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EODI润滑油|四大自主混动专用DHT架构详解
2023年12月12日 产品中心
技术参数

  电气化呈高速发展形态趋势,但内燃机的动力系统依然占据绝对份额,发动机+变速箱电气化成为必然的技术选择。

  如表1所示,国内较为主流的混动技术系统架构,从表中能够正常的看到,比亚迪的DM-i与吉利雷神动力、奇瑞鲲鹏动力采用的是液压模块(包含电磁阀),但这种结构往往对零部件的清洁度敏感且对于电控系统要具备充阀策略及充阀策略的时机都有必要进行考量,相比长城的柠檬混动系统而言,敏感性高且过程控制稳定性较差且混动系统具备液压换挡与液压驻车下的整箱成本较高。

  2021年是国内车企混动技术遍地开花之年,比亚迪、吉利、奇瑞、长城等车企陆续推出了各自的双电机混动技术并以此来支撑后续十几年的销量;技术参数如表2所示。

  为此特意梳理了比亚迪四代插混技术发展历史,并与其它车企横向对比,个人觉得DM-i实现超低油耗、超长续航、更低成本,以目前的销量来看,的确是超出市场的预期。比亚迪自2008年至今,混动技术共发展出4代,如下所示。

  DM1:2008年上市,侧重节能,采用P1+P3与本田的P2+P3架构类似的混联。比亚迪这一方案行驶工况与混动车相似,整体方案侧重节能。搭载的车型是F3 DM。

  DM2:2013年上市,转向侧重动力,只保留了单P3并联架构。第二代插混电机功率从75kW提高到110kW。且DM2的燃油发动机用DCT速比范围较宽,可适配不同发动机、不同车型,满足多种工况需求。但并联架构缺乏“增程式”工况,整体节油能力偏弱。首款搭载的车型是秦DM。

  DM3:2018年上市,增加P0伺服电机,动力提升强劲。第三代插混在保留了第二代动力性优势基础上,加入高功率、高电压P0伺服电机(一个伺服电机功率达到了25kW,超过了部分A00级电动车电机),提升了动力性、平顺性,并提供了P3+P4的四驱方案。虽然DM3也是混联,但由于发电机P0功率仅25kW较低,因此实际行驶中并联工况仍然居多。代表车型是第二代唐DM,全车动力由2.0T发动机+总功率高达495kW的三个电机提供。

  DM4:2021年上市,分为DM-p、DM-i两种方案,分别主打动力、节能,其中DM-i节能方案生产所带来的成本明显降低。第四代DM-i的架构方案是P2+P3,P2电机发电,P3电机专门驱动。DM-i绝对没变速箱,只有结构相对比较简单的直驱离合器,电机配合的也是单挡减速器(3-5个齿轮片与发动机嵌套),较第三代机械机构更简化。发动机效率由此前38%提高到43%,更节油。动力电池由三元电池改为磷酸铁锂刀片电池,成本更低。

  比亚迪的DM-i的混动技术系统共有4种模式(电驱、混动、发动机模式、怠速充电模式),如图1所示,与本田的i-MMD技术就传动系统来看仅仅是驱动电机与发电机的布置形式不一致(本田为同轴布置,比亚迪为平行轴布置),其余结构一致且很多结构在以往的本田箱型都有体现,这里就不一一赘述了。

  如图2所示,比亚迪的箱子整体布置形式采用的本田i-MMD系统布置形式,外壳表面油路清晰,能很清晰明白其设计意图,声学包裹仅在控制器上方与侧面进行覆盖,其余地方未见。

