来点干货：国内外混合动力技术盘点及深度解析

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目前汽车行业的一个重大趋势是汽车电气化的快速发展以及电动车的市场份额逐步提高。这种趋势对自动变速器行业的影响也越来越大。

动力总成的电气化产品表现为：

一方面是基于现有传统发动机动力总成，把电动机安装到动力传输线路的合适位置，构成混合动力实现动力总成的总体效率提高以及排放的减少。这种结构要尽量减少对原动力总成的改变，利用现有的批量变速器产品，从而降低开发新产品费用，这种混合动力从自动变速器角度称之为附加式（Add-On）混合动力系统，其结构比较复杂，适合小批量混合动力或者高端汽车。由于自动变速器变化较少，这类变速器产品可以归纳在传统自动变速器分析里。

 

另外一方面，随着混合动力及电动汽车的规模加大，开发全新的专用混合动力变速器（DHT- Dedicated HybridTransmission）以及纯电驱动系统成为一个趋势，这主要表现为两个方向：

（1）电动机与自动变速器集成为一个统一功能系统，与发动机结合形成混合动力系统。在产量规模达到一定程度时，减少变速器挡数，在节油的同时，可以实现系统的成本及空间的优化。

（2）电动汽车的变速器，由于电动机的输出特性，电动车驱动系统一般只要单级或者双级变速即可，机械结构大大简化，但当单机转速很高时，NVH要做很好的优化；另外要提高集成度，实现模块化产品。

本次针对专用混合动力变速器（DHT）做重点分析。

 

混合动力系统综述

混合动力系统是指在传统发动机动力总成中增加电力驱动的电动机作为补充。 目前根据电动机的位置混合动力系统相应分为P1、P2、P3、P4混合动力拓扑结构（配置），图1显示了各种混合动力拓扑结构。其中如果发动机动力和电动机动力可以同时驱动车轮，也称之为并联混合动力系统；如果汽车只是由电动机驱动，发动机主要是给电池充电，则称之为串联混合动力系统；混合动力系统根据其电动机提供动力的特性以及电池获得能量方式及大小还分为弱混合动力，强混合动力和插电混合动力。

 

 

                           

图1 各种混合动力拓扑结构

混合动力系统的电动机动力可以以不同形式参与到动力总成输出之中，形成混合动力的各种新型动力组合及功能，一般称为混合动力的运行模式或特性，如：启停模式（Start/Stop）、启停滑行模式（cut-off coasting/sailing），能量回收模式（recuperation），转矩增强模式(助力)（boost），混合动力驱动模式（hybrid driving），纯电驱动模式（electric driving）等。图2列举了不同电气化程度的混合动力总成可能的运行模式（特性）。

图2 动力总成电气化可能的运行模式（特性）

混合动力系统可以通过以下措施改善传统发动机汽车的油耗以及提高驾驶性能：

（1）回收汽车制动的能量。

（2）避免或者减少发动机工作在不利的运行模式，如怠速、交通灯停车、低速爬行等。

（3）利用电动机调整发动机工作点。

（4）电动机峰值功率的助力作用提高汽车加速性能。

（5）改善自动变速器换挡性能。

（6）拥堵时电驱动爬行。

（7）短途纯电驱动。

鉴于开发全新的混合动力系统开发成本高昂，在混合动力市场有限的情况下，汽车厂以及变速器公司选择在已有的自动变速器批量产品上做尽量少的改动，加入电动机实现附加式（Add-On）混合动力系统。

目前比较多的是将电动机加装在变速器输入轴上，电动机与发动机之间加入一个切换离合器，实现并联混合动力系统（P2）。

图3a显示的是一款搭载在宝马X5上的并联混合动力系统。利用传统采埃孚的8AT，用电动机替换液力变扭器，并加装切换离合器，实现混合电力驱动。图3b显示的则是一款搭载在大众汽车上的混合动力系统，在6档DCT基础上加装电机和切换离合器。

 基于采埃孚8AT形成并联混合动力系统（来源：BMW）

基于大众6DCT形成并联混合动力系统(来源：Volkswagen)

图   3