1.摘要

愛信 AW 開發(fā)了新的單電機混合橫置自動變速器。隨著先進技術(shù)的導(dǎo)入，新型混合動力變速器實現(xiàn)了高效率和卓越的駕駛性能，設(shè)計緊湊，可替代傳統(tǒng)的 8 速 A/T，無需大幅改變車輛搭載設(shè)計。本文將聚焦于這個新型變速器的關(guān)鍵技術(shù)要點進行闡述。

2.序言

自 2002 年發(fā)布 F 系列第一代變速器以來，愛信 AW 不斷地開發(fā)其變速器以滿足不同時代的高度需求。隨著 2017 年進化版“G 系列”變速器的上市，我們立即著手開發(fā)一款基于 G 系列，作為 A /T 的進化版，可用于 HEV 和 PHEV，從而顯著提高燃耗和動力性能的新系統(tǒng)。是滿足今后更嚴格的燃油消耗法規(guī)的 G 系列產(chǎn)品陣容的新面孔。[Fig.1]


Fig.1 Road Map of G Series

3.理念

這款單電機混動變速箱是 G 系列 TA 的液力變矩器部分被電動機以及，發(fā)動機分離離合器代替的并聯(lián)式混動系統(tǒng)。此外，將逆變器集成于變速器上，并自行開發(fā)和優(yōu)化電氣系統(tǒng)， 從而兼顧了高電氣效率和緊湊性。單電機混動變速器的開發(fā)基于以下的理念。

卓越的燃油經(jīng)濟性

•  利用電機和逆變器的高電氣效率以及，通過 8 速變速使發(fā)動機和電氣系統(tǒng)在高效工作點運行，從而最大限度地改善了燃耗

出色的車輛加速性能

•  通過電機助力和響應(yīng)快速的離合器提高起步動力性能

緊湊的設(shè)計

•  自行開發(fā)了可適用于 PEHV 的緊湊且高功率/高扭矩密度的全新電機

•  最新的高效 IGBT 的采用以及控制板集成化，讓結(jié)構(gòu)更緊湊

•  油壓傳感器、高功率 EOP 的采用，使離合器的響應(yīng)更快，熱容量更高

廣泛的適用性

•  適用于 HEV 到 PHEV，可以在系統(tǒng)變更規(guī)模最小的情況下替換常規(guī) AT

4.技術(shù)

基于每一個設(shè)計理念，多種創(chuàng)新技術(shù)被應(yīng)用于整個變速箱。

4.1 WLTP 循環(huán)中的燃料經(jīng)濟性

對新開發(fā)的電機和逆變器進行結(jié)構(gòu)和電機控制的優(yōu)化，使最大電氣效率提高到了95％。同時，充分考慮發(fā)動機的熱效率以及電機與逆變器的電氣效率的特點，發(fā)動機驅(qū)動和 EV 行駛時的工作點通過 8 速 AT 最佳地變速，最大限度的提高了燃料效率。與 G 系列（怠速停止）相比，燃油效率提高了 24％。PHEV 的能耗取決于電池容量，但高電氣效率可以確保更多的 EV 里程，有助于減少二氧化碳排放和降低電池成本。[Fig.2]


Fig.2 Fuel Economy

4.2車輛加速性能

雖然這款單電機混動變速器取消了液力變矩器而沒有扭矩比，但是當車輛起步時，利用比發(fā)動機響應(yīng)更快的電機進行助力，同時通過高響應(yīng)的離合器更加充分的傳遞發(fā)動機動力， 其結(jié)果，和傳統(tǒng) AT 車輛相比，起步時的動力響應(yīng)更加快速。[Fig.3]


Fig.3 Vehicle Acceleration

4.3緊湊的設(shè)計理念

擴大電動機的直徑，將離合器安置于電機內(nèi)部，從而縮短軸向長度，比原有的 AT 只增加35mm 就可以實現(xiàn)對 PHEV 的匹配。同時，沿著原有 AT 的輪廓設(shè)計布置逆變器部件，從而使高度的增加控制在+ 119mm 以內(nèi)。