  如图3所示,离合器内腔的润滑系统基本参照本田的MT的润滑思路(分层润滑),通气塞腔基本与本田的结构一致,驱动电机轴油孔与发电机轴油孔为同一油路。

  如图5所示,开放式差速器,采用12颗螺栓做固定,半轴齿轮垫片为非预紧式传统结构。

  如图6所示,通常过滤器与机械泵或电子泵往往布置在一起;油液经过滤器、机械油泵,在经液压模块、吸滤器,流经需求润滑的地方(离合器、轴齿、轴承)。

  如图7所示,两个机械油泵集成在阀体总成内,均为摆线齿),两油泵尺寸、大小一致,内转子为主动、外转子从动,内转子有内花键,用以与驱动轴花键配合。两个油泵共用一个吸油腔,从不同出油腔给阀体供油。油泵内、外转子均为粉末冶金制作,表面ST处理,两端面磨削。

  液压模块主体由两块阀体和一个中间阀板组成,由13个螺栓连接、两个定位销作安装定位。两块阀体均为铝制压铸件(表面采用阳极氧化处理),中间阀板为冲压件;该液压模块设计有两个电磁阀(控制主油压电磁阀、控制管理系统润滑流量电磁阀、控制离合器电磁阀),如图8、图9所示。

  如图10所示,油泵安装孔下端设计有导柱与弹簧,最大的作用为抑制油压波动所产生的噪声。

  如图11所示,驱动电机侧的传动系统比较有特点,输入轴采用三轴承布置形式(驱动电机为两轴承支撑,输入轴右端采用SKF球轴承支撑,轴向以轴承挡板限位);中间轴采用NSK的锥轴承支撑,轴向采用卡环限位。

  如图12、图13所示,发电机侧的传动系统与驱动电机侧的传动系统支撑形式基本一致,输入轴采用三轴承布置形式;发动机输入轴设计有湿式离合器(内毂联结发电机的输入轴,外毂联结输出端,油路通过与壳体接触的密封圈进入输入轴内孔,输入轴内孔设计有内油道进行离合器的压紧与脱开)。

  如图14所示,转子润滑采用类似Tesla的润滑结构,只是针对驱动/发电机的端部绕组进行润滑,未对转子铁心内部进行润滑,这种润滑方式在当下已无技术优势。

  如图15所示,控制器总成主要由箱体、IGBT、霍尔、散热水道、母线电容、滤波电容、控制板、驱动板、三相包塑组件、线束、升压模块、被动放电电阻、温度传感器等构成;内部集成DCDC模块、采用升压模块。

  吉利汽车的混动系统共计发展了2代,第一代是基于双离合器自动变速器的DCT(P2.5)混动技术;第二代为雷神动力,为吉利汽车真正意义上的双电机混动技术系统。

  第二代雷神智擎Hi•X搭载的DHT Pro变速器是首创的三挡混动电驱系统,最大输出扭矩4920N·m,扭质比41Nm/kg,是目前为止扭质比最高、布置最紧凑、工作模式最智能的混动专用变速器。

  此外,借助于功率分流装置,DHT Pro变速器还能轻松实现纯电、串联、并联多达20种驱动模式,这其中超低速并联直驱堪称是雷神智擎Hi•X混合系统的“看家本领”。在时速20km以上就可以进入并联模式,而当前市面上的日系混动车要进入该模式,车速至少要达到40km/h。

  雷神动力的混动架构可以分成四部分所组成:P2驱动电机、拉式双排行星系、四组离合器、P1发电机等组成。

  雷神动力的混动变速器采用两个同轴单排行星系统,通过激光焊接的工艺实现,并将其组合在一起(S2行星系的行星架为S1的齿圈,S1的行星架为S2的齿圈,S1的齿圈为中间轴的扭矩传递路径;B1制动器为S1行星系制动器,B2为S2太阳轮的制动器,C3为S1与S2的制动器),采用两个行星排(S1与S2)、2个离合器、2个制动器实现3个挡位,进入并联工况的最低车速更低,空间布置更加紧凑,但结构较为复杂,可靠性降低,传动效率偏低,存在换挡冲击的潜在风险,如图17所示。

