意大利Oerlikon Graziano公司憑借在混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)早先P2和P3布置方式方面的經(jīng)驗(yàn),針對(duì)P3傳動(dòng)系統(tǒng)開發(fā)了一種緊湊的混合動(dòng)力車橋模式方案,通過去除輸入變速器級(jí)和傘齒輪傳動(dòng)獲得了一種P4結(jié)構(gòu)型式的獨(dú)立電動(dòng)車橋，由此獲得的附加牽引力能提高功率車輛的動(dòng)力性能。

1 小批量的特殊性

汽車有害物和排放法規(guī)推動(dòng)了汽車制造商加速其產(chǎn)品的電氣化，高功率車輛原始設(shè)備制造商（OEM）甚至開始利用出口車輛和高檔車型以實(shí)現(xiàn)電氣化。這種電氣化將被部分制造商視作是既可提高車輛性能同時(shí)又能實(shí)現(xiàn)環(huán)保的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。

這就意味著，將電驅(qū)動(dòng)裝置裝備到轎車上并不會(huì)妨礙僅使用內(nèi)燃機(jī)時(shí)的行駛功率，而且根據(jù)行駛模式的不同在局部較少有害物排放的情況下仍能提高可利用的功率、駕駛樂趣和動(dòng)力性能。但是，此類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并非是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的任務(wù)，因?yàn)榛旌蟿?dòng)力系統(tǒng)的組成部分（蓄電池、逆變器和電機(jī)）會(huì)影響到車輛總質(zhì)量，從而影響到動(dòng)力性能和系統(tǒng)成本。

上述理由對(duì)于較小和中等生產(chǎn)批量的高功率車輛而言則更為重要，此外需盡量利用標(biāo)準(zhǔn)行駛模式系列與混合動(dòng)力行駛模式之間的協(xié)調(diào)效應(yīng)，以便將成本和投資降低到最低程度，因此在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)組件的模塊化起著關(guān)鍵作用。

2 混合動(dòng)力方案

Oerlikon Graziano公司憑借其在變速器生產(chǎn)方面的優(yōu)勢(shì)和經(jīng)驗(yàn)，與內(nèi)部OGeco變速器開發(fā)項(xiàng)目一同以高效可靠變速器的理念進(jìn)行電氣化開發(fā)。對(duì)不同混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行分析后，選擇了一種多檔P3布置方式作為最佳的解決方案，并采用電氣化使驅(qū)動(dòng)功率最大化。在與損耗較低的機(jī)械式變速器系統(tǒng)相組合的情況下，這種方案尤其在純電動(dòng)車（BEV）行駛模式和混合動(dòng)力行駛模式時(shí)具有顯著優(yōu)勢(shì)。一個(gè)P3模塊集成在自動(dòng)化手動(dòng)變速器中，以此可使系統(tǒng)效率最大化，并相對(duì)于自動(dòng)變速器（AT-自動(dòng)變速器和DKG-雙離合器變速器）降低了其機(jī)械復(fù)雜性和系統(tǒng)質(zhì)量。

在OGeco變速器開發(fā)期間，曾將P2和P3布置方式在HiL試驗(yàn)臺(tái)（硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)臺(tái)）上進(jìn)行過比較，P3布置方式顯示出明顯的效率優(yōu)勢(shì)。試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)在世界統(tǒng)一的輕型車試驗(yàn)循環(huán)（WLTC）中以電驅(qū)動(dòng)方式行駛時(shí)，P3布置方式具有高達(dá)8%的節(jié)能效果。

Oerlikon Graziano公司憑借早先的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)開發(fā)了一種具有專利的P3混合動(dòng)力傳動(dòng)總成，如圖1和圖2所示的緊湊的混合動(dòng)力車橋模塊。這種產(chǎn)品首先由一個(gè)通過內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的變速器輸入單元組成，最后則為差速器中的一個(gè)傘型齒輪組，然后常規(guī)變速器的從動(dòng)端通過傳動(dòng)軸與Oerlikon Graziano后橋混合動(dòng)力模塊的傳動(dòng)法蘭相連接。

圖1 P3混合動(dòng)力傳動(dòng)總成剖視圖

圖2 P3混合動(dòng)力傳動(dòng)總成

（a）兩檔后橋混合動(dòng)力模塊及其組成部分；

（b）在車輛上的安裝位置

通過一個(gè)前置齒輪級(jí)將力傳遞到差速器小齒輪級(jí)，其能附加一個(gè)傳動(dòng)比，并具有結(jié)構(gòu)空間的靈活性，最后通過傘型齒輪組將扭矩傳輸?shù)讲钏倨鳉んw上，在該部位由可接通至差速器的電驅(qū)動(dòng)單元獲得可用于整個(gè)集成系統(tǒng)的混合動(dòng)力性能，以此即可通過一個(gè)半軸將空心軸結(jié)構(gòu)型式的同心布置電機(jī)連接到車輪。

