爱信公司HD-10专用混动变速器介绍

AISIN AW已经开发了一种新的全混合动力传动，HD-10为前轮驱动车辆。这款HD-10已开发的概念，以提高燃油经济性和性能，而不牺牲驾驶性能和效用。为此，变速器采用一体化设计，由两个电机、一个行星传动系统的齿轮、两个逆变器和一个电子控制单元组成。此外，还开发了新的软件，以提供在各种驱动条件下的平稳运行。

自1986年以来，爱信结合作为自动变速器制造商的专业知识和先进的电机技术经验，一直致力于开发适合地球环境的“环保汽车”驱动系统。近年来，市场一直要求油电混合动力汽车在不牺牲车辆性能、驾驶性能和效用的前提下减少二氧化碳和其他排放。为了满足这一需求，爱信AW开发了HD-10，一种新的全混合动力传动前轮驱动(FWD)平台，在2004年针对紧凑型运动型多用途车进行了优化。

这一新开发的HD-10变速箱包括两个电机、传动系统、集成逆变器和控制器。这种集成设计消除了高压电缆和信号线束从外部传输，实现了高可靠性和易于安装。HD-10的结构被广泛称为功率分流装置，这使得它有可能为发动机沿着最有效的曲线运行，同时有效地传递发动机扭矩到车轮。这种设置能够减少燃料消耗，特别是在走走停停的交通中。同时，当驾驶员需要加速时，其大功率65kW电机可辅助发动机，发挥更大发动机的性能。

此外，设计了同时控制两个电机的控制软件，以实现在包括发动机启动和停止在内的各种驱动条件下的平稳运行。本文描述了这一全混合动力传动的设计目标和主要特点。

1.结构介绍

如下图所示，该变速器由两部分组成。其中一部分是变速器，包括传动系统和两个电动马达。另一个包含电力电子和电子控制单元(ECU)。

当我们看到下图，肯定会联想到丰田的THS系统，没错，与现在的THS系统的架构基本是如出一辙，下面我们将着重介绍。

2.传动系统

这款全新的全混合动力变速器采用了独特的四轴齿轮传动系统，允许包含两个强大的电动马达，同时保持传统自动变速器的宽度。结构简图如下所示。

输入轴连接到行星架，Generator电机连接到太阳齿轮。Traction电机通过二级齿轮直接输出动力，同时连接着单排行星系的齿圈。

这种轮系安排在选择发动机和牵引电机的齿轮传动比时提供了很大的灵活性，这与381.3mm的变速器宽度无关(这与传统的FWD自动变速器的宽度相当)。

首先根据车辆的水平要求，如平稳性、加速性能和拖车牵引能力，设定最大牵引力和牵引力曲线。驱动力曲线如下图所示。

其次，在考虑发动机性能和燃油经济性的情况下，确定发动机的传动比以及牵引电机的转矩和功率。下图显示了齿轮传动比规格。最后，考虑了牵引电机齿轮、轴承的强度和电气控制系统的限制，确定了牵引电机的传动比。电机的高齿轮传动比为10.7，这使得牵引电机的最大转速可以设定在13500rpm，使得尺寸更小。

3.驱动电机-发电机

为满足电机和牵引电机的性能要求，同时使电机尺寸最小化，设计了V形永磁同步电机，优化了电机的磁转矩和磁阻转矩的平衡。

其核心设计如下图所示，分别为牵引电机和发电机电机与逆变器的转矩曲线和效率图。

4.逆变器系统

如图1所示，集成逆变器具有三层结构。电源模块直接安装在水冷式散热器上，电容器位于电源模块上方的一个坚固的铝支架上。ECU是在顶层设计了一个坚实的铝支架。

5.ECU安装

控制单元在变速器上提出的主要专注点之一是对发动机振动的敏感性。利用模态分析结果确定了避免共振的最佳螺栓位置。这使得使用传统的环氧基印刷电路板(PCB)成为可能。此外，采用橡胶隔振器防止过度振动传递到PCB板。ECU安装的结构如下图所示。