  如图18所示,与其他混动系统的不同之处在于,“雷神动力”的发动机、发电机以及驱动电机都能够正常的使用3挡。由于相比于其它混动系统,吉利混动的驱动电机多了使用3挡变速箱的能力,因此在这套混动的纯电行驶工况下,负责驱动车辆的驱动电机就能够准确的通过车速来选择挡位,进而达到降低驱动电机电耗的目的了。不仅如此,在车辆的减速过程中,驱动电机还能利用三个挡位中满足当前时速的最低挡位来放大电机扭矩,进而达到更强的动能回收效率。

  1st:B1制动器闭合(B2与C3打开;B1锁住S1行星系的行星架(因S1的行星架与S2的齿圈为同一个,故间接锁住S2行星系的齿圈),P2的动力扭矩经S2行星系的太阳轮,由行星架输出,从而形成1st速比),如图19所示;

  2nd:B2制动器闭合(B1与C3打开;B2锁住S1行星系的太阳轮),因S2的行星架为S1的齿圈,P2的动力扭矩经S2行星系的太阳轮,由行星架输出,从而形成2nd速比,如图20所示;

  3rd:C3制动器闭合(B1与B2打开;C3直接锁住S1与S2行星系的太阳轮),S1与S2为同转速,速比逐步降低,从而形成3rd速比,如图21所示;

  P1作为雷神动力系统发动机的发电机,同时实现借用S1与S2的双排行星系作为其挡位使用,因P1发电机会直联发动机,故其转速不高;基于图18所示,C3离合器会将P1与P2联结,故而P2与P1的转速基本一致;C0离合器做为实现串联模式、并联模式的传递媒介。

  (1)EV模式:C0离合器打开,通过S1与S2的行星系实现3挡速比的输出;

  (2)串联模式:C0离合器打开,通过P1启动ICE,并将多余的电量存进电池包,实现串联模式;

  (3)混动模式:C0离合器闭合,就可以实现并联工作模式(P2与ICE、P1共同驱动);

  如图22、图23所示,P1为双输入轴结构,同时双输入轴均联接S1与S2的太阳轮,B1\B2为传统DCT的嵌套式结构,C3与C0嵌套P1发电机内腔,实现更短的轴向尺寸;S1与S2的行星轮轴系通过中联板固定在离合器壳体上。

  驱动电机/发电机的润滑系统采用“环抱性”方式(P2驱动电机与P1的发电机润滑机构一致),如图24所示,此润滑结构与现主流的冷却方式相差不多,且是目前最优的冷却形式,与比亚迪的DM-i冷却系统基本一致。

  如图25所示,雷神动力的冷却/润滑油路相对简单;P2 Cooling与P1 Cooling与液压模块采用O型圈的结构;轴承处的润滑采用壳体油路,实现了轴心润滑的思路。

  如图26所示,整套系统采取了液压方式实现驻车、离合器、电机的控制;液压控制单元可实现60bar的压力;离合器的拖曳扭矩在2000rpm下可实现0.3Nm;电子泵采用12V、480W的参数,最大能耗在55W。

  奇瑞鲲鹏动力DHT采用了双离合器变速箱的经典结构,简化为三挡变速箱,搭载P2发电机和P2.5驱动电机形成深度混合动力变速箱;EM1发电机与发动机同轴连接,中间通过C1离合器断开;P2.5驱动电机平行布置,通过减速齿轮介入动力,三挡双离合齿轴结构为关键传动部件。两个电机控制器集成在动力总成上方。采用电子泵和机械泵为总系统提供压力和润滑,采取了液压缸实现1挡与3挡的切换,如图27、图28、图29所示。

  该混动系统包括发动机、P2电机、P2.5电机、双电机控制器、3个离合器、一个同步器、三组挡位齿轮和其他传动部件。

  结构介绍:采用同步器换挡结构,布置在输出轴上。P2发电机的布置为同轴式三离合器布置,与大众的P2电机布置相同。P2.5驱动电机采用减速齿轮组与三挡齿轮连接介入动力,其介入方式同吉利汽车的第一代P2.5双离合混合动力变速箱一致。

