1、結(jié)構(gòu)方案簡介

混動專用箱DHT近年來一直是業(yè)內(nèi)討論的熱門話題，尤其隨著近來比亞迪銷量的節(jié)節(jié)攀升，國產(chǎn)混動多年堅持終結(jié)碩果。

本文所述某混動專用變速箱，其概念外形圖如下：

圖1 某DHT概念外形圖

該箱采用兩個簡單行星排，組合成典型的CR-CR結(jié)構(gòu)。所謂CR-CR結(jié)構(gòu)是指兩個NGW行星排，其齒圈和行星架相互連接，具體如下剖視圖：

圖2 某混動專用箱剖面圖

兩個NGW行星排的太陽輪分別連接兩個電機，齒圈作為輸出，通過三個外嚙合斜齒圓柱齒輪傳遞到減速行星排的太陽輪，差速器和減速行星排集成為一體。

圖3 某DHT的傳動鏈

其中差速器上集成了一個NGW行星排減速器，如圖4：

圖4 差速器集成減速行星排

上述三個行星排的速比參數(shù)如表1：

表1 行星排特性參數(shù)

為便于分析，給出圖2的結(jié)構(gòu)簡圖，如下：

圖5 某混動專用箱結(jié)構(gòu)簡圖

2、工作原理分析

2.1、工作模式和動力參數(shù)

該DHT有3種純電前進模式，5種混動模式和一種純電倒擋模式，具體的換擋邏輯見下表：

表2 DHT模式切換邏輯

注：上表中○表示離合器或制動器打開，●表示離合器或制動器閉合

發(fā)動機和電機、電池的性能參數(shù)如表3：

表3 動力部件性能參數(shù)

2.2、工作模式分析

2.2.1、EV1

EV1模式下，E1和E2共同驅(qū)動車輛前進，如圖8所示：

圖8 EV1模式杠桿模型

根據(jù)表3參數(shù)，EV1模式下，限于電機轉(zhuǎn)速極限，最高車速僅可達107kph，兩電機允許的最大輸出扭矩為1065Nm，此時B1所需鎖止扭矩為910Nm，最大扭矩對應的最高車速為32kph。

2.2.2、EV2

EV2模式下，由表2模式切換矩陣圖，此時B2閉合，其余離合器、制動器打開，E2單獨驅(qū)動車輛前進，如圖9所示：

圖9 EV2模式杠桿模型

該模式下，根據(jù)電機E2的最高轉(zhuǎn)速，其允許的最高車速為215kph，E2允許的由齒圈輸出的最大扭矩為382.5Nm，此時制動器B2需提供的鎖止扭矩為127.5Nm，根據(jù)該箱選換擋元件的設(shè)計，B2的扭矩容量為260Nm，因此能夠滿足要求。最大扭矩對應的最高車速為60kph，且電池最大放電功率能夠滿足E2電機的滿功率運行。

2.2.3、EV3

EV3模式，所有制動器離合器都打開，該模式下的杠桿模型如圖10：

圖10 EV3模式杠桿模型

EV3模式下，考慮電機極限轉(zhuǎn)速，此時允許的最高車速為330kph，電機允許的最大扭矩為300Nm，最大扭矩下對應的車速為135kph，電池的最大放電功率不足以支撐兩個電機滿功率運行。

2.2.4、EV-R

EV-R模式是倒擋，該模式和EV1十分相像，所不同的僅是E1和E2的轉(zhuǎn)速相反，如圖11所示：

圖11 EV-R模式杠桿模型

該模式下，根據(jù)表3計算的最高車速、最大扭矩和EV1一樣，不再贅述。

2.2.5、HEV1

當車速達到純電模式下的上限時，發(fā)動機開始介入，車輛進入混動驅(qū)動工況。根據(jù)表2此時C1和B1閉合，如圖12：

圖12 HEV1模式杠桿模型

該工況下，B1閉合將R2鎖止提供支點，發(fā)動機能量通過閉合的C1傳遞到太陽輪S2上，從而驅(qū)動行星架PC2將動力輸出。E1空轉(zhuǎn)，E2可以和發(fā)動機一起共同驅(qū)動車輛，發(fā)動機也可以通過S2驅(qū)動E2進行充電（電池SOC較低時）。