通過去除輸入變速器級(jí)和傘齒輪傳動(dòng)即可獲得一種P4結(jié)構(gòu)型式的獨(dú)立電動(dòng)車橋，此類結(jié)構(gòu)型式能靈活地應(yīng)用于汽車的前橋和后橋,這種靈活性使得不同的組合能用作P3混合動(dòng)力、P4“直通車輪”的混合動(dòng)力或者具有1～2個(gè)電驅(qū)裝置的BEV結(jié)構(gòu)型式。

通過該方式裝配的車橋成為混合動(dòng)力模塊的基礎(chǔ)，可在相同的結(jié)構(gòu)空間內(nèi)選配Oerlikon Graziano電調(diào)節(jié)自鎖差速器（eLSD）、機(jī)械式自鎖差速器或敞開式差速器（標(biāo)準(zhǔn)）。應(yīng)用eLSD（圖3）將必需的差速器功能與提高行駛功率以及附加的牽引力調(diào)節(jié)用于全電動(dòng)和混合動(dòng)力方式的高行駛性能體驗(yàn)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。

圖3 提高行駛功率的電調(diào)節(jié)自鎖差速器（eLSD）

在離合器脫開和接合的情況下，在小于100 ms的操作時(shí)間內(nèi)eLSD具有高達(dá)2500 N·m的鎖緊力矩，因此適用于高功率車輛。

這種選擇方式在選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)能使其尺寸在一定限度范圍內(nèi)變化，從而在可供使用的車輛結(jié)構(gòu)空間內(nèi)為電驅(qū)裝置選擇不同的功率等級(jí)。電機(jī)直接通過一個(gè)行星齒輪組連接到差速器殼體，從而避免使用傘型齒輪進(jìn)行傳動(dòng)并可獲得更高的效率。此外，此處所介紹的兩檔結(jié)構(gòu)型式可實(shí)現(xiàn)較大的行駛速度范圍。

在最小的結(jié)構(gòu)空間內(nèi)和電機(jī)轉(zhuǎn)速高達(dá)18 000 r/min的情況下，兩級(jí)連接結(jié)構(gòu)型式的行星齒輪組可在電機(jī)與齒輪間獲得較大的傳動(dòng)比，此外還能在寬廣的扭矩-轉(zhuǎn)速特性曲線場(chǎng)范圍內(nèi)獲得兩種可選的傳動(dòng)比，根據(jù)目標(biāo)車輛和行駛狀況可實(shí)現(xiàn)更高的效率。圖4示出了所使用的行星齒輪組。

圖4 用于電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速高達(dá)18 000 r/min的兩檔變速器行星齒輪組

換擋過程是基于一個(gè)爪齒離合器，其中換擋接合套筒由一個(gè)液壓?jiǎn)卧倏v并從空運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)入檔位，此時(shí)的檔位通過電機(jī)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)同步，整個(gè)換擋時(shí)間通常小于100 ms。圖5作為例子示出了一個(gè)換檔過程，其中換檔時(shí)間的典型數(shù)值要求是從空擋換到第一檔小于70 ms，而從第一檔換到第二檔小于90 ms。由于系統(tǒng)要求和設(shè)計(jì)的原因，需在行駛速度超過150 km/h時(shí)才進(jìn)行換檔操作，以此可在WLTC循環(huán)行駛時(shí)實(shí)現(xiàn)無需換檔的操作過程。

圖5 典型換擋過程示意圖——在小于100 ms的整個(gè)換擋時(shí)間內(nèi)從1點(diǎn)至5點(diǎn)

這種設(shè)計(jì)方案的一個(gè)特點(diǎn)是其緊湊的結(jié)構(gòu)型式，其允許在車身后車架橫梁之間安裝整個(gè)混合動(dòng)力模塊，而無需調(diào)整常規(guī)的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)（內(nèi)燃機(jī)、變速器或萬向節(jié)軸），以此可利用P3混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)型式的所有優(yōu)點(diǎn)，包括提高從電機(jī)至車輪的傳動(dòng)效率以及在較低的行駛速度和常規(guī)變速器較高檔位時(shí)實(shí)施較大功率電助力的可能性。P3混合動(dòng)力方式與內(nèi)燃機(jī)主變速器無關(guān)，與電動(dòng)加力扭矩的P2混合動(dòng)力方式相比具有顯著優(yōu)勢(shì)，因含有電驅(qū)動(dòng)裝置因而常規(guī)變速器組成部分不會(huì)出現(xiàn)超負(fù)荷現(xiàn)象。為此，圖6示出了P2與P3混合動(dòng)力方式的比較，其中可以清楚地看出，由于內(nèi)燃機(jī)變速器的獨(dú)立性，在混合動(dòng)力車行駛速度較低的情況下電助力仍占有較高比例。

