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                混合动力变速器--为中国OEM提供可扩展的自动变速

                中国汽车市场对动力总成高度自动化和电气化的需求不断提升。这就是中国自主品牌想要寻求一个可扩展同时可适用于小批量供货的混动变速器的原因,为了符合下一阶段的燃油消耗法规,PUNCH Powerglide开发的P2混动自动变速器提供了一个完美的解决方案。本文结合中国市场背景并基于六西格玛体系阐述技术设计原理。

                中国OEM的需求

                中国对行星齿轮自动变速器及其混合动力版本的需求不断增加。对于多数整车厂来说,一级供应商打包提供解决方案并短期内完成小批量供货的策略更容易接受。目前面对中国市场拓展SUV、MPV或皮卡的占有率,前提是满足阶段性燃料消耗法规,PUNCH Powerglide认为只有通过混合动力方案才可以达成目标。到2020年实现百】公里5.0L的油耗目标是一个巨大挑战,同时必须要提到的是,具备50km或以上纯电动驱动范围和乘用车可以阶段性享受补助的政策,这也大大地鼓励了自⊙动变速器向混动方向发展。

                表1:中国油耗目标

                在这样〗的市场背景下,中国OEM对PHEV解决方案的要求如下:

                以现有的独立变速箱为基础进行升级,低成本,变化小,性能更可靠更实用,迅速@ 小批量供货。

                方便匹配,不改变硬件接口和软件的控制策略。PUNCH Powerglide将为OEM提供混合动力单元(HCU),与PHEV的变速箱成成一个真◣正的“混动打包方案”。

                至少50km的纯电驱动续航里程,混动电机效率高到可以纯电力驱动整个NEDC循环,以满足中国油耗法规的要求。

                运用一款成熟可靠的≡自动变速箱作为基础开发

                一款成熟可靠的变速箱可以满足P2混动所需的以上所有需求,例如Punch Powerglide生产的6L50型变速箱,与通用公司共同开发的行星架齿轮变速箱为基础,是一→款纵置的六速自动变速箱。

                为了满▂足日益严苛的油耗目标,Punch Powerglide不断提供多种解决方案的自动变速器箱。第一步安装一个液压储能模块,产生@再次启动所需的驱动力完成启停功能。根据工况不同,最多可以降低燃油消耗率6.5%(标准NEDC循环)。

                下一步混动方案由电♀机实现。将为那些已经搭载了常规的6L50的OEM提供一站式混动解决方案。结构中包含一个45Kw(稳态输出功率)电机,作为PHEV的标准配置♀纯电驱动整个NEDC循环。电机会占用部分空间,但是,与6L50型变速箱相比变化并不大。

                根据六∮西格玛设计,最优P2集成评估

                两种方案︼实现混动:集成解决方案和附加解决方案。

                集成模块中,电∮机取代了变速器内的液力变矩器,是更紧凑更优秀的整合方案。在这种情况下,有两年结构可№以选择:封闭的C0(离合器)或开放式C0。对于封闭C0,离合器将是封闭的,像一个充满油后的小变矩器,但模块的其余部分和电机将处在干燥环境中╱工作。这种解决方案容易解决密封问题。然而,纯电动驾驶下离合器单元打滑造成主要的拖曳损失,因为油不』能离合器单元流出。这将影响能量消耗,及整个驱动结构尺寸。对于开放式C0,包括电机在内的整个模块都在没液中工作。通过前端壳体的钟形罩盖板进行密封。这种结构传动油和电机冷却液之间的密封就需要特殊处〓理。好处显而易见,油可以从离合器中流出,润滑油流量可以调节,拖曳损失可降到最低。

                三种配置已运用DFSS(六本格玛设计)方法通过普氏矩阵进行对比。与其他两个架构比较后,附加模块解决方案已经选定为基准方案。本文认为开放式C0集成架构是最佳的解决方案。

                附加模块的主要缺点之一是其重量和长度的增加。长度增大会影响许多车型的布置,是难々以克服的缺点。在集∞成解决方案中,开放式C0由于其在阻力损失方面的优势成为最佳选择方案。

                按照卐六西格玛设计方法,再次与其他方案相比,已选定的方案已被定义为基准方案。具备开放式的C0集成模块仍然是最佳配置。

                表2:普氏矩阵↙型、评估混合动力方案

                DATUM:Method DFSS(Dedign Force Six Sigma)

                +significantly better ghan the datum concept

                -worse than the datum concept

                s same as the datum concept

                表2:普氏矩阵评估混合动力方案

                DATUM:Method DFSS(Ddsign Force Six Sigma)

                +significantly better than the datum concept

                -worse than the datum concept

                s same as the datum concept

                选定的P2概念设计

                为了降⌒低成本、工程输出量和风险,P2在基础变速箱上仅进行部分升级。预期是主阀体必须保持不变。更改仅限于此横㊣ 截面图中颜色所示零件。

                必须特别注意电机,双质量飞轮,离合器以及软件和标定工作。

                电机是一个三相永磁同步电机。它通过由一个水外套和绕组上的喷油嘴进行冷却。冷却必须保证峰值功率可以达到85KW至110KW,稳①定输出功率45kw,峰值扭矩为275Nm和 150 Nm。电压范围在250V和400V之间可以持续☉运转。

                双质量飞轮(DMF)扭振减振器将取代液力变矩器的扭振减振器。根据客户Ψ的不同偏好,可以由PUNCH Powerglide负责提供。由经验丰富的供应商根∴据发动机的扭矩特性和振动噪声需求定义开发减震器。

                C0主要功能是在纯电动式况下切断内燃机。它也被用作▓经济模式的起动装置。使用现有变速器离合器用于起动将需要很大程度上改变现有变速器。它将在换档过程中使打滑受∩控,换档质量提升。随着进※一步的发展,它也可以作为电机起动发动机,这样就可以取消12V起动机。“开放式”离合器结构和可控润滑油量将最☆大限度地减少拖曳扭矩。C0仅仅确保经济模式起动而不参与纯电驱动,这将控制占空比并减小其体积和性能的要求。只需要定义离合器的负〖载在经济模式时的最大扭矩450Nm即可。

                在软件和标定方面,有四个主要方面的ω 附加软件功能。PUNCH Powerglide将定义一个新的电动和混合动力模式转变策略,将电机』自身的扭矩的影响考虑在内。离合器断开和结合的控制功能及附加CAN通信○技术和OEM特定CAN矩阵正在开发中。