简介
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。
HEV系统和单元概述
2.1
系统结构与运行模式
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。
2.2
新型FF-HEV用传动装置的主要部件
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
系统技术
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。
4.2
静音性
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
3.2
搭载CL1的技术
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
3.3
搭载CL2的技术
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
进一步提高燃效的措施
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。
4.1
优化带轮刚性
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
4.2
用新扭矩控制
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。
4.3
根据充电状况的最佳变速
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。
4.4
提高再生效率
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用传动装置的制造生产
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。
5.1
发展的多样性
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。
5.2
柔性生产
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。
总结
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。
全文完~