圖6 整個(gè)行駛速度范圍內(nèi)P2與P3混合動(dòng)力

方式在較高檔位時(shí)車輪上扭矩的比較

從駕駛靈活性來看，關(guān)系到車輪扭矩可用性的電助力功能的優(yōu)勢(shì)是較為明顯的，因?yàn)樵诩铀俸蛽Q低檔操作時(shí)可放棄在主變速器中向較低檔位的換擋過程。

更受關(guān)注的性能是通過電動(dòng)行駛和組合行駛降低排放以及獨(dú)立回收動(dòng)力學(xué)能量或者根據(jù)行駛策略調(diào)節(jié)充電狀況，其外形尺寸也較為緊湊。第一臺(tái)P3混合動(dòng)力模塊樣機(jī)（圖7）僅用十個(gè)月就完成了開發(fā)、裝配、試驗(yàn)，并交付使用，成功地支持了該系統(tǒng)在車輛上的應(yīng)用。

圖7 外形尺寸緊湊的P3混合動(dòng)力模塊

第一臺(tái)樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)

3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

這種混合動(dòng)力模塊的每個(gè)液壓?jiǎn)卧佳b備了一個(gè)控制器，以便實(shí)現(xiàn)其各自的換擋控制管理功能和較高的功率密度。尤其是需要重點(diǎn)關(guān)注結(jié)構(gòu)空間較小的問題，因此在設(shè)計(jì)液壓?jiǎn)卧獣r(shí)成功地取消了蓄壓器，但在換擋時(shí)仍能確保較短的執(zhí)行時(shí)間和必要的精度。

液壓?jiǎn)卧蔁o刷直流電機(jī)帶動(dòng)齒輪泵供應(yīng)壓力油,并通過調(diào)節(jié)閥來控制工作壓力油循環(huán)?；跓o刷直流電機(jī)的設(shè)計(jì)，油泵能以100%工作循環(huán)（持續(xù)）運(yùn)行，從而在換擋時(shí)能無滯后地按需給液壓工作活塞供應(yīng)壓力油，而無需等待電機(jī)加速過程，因?yàn)殡姍C(jī)始終在保持運(yùn)轉(zhuǎn)。通過該設(shè)計(jì)方式，液壓系統(tǒng)即獲得了出色的動(dòng)力學(xué)性能，如壓力調(diào)節(jié)閥即可根據(jù)差速器功能和所要傳遞的鎖定扭矩調(diào)節(jié)電自鎖差速器（eLSD）活塞上的壓力。

4 選用功能

根據(jù)技術(shù)規(guī)格的不同，在混合動(dòng)力模塊中也能集成由Oerlikon Graziano公司開發(fā)和驗(yàn)證的停車鎖定系統(tǒng)，其中系統(tǒng)的控制也可通過已有的液壓?jiǎn)卧獊韴?zhí)行。

作為其他系統(tǒng)模塊，不可不提的是用于變速器冷卻的熱管理系統(tǒng)，其能根據(jù)車輛的技術(shù)規(guī)格和使用情況調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)的溫度。若車輛裝備該系統(tǒng)，那么在混合動(dòng)力模塊上需安裝一個(gè)油水熱交換器，與電機(jī)的冷卻循環(huán)回路相連接，而無需附加接頭連接至車輛的冷卻循環(huán)回路。

5 結(jié)語

由Oerlikon Graziano公司新開發(fā)的后橋混合動(dòng)力模塊可用于P3和P4結(jié)構(gòu)方式，為汽車電氣化提供了一個(gè)功率密度高、結(jié)構(gòu)緊湊、外形尺寸輕小并具有全混合動(dòng)力功能的解決方案。此類高效的動(dòng)力傳動(dòng)總成適于實(shí)現(xiàn)P3功能，并配裝有主動(dòng)自鎖差速器。該系統(tǒng)為汽車制造商提供了合適的模塊，可獲得功率強(qiáng)勁的傳動(dòng)系統(tǒng)而無需在實(shí)際行駛功率方面進(jìn)行折中。