4.3.1 電動機開發(fā)概念

愛信 AW 新開發(fā)了一種用于單電機混動的電機。我們稱之為“卡帶式繞組方法”。與傳統(tǒng)單電機混動中使用的集中式繞組方法相比，使用扁平線通過卡帶式繞組方法將銅線的占空系數(shù)提高 5％，并且相同軸向長度情況下扭矩和輸出提高 11％。[Fig.4]


Fig.4 E-Motor Development Concept

4.3.2 逆變器開發(fā)概念

逆變器采用了最新低損耗 IGBT 和電容器等最新元件，實現(xiàn)了緊湊性和高效率。沿著變速箱外殼的輪廓設(shè)計布置逆變器部件實現(xiàn)高度增加的最小化。將 E-Motor 控制單元和高壓E-O / P 驅(qū)動器共存于同一個電路板，同時最優(yōu)化控制電源的配置，在最小區(qū)域內(nèi)隔離高壓電源和低壓電源，從而在一枚電路板上實現(xiàn)了緊湊的布置。[Fig.5,6]


Fig.5 Inverter Development Concept


Fig.6 Control Circuit Board

4.3.3 SSC 開發(fā)理念

代替 T / C 的離合器稱為“SSC：Separate and Start Clutch”。該離合器為實現(xiàn)發(fā)動機動力的高響應(yīng)，高精度地傳輸，新開發(fā)了小型油壓傳感器。為了減少 EV 行駛時的拖曳扭矩損失，我們開發(fā)了一種新型摩擦片，可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，低阻力，可控性和耐用性。與傳統(tǒng)產(chǎn)品的組合相比，拖曳扭矩損失減少了 8％。

當 HV 電池不足時，該離合器的作用時傳輸發(fā)動機動力，車輛起步時，離合器處于打滑狀態(tài)同時產(chǎn)生摩擦熱量。特別是在交通堵塞或在斜坡上起步時會產(chǎn)生高熱量，所以離合器的冷卻變得很重要。該離合器具有 ATF 的冷卻結(jié)構(gòu)，但是如果以不間斷旋轉(zhuǎn)的 MOP 作為大流量的供給源的話效率并不高，因此設(shè)定為可以控制合理流量的E-O/P。為了實現(xiàn)緊湊性，E-O/P 采用高電壓電源、并且取消了傳感器，更改為矢量控制，從而實現(xiàn)高響應(yīng)， 緊湊和低成本。[Fig.7,8]


Fig.7 SSC Development Concept


Fig.8 Variable Lubrication Flow Control by E-O/P

5.結(jié)論

愛信 AW 的單電機混動變速器是，自行研發(fā)的一款通過對電機，逆變器結(jié)構(gòu)和控制的最優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)了高電氣效率的變速器。通過與 8 速 AT 相結(jié)合，在高效率工作點運行發(fā)動機和電氣系統(tǒng)，從而最大限度地提高了效率。

通過電機扭矩和離合器兩者的快速響應(yīng)，實現(xiàn)了超越傳統(tǒng)燃油車的車輛啟動加速性能。

自行開發(fā)的電機采用了“卡帶式繞組方法”，實現(xiàn)了電機的高扭矩和高功率密度，從而實現(xiàn)了比原有的 AT 只增加 35mm 就可以實現(xiàn)對PHEV 的匹配。逆變器通過引入最新技術(shù)并優(yōu)化功能和元件布置實現(xiàn)了緊湊性。發(fā)動機分離離合器“SSC”匹配了一種新開發(fā)的小型油壓傳感器，可實現(xiàn)快速響應(yīng)和高精度的扭矩傳輸。此外，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)和新開發(fā)的摩擦材料，實現(xiàn)了具有低拖曳扭矩損失和可控性，兼顧了μ-V 特性和耐久性。我們開發(fā)了一種緊湊型E-O/P，可在產(chǎn)生高熱量時進行充分冷卻。

與傳統(tǒng)的 A /T 相比，僅通過電機和離合器替換原有的液力變矩器，對結(jié)構(gòu)進行簡單的變更，將體格的增加控制最小限度的范圍內(nèi)，從而在最小限度的系統(tǒng)變更和搭載變更基礎(chǔ)上， 就可以實現(xiàn)傳統(tǒng) AT 的 HEV、PHEV化， 具有廣泛的車輛適配性。