克莱斯勒Pacifica车型-eFlite混合动力专用变速器

eFlite混合动力变速器，包含了1台传统内燃机、1台电驱变速器，同时包含1个高压电池包，在纯电动模式下可提供强劲的电能。

eFlite配备有动力分离装置的电控可变前驱驱动桥结构，该平台构架优化了整车性能、燃油经济性、整机质量、布置及振动－噪声－平顺性（NVH）性能。该电动可变变速器采用单行星齿轮输入结构，省去了换档离合器和复杂的液压控制系统。

eFlite变速器包含2台永磁交流电机，2台电机均可用作驱动电机，同时也可用作发电机使用（电机A由发动机驱动并进行发电）。2台电机采用四轴相切布置，减少整车的横向宽度。

动力逆变器模块集成于驱动桥结构中，该结构减少了高压线束，降低成本，提升效率，同时优化了整机质量和布置。整车和动力总成目标如下：

（1）电控结构，可灵活应用于多用途汽车（MPV），具备优异的驾驶性与整车性能；

（2）纯电动模式续航里程可达33mile；

（3）油耗84mile／gal；

（4）灵活应用于多种整车平台及发动机平台。

1 基本结构＆技术规范

动力传递路径图（图1）展示了eFlite变速器关键零部件和子系统，以及Pacifica混合动力的多种不同运行模式。电机B是主驱动电机，直接与输出端耦合，电机A是动力分离行星齿轮组中的太阳齿轮。


图1 eFlite变速器组件动力路径传递图

1．1 混合动力汽车（HEV）运行模式

该架构由1个输入行星齿轮组组成，将发动机输出的动力（齿轮架）分成2路进行传递，分别为机械传动路径（齿圈）和电动发电机A的电传动路径（太阳齿轮）。在电动发电机A（太阳齿轮）的作用下，发动机的机械功通过齿轮架进行传递，同时产生电能。电动发电机A的转速及扭矩均可按需进行调节，优化了整车性能和燃油经济性。

1．2 电动汽车（EV）运行模式

eFlite变速器在输入端集成1个单向离合器，对动力分离齿轮架产生反作用力矩，因此在纯电动运行模式下，电机A就转换成了1个驱动电机。

2 eFlite变速器的驱动模式

eFlite变速器有4种主要的驱动模式：EV前进、EV倒车、HEV前进和起动－停止模式。

2．1 EV前进模式

图2所示，电机A、电机B单独或同时驱动整车，单向离合器通过反作用力固定行星齿轮架，使电机A输出的动力直接传递至齿圈。电机B通过差速器有直接传递路径。


图2 EV前进模式

2．2 EV倒车模式

由图3所示，在EV倒车模式中电机B直接驱动整车，电机B通过差速器具有直接传递路径。

2．3 EV前进模式

图4所示，发动机和电机B共同驱动整车，电机A反作用于发动机，使发动机输出动力通过行星齿轮架传递，电机B通过差速器具有直接传递路径。

2．4 起动－停止模式

图5所示，电机A直接驱动单向离合器自由轮起动整车，电机B输出功反作用于齿圈上，确保起动平稳。另外，在HEV或EV工作模式下，在滑行和制动工况下，电机B都将给蓄电池充电。在HEV工作模式下，发动机通过电机A给电池充电。


图3 EV倒车模式


图4 HEV前进模式


图5 发动机起动模式

另外，图6展示了eFlite变速器外形结构，图7和图8展示了总体变速器外形尺寸及与TorqueFlite前驱9速变速器对比，图9变速器横截面图中包含主要零部件和子系统，图10表示eFlite变速器齿轮系统。


图6 eFlite变速器总成


图7 eFlite变速器外形尺寸


图8 TorqueFlite前驱9速变速器外形尺寸


图9 eFlite变速器横截面图

3 eFlite的性能优化

3．1 性能和效率

eFlite变速器采用了1个电子机油泵（图11）及球型轴承结构（图12），省去了换档离合器和复杂的液压控制系统，提升传动效率，减少了质量并缩小了外形尺寸，确保其能安装于中等车型上（如Pacifica）。


图10 eFlite变速器齿轮系统


图11 eFlite变速器机械和电子机油泵


图12 提升效率的球轴承结构

eFlite变速器采用低油压设计，使用1个储液器（图13），确保最优的润滑油液位高度，减少齿轮系统摩擦损失，并满足冷却和润滑需求。

相比于传统的内燃机动力系统，Pacifica混合动力系统上这些变速器零部件和新技术的开发和应用，在城市工况下油耗可降低13mile／gal，在高速工况下油耗可降低5mile／gal。

表1和表2展示了Pacifica混合动力与传统内燃机应用的性能竞争优势，同时通过动力分离行星齿轮组优化了变速器的速比。


图13 润滑系统原理图

表1 eFlite与948TE变速器技术对比

表2 eFlite变速器齿轮数


3．2 NVH

为提升eFlite变速器的NVH性能，美国克莱斯勒－菲亚特工程团队开展了2项重要的设计优化。如图14所示，在转子B表面增加了切槽且增加了转子到定子的距离以减小旋转力矩。图15展示了在变速箱壳体内、外部都增加了加强筋。图16展示了电机和机构优化所获得的NVH提升效果。


图14 电机B空隙和狭槽的变化

图15 变速箱壳体内外表面增加加强筋


图16 48阶噪声优化及峰值－峰值扭矩

为了优化发动机低转速时的NVH性能，美国克莱斯勒－菲亚特工程团队在硬件设计和控制采用了2项关键设计策略：通过大量试验，对关键扭转减振器／飞轮特性进行优化，包含弹簧刚度、迟滞窗口角和转动惯量；使电机控制策略就位，以避免过快通过电机B零转矩工作区（图17）。图18展示了峰值转矩到峰值转矩的调整是如何实现的。


图17 电机控制策略及单向离合器


图18 扭矩限制离合器

3．3 其他关键子系统和特征

eFlite变速器的关键子系统主要包含单向离合器、扭矩限制离合器、电子驻车系统及机械和电子机油泵。以下是各个系统的描述和功能介绍。

（1）单向离合器自由轮转向与发动机转向一致，可起动发动机，同时反作用于发动机上，通过行星齿轮组的作用以传输发动机动力。在纯电动模式下，单向离合器反向锁止，确保电机A作为驱动电机使用，并防止发动机出现倒拖现象。

（2）扭矩限制离合器是1个摩擦离合器单元，其可一直传递高达7 000N的作用力，扭矩范围为520～664N·m，限扭离合器主要用来在峰值扭矩超出扭矩限制时保护机械零部件。

（3）eFlite变速器包含1个电控的驻车电磁阀（图19），该电磁阀系统减少了硬件的复杂性，并提升了整车的结构布置效果。


图19 电控驻车电磁阀

4 总结

eFlite变速器是Pacifica混合动力推进系统的内部零部件，实现了汽车和动力总成的灵活性、驾驶性、实车运行性能、温室气体和燃油消耗率目标。eFlite变速器结构及其关键子系统可灵活应用于紧凑型及中型车上，另外，目前已经在克莱斯勒Pacifica上量产。

美国菲亚特－克莱斯勒团队指出，未来采用eFlite混合动力变速器或者类似的电驱系统的混合动力汽车将会协同增长。