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凯美瑞双擎车电子无级变速器详解
2020-03-15 22:46:55· 来源：EDC电驱未来
该车安装了丰田第四代混合动力系统（THS-Ⅳ），主要由混合动力车专用发动机、电子无级变速器（E-CVT）、动力电池及动力控制单元PCU等组成。下文对该车安装的型号
该车安装了丰田第四代混合动力系统（THS-Ⅳ），主要由混合动力车专用发动机、电子无级变速器（E-CVT）、动力电池及动力控制单元PCU等组成。下文对该车安装的型号为P710 ECV-T结构及工作原理进行详细介绍。
1 E-CVT结构
第八代凯美瑞双擎车安装的E-CVT，型号为P710，主要由变速器外壳、扭转减振器、动力分配行星齿轮机构及复合齿轮、发电机MG1、驱动电机MG2、中间轴齿轮、减速齿轮、差速器齿轮机构及油泵等组成，如图1所示。
图1 E-CVT组成结构示意图
P710 E-CVT与丰田前三代混动车用变速器的三轴结构不同，现为四轴结构。动力分配行星齿轮机构、油泵和发电机MG1安装在主轴上；驱动电机MG2及MG2减速齿轮安装在第二轴上；中间轴从动齿轮和减速主动齿轮安装在第三轴上；减速从动齿轮和差速器齿轮机构安装在第四轴上。通过将发电机MG1、驱动电机MG2的不同轴布置，大大缩短了传动桥的整体长度。采用了由动力分配行星齿轮的齿圈、中间轴主动齿轮和驻车锁定齿轮的齿圈组成的复合齿轮，大大缩小了尺寸并减轻了质量。通过使用高精度加工轮齿表面、低损耗轴承，降低了驱动损失，从而有助于改善燃油经济性并减少噪音。该变速器采用余摆线齿轮型油泵通过飞溅润滑方式对齿轮系进行润滑，同时对发电机MG1和驱动电机MG2进行冷却。
1.1 扭转减振器
混合动力车在行驶中，发动机可能会频繁起动，将产生较大的扭转振动，而E-CVT中又取消了传统的液力变矩器，为减少传动系统的扭转振动，提高可靠性以及驾乘的舒适性，在发动机的飞轮与变速器之间安装了扭转减振器（图2）。
图2 扭转减振器
扭转减振器由螺旋弹簧、扭矩限制器、转矩波动吸能装置及内花键鼓等组成。由干式摩擦材料制成的转矩限制器可防止传输到变速器的扭矩过载；双级转矩波动吸能装置可降低发动机转速波动，从而在发动机起动和停止时，降低噪音并减少冲击；内花键鼓通过花键连接与变速器的输入轴连接，将发动机的动力输入变速器。
1.2 动力分配行星齿轮机构及复合齿轮
P710 E-CVT的动力传递原理如图3所示。各齿轮齿数见表1所列。
动力分配行星齿轮机构为单行星排结构，其中，太阳轮与发电机MG1连接，行星架与发动机连接，齿圈集成在复合齿轮上，复合齿轮上集成了动力分配行星齿轮的齿圈、中间轴主动齿轮和驻车锁止齿轮（图4）。
图3 E-CVT动力传递原理示意图
表1 各齿轮齿数
图4 动力分配行星齿轮及复合齿轮机构
发动机输出动力通过动力分配行星齿轮机构可以驱动车轮和驱动发电机MG1发电。发电机MG1旋转驱动发动机起动时，发电机MG1作为起动机运行。
驱动电机MG2输出动力经过减速齿轮、中间轴从动齿轮、减速主动齿轮、减速从动齿轮、差速器壳、半轴齿轮及半轴等驱动车辆行驶。
1.3 发电机MG1及驱动电机MG2
发电机MG1、驱动电机MG2均为结构紧凑、轻量化的三相永磁同步电机。驱动电机MG2的最大输出功率为88 kW、最大扭矩为202 N·m，整个混合动力系统最大输出功率为160 kW。驱动电机MG2作为附加动力源与发动机协同工作（混合驱动）或独立驱动车辆（纯电驱动）。在车辆滑行或制动时，驱动电机MG2作为发电机使用，回收能量。发电机MG1为镍氢电池充电并提供电能用于驱动MG2，发电机MG1还可作为起动机用于启动发动机。
为实现对发电机MG1、驱动电机MG2的矢量控制，需精确测量电机的转速、转向及位置。因此，设置了电机转角传感器。电机转角传感器由定子、凸圆形转子等组成。定子上安装了励磁绕组、正弦绕组及余弦绕组等三个绕组。椭圆形转子随电机轴同步旋转。当电机转动时，椭圆形转子与定子之间的间隙随转子旋转而变化，正弦绕组、余弦绕组的输出波形峰值随转子位置而同步变化。电机控制器根据正弦绕组、余弦绕组的差值计算转子的位置，根据正弦绕组、余弦绕组的相位差确定旋转方向，根据单位时间内转子角度的变化计算转子的转速。
发电机MG1、驱动电机MG2上均安装了电机温度传感器，用于检测电机定子的温度。
1.4 油泵
采用余摆线齿轮型油泵，以飞溅润滑方式来润滑各齿轮系。油泵由发动机直接驱动，当发动机运行时，油泵转动，可润滑齿轮系并冷却电机，以提高润滑效率和冷却性能。此外，采用减压阀以防油泵产生不必要的高压，从而减少油泵驱动的功率损失（图5）。
图5 油泵
2 ECV-T工作原理
2.1 高压起动发动机
凯美瑞双擎车安装了无钥匙进入和起动系统。车辆停止，当镍氢电池电量正常时，踩下制动踏板、按下“POWER”按钮，待仪表上的“READY”绿灯亮起，挂上“D”或“R”挡，松开制动踏板，车辆将以纯电驱动行驶。车辆停止，若电量低于正常值时，起动发动机，镍氢电池为发电机MG1供电，MG1作为起动机工作，MG1通过太阳轮带动行星架起动发动机，如图6所示。车辆行驶中，发动机的起动也是由发电机MG1驱动来实现的。
图6 镍氢电池电量充足时发动机动力传递路线
发动机起动后，若镍氢电池剩余电量SOC低于固定值，则发动机驱动发电机MG1为镍氢电池充电，如图7所示。
图7 SOC低时MG1发电
2.2 纯电驱动
当镍氢电池电量充足，挂前进D挡时，驱动电机MG2驱动车辆原地起步及行驶，如图8所示。此时，发动机停止、发电机MG1转动但不发电。若挂R挡时，与D挡行驶比较，只需改变驱动电机MG2的转动方向即可，如图9所示。
图8 前进挡纯电驱动路线
图9 倒挡纯电驱动路线
2.3 发动机、驱动电机MG2混合驱动
纯电行驶中，若镍氢电池的剩余电量SOC低于设定值时，发动机起动后再驱动发动机MG1发电，为驱动电机MG2工作提供补充电能。此时，发动机通过行星架将发动机动力输出给齿圈（复合齿轮）后再传给中间轴从动齿轮，同时驱动电机MG2将其动力经过驱动电机MG2减速齿轮后也传给中间轴从动齿轮（图10），上述两个动力共同用于驱动车轮。
2.4 制动、滑行时回收能量
车辆行驶中，当踩下制动踏板制动或松开加速踏板车辆滑行时，发动机停止转动，利用车辆的惯性力，驱动电机MG2转动，驱动电机MG2作为发电机运行而回收能量，并向镍氢电池充电（图11）。
图10 混合动力驱动路线
图11 滑行、制动时回收能量
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