EDU

雙電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的專用混合動(dòng)力變速器（DHT）國內(nèi)代表產(chǎn)品是上汽搭載在插電強(qiáng)混的量產(chǎn)車型榮威e550和e950之上的電驅(qū)變速器EDU（Electric Drive Unit）。

下圖所示，上汽電驅(qū)動(dòng)變速器NEDC綜合能耗據(jù)資料可以達(dá)到百公里1.7L，純電行駛60km。

上汽電驅(qū)動(dòng)變速器原理和實(shí)物圖

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上汽精進(jìn)電動(dòng)公司的雙電動(dòng)機(jī)EDU

上海精進(jìn)電動(dòng)公司提出其DHT方案，利用雙電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)串并聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)，如圖所示。

精進(jìn)公司DHT方案

除上面介紹的雙電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的專用混合動(dòng)力變速器（DHT）之外，采用雙電動(dòng)機(jī)DHT的產(chǎn)品還有通用Voltec，愛信2-Motor Hybrid，吉?jiǎng)P恩（GKN）的Multimode eTransmission等。

配雙電動(dòng)機(jī)的專用混合動(dòng)力變速器的特點(diǎn)是機(jī)械結(jié)構(gòu)相對簡單，一般不需要換擋單元，要求發(fā)動(dòng)機(jī)在特點(diǎn)的工作區(qū)高效工作。

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萬里揚(yáng)混合動(dòng)力無級變速器C38 P2P3

國內(nèi)變速器公司萬里揚(yáng)也在開發(fā)基于傳統(tǒng)無級變速器CVT38的混合動(dòng)力無級變速器CVT38 P2/P3；相對于CVT38，CVT38 P2/P3在NEDC工況下可節(jié)油22%。

萬里揚(yáng)混合動(dòng)力無級變速器

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吉利混動(dòng)7DCT

這套結(jié)構(gòu)說來也并不復(fù)雜，它與本屆車展上領(lǐng)克展臺上的那套CMA平臺1.5T混動(dòng)系統(tǒng)展示表現(xiàn)出了高度一致性。

二者都采用了1.5T三缸發(fā)動(dòng)機(jī)+7速雙離合器變速箱，并且在變速箱內(nèi)集成一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，并聯(lián)在變速箱的輸出端，實(shí)現(xiàn)輔助驅(qū)動(dòng)、純電動(dòng)行駛與發(fā)電三種功能。

這樣的混動(dòng)結(jié)構(gòu)在歐系品牌當(dāng)中比較主流，與P2混動(dòng)不一樣的是，P3混動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)“繞開變速箱”的純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，而P2結(jié)構(gòu)則是位于變速箱輸入端，更多地是協(xié)同發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行扭矩補(bǔ)充等驅(qū)動(dòng)方式，無關(guān)孰好孰壞，只是實(shí)現(xiàn)邏輯不同罷了。