6.冷却系统

为了使单一的水冷却系统从电力电子和电机中吸取热量，变速器集成了自动传动液(ATF)和水之间的紧凑热交换器，以及用于电力电子的散热器。ATF由一个小油泵循环，冷却两个电动机，并为传动系统提供润滑。冷却水通道截面图如下图所示。

考虑到实际使用中各部件的热量平衡，优化了各通道的截面面积和翅片数量。

7.动力控制单元

新的电子控制系统已被开发，以允许控制的两个电机在最高的效率和充分的响应，同时执行最佳分配扭矩根据运行情况。

控制系统框图如下图所示。

传输控制模块(TCM)接收三大信号;使用CAN通信，从动力总成控制模块(PCM)获得所需的车轮扭矩、所需的发动机转速和发动机控制模式(包括发动机启动和停止模式)。

从期望的发动机转速和测量的牵引电机转速，TCM计算期望的发电机电机转速。然后，TCM通过调整发电机电机的扭矩来控制发电机电机的速度到所需的速度。同时，利用上述发电机电机转矩和发电机电机的变速计算行星传动系统环形齿轮传递的转矩。然后调整输出轴扭矩，以满足从PCM接收到的所需扭矩值。

由于其结构，动力分流混合动力变速器在传递发动机扭矩到车轮，特别是在发动机起动和扭矩变化在初始发动机点火。从理论上讲，行星环齿轮转矩可以由发电机电机转矩得到，通过对转子惯量进行补偿，公式如下(不考虑齿轮惯量和变速器的转动运动)。

为使发电机惯性补偿效果最佳，精心选择了电机位置采样率、加速度计算方法和滤波器。

此外，利用牵引电机的角加速度来抑制由上述延迟和惯性补偿计算误差引起的振动。其控制框图如下图所示。

类似于发电机惯性补偿优化采样率的牵引电机位置法的加速度计算和滤波器设计。是获得这种主动阻尼控制最佳效果的关键。

8.发动机曲柄转角定位

虽然通过使用上述发电机惯性补偿和牵引电机阻尼控制，发动机启动冲击已提高到可接受的水平，但仍然存在一个问题，即在每个发动机启动事件中，严酷程度是不同的。下图显示了在车辆中测量的发动机起动位置和振动剂量值的严酷程度之间的关系。

利用该数据，开发了发动机曲柄角定位控制系统，使发动机始终停在该最佳位置附近。这将导致下一个引擎曲柄开始在这个最佳位置，并产生最小的激励。得到了一个城市行驶时发动机启停40次的标准差为1.83度，最大误差为4.23度。这样就实现了发动机在最小冲击下的一致启动。

9.性能和燃油经济性

与紧凑型运动型多用途车和高效的阿特金森发动机相结合的性能和燃油经济性的改进，如下图所示。

与更大的发动机相比，HD-10具有更好的性能，在城市驾驶中，HD-10和高能效的结合提高了64%的燃油经济性。

一种新的全混合动力传动，HD-10，已开发的前轮驱动紧凑型运动公用事业市场。HD-10凭借卓越的换档质量，实现了驾驶性能和燃油经济性的提高，无论是在公路上还是越野上。与高效发动机相结合，燃油经济性显著提高。特别是在城市驾驶，同时也提供更好的性能比组合的传统发动机和自动变速器。此外，两个电动马达和传动系统被包装在一个传统的FWD自动变速箱的宽度之内。这允许HD-10在许多FWD车辆使用最小的修改。

本人也是通过资料的搜集整理，以及对知识的理解消化后，形成自己的阐述方式，将此篇文章奉献给大家，如本人在撰写的文章中，对某些知识有认识不足或有疏漏的地方，还请多多指正。

文章定有疏漏遗误之处，欢迎各位指正交流。

全文完~