2.2.6、HEV2

HEV2模式的切換邏輯是B2和C1閉合，其杠桿模型見圖13：

圖13 HEV2模式杠桿模型

該工況下發(fā)動機轉(zhuǎn)速允許的最高車速為130kph，最低車速為24kph，發(fā)動機和電機E2所能輸出的最大扭矩為772.5Nm，B2所需提供的最大鎖止力矩為257.5Nm，C1需提供的最大鎖止力矩為260Nm。

2.2.7、HEV3

圖14 HEV3模式杠桿模型

HEV3工況時，在PG1行星排上，制動器B2閉合提供支點，發(fā)動機能量通過閉合的C0傳遞到R1輸出，同時在PG2行星排上，發(fā)動機和E2能量通過R2和S2共同作用在PC2上最終輸出，該模式可以看成并聯(lián)驅(qū)動。此時最高車速可達215kph， B2需提供最大80Nm鎖止力矩，C0需提供最大260Nm的結(jié)合扭矩。

2.2.8、HEV4

HEV4是個直接檔，可以認為是發(fā)動機直驅(qū)（此時E1、E2空轉(zhuǎn)），電機E1和E2也可以輔助助力，如圖15：

圖15 圖13 HEV4模式杠桿模型

該工況下，考慮發(fā)動機高效區(qū)間，其允許的最高車速為197kph，發(fā)動機和電機允許的最大扭矩為615Nm，C0和C1所需提供的結(jié)合扭矩均為260Nm。

2.2.9、HEV5

隨著車速進一步增高，離合器C1打開，系統(tǒng)進入HEV5模式，如圖16：

圖16 HEV5模式杠桿模型

該工況是功率分流模式，發(fā)動機能量一部分通過行星架PC1直接驅(qū)動R1，實現(xiàn)機械路徑的能量輸出；另一部分驅(qū)動太陽輪S1，通過電機E1對電池進行充電，該部分能量用于驅(qū)動電機E2，而電機E2又通過太陽輪S2將能量傳遞到行星架PC2，進而輸出到車輪。HEV5模式下發(fā)動機和電機轉(zhuǎn)速允許的最高車速到達240kph，C0所需提供的最大結(jié)合扭矩同樣為260Nm。

2.2.10、各工作模式下轉(zhuǎn)速扭矩圖

考慮動力部件的轉(zhuǎn)速以及扭矩極限后，將以上各節(jié)討論的轉(zhuǎn)速和扭矩繪制成圖，如下：

圖17 轉(zhuǎn)速扭矩特性曲線

3、仿真計算

用于仿真的整車參數(shù)如表4:

表4 整車參數(shù)

發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速5500rpm，最大扭矩260Nm，其外特性如下圖:

圖18 發(fā)動機外特性

電機E1的最高轉(zhuǎn)速9500rpm，最大扭矩100Nm，其外特性如圖19所示

圖19 電機E1外特性

電機E2的最高轉(zhuǎn)速9000rpm，最大扭矩255Nm，其外特性如圖20:

圖20 電機E2外特性

根據(jù)上述動力源外特性，在相關(guān)軟件中搭建模型，其動力性仿真結(jié)果如表5:

表5 車輛動力性仿真結(jié)果

4、總結(jié)

混合動力變速箱由最初的油改電add-on到現(xiàn)在的混動專用箱DHT，技術(shù)在不斷的進步，消費者的認知也在不斷提高。從技術(shù)角度講，混合動力不應當被僅僅認為是過渡產(chǎn)品，混動的邏輯甚至比純電更為復雜，就動力模塊而言它至少要考慮5大部分，發(fā)動機、大電機、小電機、電池、整車需求扭矩。因此混動如果做的很好，那純電應該是水到渠成的事情。