日产FF混合动力汽车新型传动系统的研制

在FF(前轮驱动)车的Hybrid混动化之际，日产&Jatco已经搭配FR(后轮驱动)车用7速AT(自动变速箱)，从2010年11月开始发售的日产Fuga混合动力用同样的1电机2离合器的混合系统(以后称为为1M2CL)结构。

本文将介绍FF混合动力车(以后FF- hev)用变速器开发的概要，该变速器继承了基础CVT8所具有的宽齿轮阵列、低平顺性能以及搭载性能。

迄今为止，工程师设计了各种各样的HEV系统，但1M2CL是最小型、最轻、最高效的并行HEV系统之一。作为组成元素，由1电机2离合器组成。图1为1M2CL的概念图，图2示出了1M2CL在车辆状况下的功能和操作。

图1  1M2CL体系的概念结构

图2 系统运行(模式)

一个电机进行驱动和发电，两个离合器位于发动机和电机之间的离合器(以后称为CL1)进行以下的功能和动作。

(1)发动机停止时打开CL1，将发动机和电机分离，切断发动机牵引力；

(2)发动机启动时缔结CLI，向发动机传递电动机扭矩，使发动机启动；

(3)发动机启动后，维持CL1的缔结，将发动机的动力传递给变速器。

并且，另一方的离合器(以后CL2)配置在CVT的前后进切换离合器的空间中，进行以下的功能和动作。(1)车辆起步时使CL2打滑，为了平稳的起步及停止，控制来自电机(或发动机+电机)的传递扭矩。(2)车辆行驶时缔结CL2，将电机(或发动机+电机)的动力传递给变速机构。(3)车辆停止时使CL2打滑，控制(切断)电机的动力。

新开发的FF-HEV用传动装置的主要单元诸元如表1所示，横截面如图3所示。

表1 混合动力变速器规格

图3 混合动力混合动力汽车传动截面图

被要求在多样的车辆上搭载的FF-HEV用变速器，根据将1M2CL组件内置到CVT的单元部，在确保CVT的低平顺性能的同时，出色的塔塔载性也原封不动地继承了。

在变速器内安装HEV用电机时，必须设想EV行驶时(发动机停止中行驶)，提高静音性。因此，为了抑制来自电动机的振动传播，采用了不将电动机直接固定在壳体上，而是通过弹力体保持电动机浮动结构。如图4所示。

图4 浮动电机安装结构

在传动装置内安装马达时，运转时马达产生的振动会通过传动箱传播，使车辆的音振性能恶化。图5为电机噪声产生机制。电机(图5①)的电磁振动力从电机外壳(图6②)传播到传输壳(图7③)，最终来自传输壳表面的辐射声音被识别为噪声。因此，为了使客户在车内和车外行驶时不会感到不快，需要降低马达噪声。

图5 电机噪声产生机理

图6表示新型FF-HEV用变速器的CL1结构，图7表示CL1的剖视图。与FR车不同，FF车在车辆左右方向安装发动机和变速器，因此对变速器的全长控制要求更加严格。

因此，新型FF-HEV用变速器，通过在CLI上采用干式多片离合器，将CL1整体收入电动机内侧，将CL1及电动机收入CVT的扭矩转换器空间的布局和做了。另外，为了采用干式多板构造，需要提高离合器拖曳性能以及磨损粉的排出性。在新型FF-HEV用传动系统中，通过摩擦材料表面的沟槽形状的最优化和对离合器板的气孔设置，向离合器板之间注入空气，提高了性能，如图7所示。

图6  FF-HEV变速器中CL1的结构

图7 电机与CL1的截面图

由CL1产生的气流路径如下。(1)在离心风扇的作用下，气流被输送到离合器板外径一侧，离合器1外径一侧的气压提高。(2)由于离合器1外径一侧的气压升高，空气向气压低的大气一侧流动。离合器1产生的气流将离合器1内径侧的空气输送到外径侧，因此内径侧的气压降低，空气从大气侧流动。结果，(3)→(1)→(2)→(3)的空气流动。采用了利用这种气流使离合器1的摩擦材料产生的磨损粉从板外径侧向大气压力方向移动的设计。具体的形状是通过流体分析，以气流、压力分布最佳的方式确定的。如图8、图9所示。

图8 空气冷却润滑系统

图9 压力分布及流速分析

图10为CL1内的空气流动，图11示出耐久实验后CL1内的磨损粉堆积状态的比较结果。改善后磨损粉被移动，可以看到板上没有磨损粉残留。

图10 离合器内部的气流走向

图11 离合器粉末气流排出效果

由于新型FF-HEV用变速器也搭载在中型SUV上，所以也可以进行起步。在起步中，CL1结合，在向CL2输入了来自发动机+电机的大扭矩的状态下，使CL2一边打滑一边起步，因此有必要提高CL2的冷却性能。

新型FF-HEV用变速器，由于装备对CL2的扭矩输入路径的重新研究和润滑冷却专用的电动油泵，在收入CVT的前后进切换离合器的空间的同时，提高CL2的耐久性，使其成功地将其应用于SUV(图12、图13)。

图12  CL2润滑系统

图13  CL2和行星的剖面图

新型FF-HEV传动系统为了进一步提高基础CVT8优异的燃油经济性，采用了随着HEV化的发展而提高各种燃油经济性的技术。

在新型FF-HEV用传动系统中，通过提高副带环刚度，抑制随带环变形而产生的链条移动半径变动，相比基础CVT8的扭矩容量提高了20%。这样一来，推力也可以减小，从而能够以较低的油压进行扭矩传递(图14)。

图14 优化后的二次滑轮形状

驾驶员通过踏板通过协调发动机、电机的扭矩控制以及CVT的变速控制，可以在实现目标驱动力的同时提高电力回收和抑制燃料消耗率。为了实现这一目标，采用了新开发的扭矩需求控制。

CVT在充电状况之后通过进行与SOC（State of charge）相应的变速，可以在保持驱动力的情况下，使发动机扭矩沿着最佳工作线前进。

再生时，为了在电机及逆变器的效率良好的条件下进行电力回收，CVT变速，最佳地控制电机旋转，实现了短时间内的SOC恢复。

新型FF-HEV用传动系统优化了电机、CL1及CL2的布局，成功提高了与基础CVT8的零件共用率。

新型FF-HEV用传动系统与基础CVT8的零件共用率达到了约70%。结果，在维持小型、轻量的单元特性、降低成本方面做出了巨大贡献。

在新型FF-HEV用传动装置的开发上，通过生产技术部门、工厂部门以及开发部门的跨部门采用活动，不仅实现了零件的共用，还实现了生产线的共享化。结果，在传动箱、带轮部件、齿轮部件及控制阀等多个主要部件上，成功实现了与基础CVT8加工及组装生产线的共享。

此外，在电机安装和强电线束安装等HEV特有工艺方面，CVT8的组装线结构不发生大的变化，就可以实现混流生产。

在兼顾二氧化碳降低(燃效提高)和驾驶乐趣提高的需求不断提高的情况下，继FR车之后FF车也适用1M2CL，作为针对上述需求的解决方案面向中大型车FF- hev进行了用传动装置的开发。这种新型FF-HEV用传动装置采用了高效且小型、轻量的1M2CL, CL1和CL2的最佳布局，电动机式浮动结构等，是基础CVT8的特征。能够继承了烈性、低性能和优良的承载性。

另外，推进与基础CVT8的零部件共享，提高价格竞争力和在确保全球的生产性的同时，对带轮刚性的最优化和新扭矩需求控制的采用等，对最新的燃耗技术进行打磨，成为了能够满足客户需求的新一代单元。