克莱斯勒Pacifica车型-eFlite混合动力专用变速器

文章来源:EDC电驱未来 发布时间:2021-03-17
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eFlite混合动力变速器,包含了1台传统内燃机、1台电驱变速器,同时包含1个高压电池包,在纯电动模式下可提供强劲的电能。

eFlite混合动力变速器,包含了1台传统内燃机、1台电驱变速器,同时包含1个高压电池包,在纯电动模式下可提供强劲的电能。

eFlite配备有动力分离装置的电控可变前驱驱动桥结构,该平台构架优化了整车性能、燃油经济性、整机质量、布置及振动-噪声-平顺性(NVH)性能。该电动可变变速器采用单行星齿轮输入结构,省去了换档离合器和复杂的液压控制系统。

eFlite变速器包含2台永磁交流电机,2台电机均可用作驱动电机,同时也可用作发电机使用(电机A由发动机驱动并进行发电)。2台电机采用四轴相切布置,减少整车的横向宽度。

动力逆变器模块集成于驱动桥结构中,该结构减少了高压线束,降低成本,提升效率,同时优化了整机质量和布置。整车和动力总成目标如下:

(1)电控结构,可灵活应用于多用途汽车(MPV),具备优异的驾驶性与整车性能;

(2)纯电动模式续航里程可达33mile;

(3)油耗84mile/gal;

(4)灵活应用于多种整车平台及发动机平台。



1 基本结构&技术规范

动力传递路径图(图1)展示了eFlite变速器关键零部件和子系统,以及Pacifica混合动力的多种不同运行模式。电机B是主驱动电机,直接与输出端耦合,电机A是动力分离行星齿轮组中的太阳齿轮。

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图1 eFlite变速器组件动力路径传递图




1.1 混合动力汽车(HEV)运行模式



该架构由1个输入行星齿轮组组成,将发动机输出的动力(齿轮架)分成2路进行传递,分别为机械传动路径(齿圈)和电动发电机A的电传动路径(太阳齿轮)。在电动发电机A(太阳齿轮)的作用下,发动机的机械功通过齿轮架进行传递,同时产生电能。电动发电机A的转速及扭矩均可按需进行调节,优化了整车性能和燃油经济性。




1.2 电动汽车(EV)运行模式



eFlite变速器在输入端集成1个单向离合器,对动力分离齿轮架产生反作用力矩,因此在纯电动运行模式下,电机A就转换成了1个驱动电机。



2 eFlite变速器的驱动模式

eFlite变速器有4种主要的驱动模式:EV前进、EV倒车、HEV前进和起动-停止模式。



2.1 EV前进模式



图2所示,电机A、电机B单独或同时驱动整车,单向离合器通过反作用力固定行星齿轮架,使电机A输出的动力直接传递至齿圈。电机B通过差速器有直接传递路径。

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图2 EV前进模式




2.2 EV倒车模式



由图3所示,在EV倒车模式中电机B直接驱动整车,电机B通过差速器具有直接传递路径。




2.3 EV前进模式



图4所示,发动机和电机B共同驱动整车,电机A反作用于发动机,使发动机输出动力通过行星齿轮架传递,电机B通过差速器具有直接传递路径。




2.4 起动-停止模式



图5所示,电机A直接驱动单向离合器自由轮起动整车,电机B输出功反作用于齿圈上,确保起动平稳。另外,在HEV或EV工作模式下,在滑行和制动工况下,电机B都将给蓄电池充电。在HEV工作模式下,发动机通过电机A给电池充电。

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图3 EV倒车模式

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图4 HEV前进模式

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图5 发动机起动模式

另外,图6展示了eFlite变速器外形结构,图7和图8展示了总体变速器外形尺寸及与TorqueFlite前驱9速变速器对比,图9变速器横截面图中包含主要零部件和子系统,图10表示eFlite变速器齿轮系统。

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图6 eFlite变速器总成

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图7 eFlite变速器外形尺寸

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图8 TorqueFlite前驱9速变速器外形尺寸

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图9 eFlite变速器横截面图




3 eFlite的性能优化



3.1 性能和效率



eFlite变速器采用了1个电子机油泵(图11)及球型轴承结构(图12),省去了换档离合器和复杂的液压控制系统,提升传动效率,减少了质量并缩小了外形尺寸,确保其能安装于中等车型上(如Pacifica)。

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图10 eFlite变速器齿轮系统

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图11 eFlite变速器机械和电子机油泵

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图12 提升效率的球轴承结构

eFlite变速器采用低油压设计,使用1个储液器(图13),确保最优的润滑油液位高度,减少齿轮系统摩擦损失,并满足冷却和润滑需求。

相比于传统的内燃机动力系统,Pacifica混合动力系统上这些变速器零部件和新技术的开发和应用,在城市工况下油耗可降低13mile/gal,在高速工况下油耗可降低5mile/gal。

表1和表2展示了Pacifica混合动力与传统内燃机应用的性能竞争优势,同时通过动力分离行星齿轮组优化了变速器的速比。

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图13 润滑系统原理图

表1 eFlite与948TE变速器技术对比

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表2 eFlite变速器齿轮数

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3.2 NVH



为提升eFlite变速器的NVH性能,美国克莱斯勒-菲亚特工程团队开展了2项重要的设计优化。如图14所示,在转子B表面增加了切槽且增加了转子到定子的距离以减小旋转力矩。图15展示了在变速箱壳体内、外部都增加了加强筋。图16展示了电机和机构优化所获得的NVH提升效果。

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图14 电机B空隙和狭槽的变化

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图15 变速箱壳体内外表面增加加强筋

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图16 48阶噪声优化及峰值-峰值扭矩

为了优化发动机低转速时的NVH性能,美国克莱斯勒-菲亚特工程团队在硬件设计和控制采用了2项关键设计策略:通过大量试验,对关键扭转减振器/飞轮特性进行优化,包含弹簧刚度、迟滞窗口角和转动惯量;使电机控制策略就位,以避免过快通过电机B零转矩工作区(图17)。图18展示了峰值转矩到峰值转矩的调整是如何实现的。

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图17 电机控制策略及单向离合器

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图18 扭矩限制离合器




3.3 其他关键子系统和特征



eFlite变速器的关键子系统主要包含单向离合器、扭矩限制离合器、电子驻车系统及机械和电子机油泵。以下是各个系统的描述和功能介绍。

(1)单向离合器自由轮转向与发动机转向一致,可起动发动机,同时反作用于发动机上,通过行星齿轮组的作用以传输发动机动力。在纯电动模式下,单向离合器反向锁止,确保电机A作为驱动电机使用,并防止发动机出现倒拖现象。

(2)扭矩限制离合器是1个摩擦离合器单元,其可一直传递高达7 000N的作用力,扭矩范围为520~664N·m,限扭离合器主要用来在峰值扭矩超出扭矩限制时保护机械零部件。

(3)eFlite变速器包含1个电控的驻车电磁阀(图19),该电磁阀系统减少了硬件的复杂性,并提升了整车的结构布置效果。

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图19 电控驻车电磁阀



4 总结

eFlite变速器是Pacifica混合动力推进系统的内部零部件,实现了汽车和动力总成的灵活性、驾驶性、实车运行性能、温室气体和燃油消耗率目标。eFlite变速器结构及其关键子系统可灵活应用于紧凑型及中型车上,另外,目前已经在克莱斯勒Pacifica上量产。

美国菲亚特-克莱斯勒团队指出,未来采用eFlite混合动力变速器或者类似的电驱系统的混合动力汽车将会协同增长。


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