  第一驱动电机和第二驱动电机各自有3个挡位,基于双电机组合多挡位混合箱有11个组合挡位,图下表5所示。为了更清楚地说明技术方案,见图30、图31、图32、图33、图34、图35、图36、图37、图38所示。

  图32 第三纯电动模式(左:1 中1:2 中2:3 右:4)能量传输示意图

  从2018年立项研发全新混动平台到2020年12月长城柠檬混动DHT系统发布亮相,长城汽车在新能源汽车产业上的布局逐步明晰,同样也预示着2021年注定是不平凡的一年(注:DHT100:驱动电机功率为100kW,扭矩为250Nm;DHT130:驱动电机功率为130kW,扭矩为300Nm),如图39所示。

  (1)DHT的轴系部分为平行布局,故此驱动电机能够最终靠减速齿轮连接至差速器,实现传动系统的动力直接输出,如图40所示。

  (2)发动机可通过一级齿轮减速直接与发电机联结,同时设置有控制发动机介入的湿式离合器,而湿式离合器则采用电子油泵控制;

  这套可实现两挡变速的机构,依靠同步器进行同步,这是与吉利汽车的雷神智擎Hi·X混动系统最大的不同之一。

  与同为定轴式结构的DHT一样,长城汽车柠檬混动DHT拥有最基本的四种模式,以及一种两挡直驱的特殊模式,如图42所示:

  (1)纯电模式:在低速工况下如市区拥挤路段,此时发动机处于低效率区间,所以不工作,而是由驱动电机TM直接驱动车轮;

  (2)串联模式:在低速工况下电池的电量不足时,由发动机驱动发电机为驱动电机提供动力,同时电机控制器控制功率流动,保证发动机处于高效工作区间,类似i-MMD混动系统的增程模式;

  (3)并联模式:应对急加速和高动力需求的状况,在发动机保持高效工作的同时,介入总的动力输出,而此时驱动电机则作为辅助动力;

  (4)动能回收模式:汽车减速制动工况下,驱动电机作为发电机将摩擦的能量进行回收,为动力电池充电;

  (5)发动机直驱模式:在中高速工况下,发动机理论上处于高效区间,而此时若采用串联模式则会出现整体传动效率降低的情况,此时利用柠檬混动DHT的2挡变速机构,则可以在时速大约40公里/时,让发动机介入,提升燃油经济性。长城汽车官方宣称可比单挡串并联架构的轮端力矩大1000N·m左右。

  长城DHT混动系统的两个挡位只能给发动机(ICE)和发电机(GM)使用,而驱动电机(TM)则直接绕过了2挡变速箱与车轮连接,也就是说,长城DHT混动中的驱动电机并不能享受到两个挡位带来的好处。

  (1)1.5L混动专用发动机+DHT100:动力系统功率140~170KW,主要使用在于A级车型;

  (2)1.5T混动专用发动机+DHT130:动力系统功率180~240kW,主要使用在于B级车型;

  (3)1.5T混动专用发动机+DHT130+P4电机:动力系统功率320kW,仅用于PHEV架构,主要使用在于C级车型。其中四驱车型的后桥P4电机,其输出功率为135kW(184PS),扭矩为233N·m,电机最高效率可超96%,总成质量75kg。

  通过调整前后桥扭矩分配(0:100~100:0),首先能调整车辆入弯整车姿态,提升整车操控稳定性,减少推头和甩尾出现的几率。此外官方宣称,通过这套四驱动力总成,可在干燥沥青路面实现60%~65%最大爬坡度,同时可实现雪路15%~18%的坡度爬升。

  通过前桥的DHT动力总成与后桥的P4电机相互协作,实现了全时四驱、适时四驱与发动机直驱等多种工作模式。比如在面对冰雪路面时则会进入全时四驱模式,前后「驱动电机」全力开启,最大限度利用地面附着力,防止打滑发生。

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