来源Domen电驱技术EDT
前言
电动化的动力总成在全球节能减排方面会扮演越来越重要的角色,为达成该目标,FCAUS开发了其第一款DHT(DedicatedHybridTransmission)-theeFliteTransmission,应用在ChryslerPacificminivan上。
ChryslerPacificMinivan配置了16kWh的锂离子电池包,搭载3.6-literPentastarV--6eHybrid(AtkinsonCycle)发动机和双电机eFlite变速箱,可以提供hp功率,燃油效率达84MPGe,可以进行33miles纯电行驶里程以及最大续驶里程miles。
原理
此eFlite混动变速箱是基于inputsplit输入功率分流型的前驱EVT设计,配置有电动和机械油泵,可以进纯电动行驶;其在系统性能、燃油效率、重量、尺寸和NVH方面进行了优化,采用单行星排输入EVT装置,不需要换挡离合器和复杂的液压控制系统。
eFlite混动变速箱采用双永磁同步电机,MotorB驱动输出,同时可以作为能量回收的发电机;MotorA发电机通过行星排和发动机相连。整个系统布置采用四轴布置,最小化的降低车辆机舱的轴向尺寸。功率模块和变速箱进行集成化设计,消除了高压线束,降低了成本,重量,提高了效率和集成度。
其结构原理如下图所示:
具体的结构连接方式相信大家都已经非常熟悉了,这里就不再赘述。
FCAeFlite
丰田P
当你看到这个结构原理的时候,是否似曾相识呢?没错,这就是和前面我们探讨过的丰田P的结构(如图所示)以及福特HF45的结构基本一致(采用单行星排,双电机并排布置,四轴设计,增加OWC),只不过进行了细微的布置调整。
相信大家都会有这样的疑问,为什么FCA可以用此结构而不会被丰田或者爱信告侵权呢?一方面是此构型的核心专利已经失效;另一方面是确实FCA向丰田或者爱信进行了付费。要知道,FCA是年才上市此产品,各种缘由大家只能猜测了。
eFlite运行模式
eFlite变速箱有四种主要的运行模式:纯电驱动,纯电倒车,混合驱动和启停。
纯电驱动可以用motorA,MotorB或者两者同时驱动,OWC锁定行星架,MotorA的功率流通过齿圈输出,MotorB可以直接输出。
纯电倒车通过MotorB直接反转驱动即可。
混合驱动是MotorB和发动机进行功率流的耦合输出。
启停:在ICE启动/停止时,OWC空转,电机A启动车辆,而电机B起作用以确保平稳过渡。
此外,在纯电驱动和混合驱动模式下,电机B在滑行和制动过程中为电池充电。在混合驱动模式下,ICE通过电动机A给电池充电。
结构布置解析
如下图所示,大家很容易看出来,eFlite的结构和丰田及福特的结构大同小异,控制器都是通过铜排进行连接,减少了线束,提升了系统集成度,只不过大家都是自己设计并集成的,总体设计思路是一致的,那就是提升设计集成度,降低重量和成本,提高系统效率,优化系统布置,适配更多的车型。
FCAeFlite
丰田P
福特HF35
结构特点:
FCA采用了左右箱体的设计,优化了结构工艺性;而福特和丰田均采用三段式箱体设计,电机腔体和齿轴系分开。FCA功率模块控制器采用立式设计,这得益于其应用车辆机舱空间足够大,可以匹配V6发动机,在径向上较丰田福特有更多的布置空间,但是有一定的局限无法向下兼容设计。FCA控制器集成了双电机控制及VCU,由MagnetMarelli进行集成开发,丰田由Denso进行开发,福特由日立进行集成开发。FCA结构原理图内,大家看到OWC和TorquelimitingClutch是集成在箱体内部的,扭矩限制器是6片湿式离合器,扭矩容量Nm-Nm,可以避免由于瞬时过载造成的机械硬件损坏,这和之前福特第一代HD-10的结构实现方式差不多,但是其做的更加紧凑,而丰田则在飞轮上上集成了OWC和扭矩限制器。具体可以参见下图eFlite结构剖面图:
FCAeFliteDetailCross-sectionMotorBwithoutputdifferential
FCAeFliteDetailshaftscenterlinesCross-section
如上图实物图红色箭头所标识的即是下图所显示的机械油泵和电子油泵混合工作冷却润滑工作原理,整个系统采用低压主动润滑系统,通过空心轴系和设置在壳体上的导油孔进行冷却润滑电机、轴承以及齿轮等。
FCAeFliteDetailMechanicalElectricPump-LubeSchematic
下图为eFlite变速箱的外轮廓尺寸:
有过混动变速箱布置经验的工程师都很清楚,前置前驱的机舱布置有多恼火,优化设计轴向尺寸,这是项目一开始就要明确的目标,否则无法满足车型的平台化应用。
和丰田及福特的尺寸相当都在mm以内,甚至比当前的前置前驱的DCT/AT(传统变速箱通常在mm左右)等还要紧凑,这就是平行轴双电机DHT的优势所在。
FCAeFlite–ToyotaP–FordHF35内部结构比较:
中间轴均采用锥齿轮设计,不同的是eFlite差速器轴承采用了球轴承设计;eFlite采用两段式壳体,P和HF35采用三段式壳体;eFlite的双电机的转子轴加工要求较高,需要专用的工装设备进行,此由国内精进电动负责开发和供货(双电机含转子轴,专线专供生产,全自动化设备保障良品率);eFlite由于采用两段式壳体,在考虑系统冷却润滑方面较P和HF35的油道设计工艺性会相对复杂一些,同时对装配的要求相对较高;eFlite的异型零部件数量较多,BOM数量比P和HF35多,整机重量kg比另外两个80kg以内要重不少,当然其系统承载能力要较为出众,最大可承载扭矩在Nm以上,另外两个Nm以内。
NVH方面的优化
为降低eFlite变速箱的NVH,FCAUS团队进行了两个改进,一方面增加了MotorB的电机气隙,同时在转子表面增加了沟槽,从而降低转子脉动;另一方面在电机箱体表面和内部进行加筋,增加壳体刚度。由下图可见,系统48thorder传递噪声有了明显的提升。
为降低发动机低速运行的NVH,FCAUS团队将两种策略合并到硬件设计和控制中。首先是进行大量的实验验证,优化了关键的扭转减震器阻尼特性包含弹簧压缩率、迟滞曲线和惯量;其次优化了电机的控制策略,避免或快速过零时MotorB的扭矩变化。