混合動力變速器的結(jié)構(gòu)特性與維修注意事項(xiàng)

◆文/河北 周曉飛

周曉飛河北石家莊市青年崗位能手。1998年開始在4S店學(xué)徒并從事一線維修工作數(shù)年，后自立門戶至今；期間做過汽車專利、出版多部圖書并獲獎；系中國質(zhì)檢協(xié)會機(jī)動車專委會委員、機(jī)工社汽車分社特約顧問、河北省汽車維修行業(yè)協(xié)會顧問等。

一、總體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

下述介紹的混合動力車輛上配置的變速器包括兩個電動機(jī)、三個行星齒輪組和四個片式離合器。變速器結(jié)構(gòu)剖面圖如圖1所示，變速器組如圖2所示。

圖1 變速器結(jié)構(gòu)剖面圖

圖2 變速器組成

混合動力變速器與傳統(tǒng)自動變速器一樣，變速器輸入端和變速器輸出端之間傳動比不同。以7擋變速器為例(例如，寶馬E72七擋變速器)，在變速器內(nèi)部，七個前進(jìn)擋位通過四個固定的基本擋位和具有可變傳動比的兩個模式實(shí)現(xiàn)。在四個固定的基本擋位中，發(fā)動機(jī)和變速器輸出軸的轉(zhuǎn)速比固定不變。而具有可變傳動比的模式是發(fā)動機(jī)與變速器輸出軸的轉(zhuǎn)速比能夠進(jìn)行連續(xù)可變調(diào)節(jié)。這種混動變速器通常也被稱為 “雙模式主動變速器”。通過集成在變速器內(nèi)的兩個電動機(jī)對傳動比進(jìn)行電動調(diào)節(jié)。因此這兩種模式也稱為“ECVT”，其中“E”代表的是“電動”。

電動機(jī)作為混合動力驅(qū)動裝置的主要組成部分還用于為發(fā)動機(jī)提供助力以及回收利用制動能量。四個固定的基本擋位和兩個ECVT模式通過三個行星齒輪箱和四個片式離合器實(shí)現(xiàn)或連接。

二、混合動力變速器主要部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.雙質(zhì)飛輪

混合動力變速器使用一個雙質(zhì)量飛輪作為扭轉(zhuǎn)減振器，此飛輪位于發(fā)動機(jī)與變速器之間。其結(jié)構(gòu)與手動變速器車輛所用的部件相似，發(fā)動機(jī)不通過獨(dú)立的啟動機(jī)啟動，但仍裝有與起動機(jī)嵌接在一起的齒輪，此齒輪主要用于獲取曲軸轉(zhuǎn)速。然而，僅僅依靠電動機(jī)還不足以降低發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)性，因此在發(fā)動機(jī)與變速器之間又安裝了雙質(zhì)量飛輪。

2.機(jī)油泵

無液力變矩器仍配置了機(jī)油泵，雖然主動變速器沒有液力變矩器，但變速器組件仍需要潤滑。因此，為了操控片式離合器，通常在變速器輸入端上會裝有機(jī)油泵，該機(jī)油泵既可通過發(fā)動機(jī)也可通過專門為此安裝的電動機(jī)驅(qū)動，同時，機(jī)油回路還用于對變速器組件進(jìn)行冷卻。

3.電液控制模塊

混合動力系統(tǒng)車輛中自動變速器與其他自動變速器一樣，混合動力電子變速器控制系統(tǒng)是電液控制模塊(TCM)的組成部分，安裝在變速器油底殼內(nèi)。

4.駐車鎖

與其他自動變速器不同，混合變速器的混合動力駐車鎖并非液壓操控式，而是通過一個電機(jī)操控。該電機(jī)以及相關(guān)電子控制單元集成在一個殼體內(nèi)，稱為“直接換擋模塊”(DSM)。

5.電動機(jī)

混合動力變速器中沒有液力變矩器，因此發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)速差異巨大，起步過程時其機(jī)理特點(diǎn)如下。

(1)通過電動機(jī)可以補(bǔ)償這一轉(zhuǎn)速差異。在利用發(fā)動機(jī)起步的過程中，發(fā)動機(jī)開始時僅驅(qū)動兩個電動機(jī)中的一個。該電動機(jī)產(chǎn)生電能從而驅(qū)動第二個電動機(jī)，同時產(chǎn)生變速器輸出軸上的扭矩，從而最終使車輛行駛。進(jìn)行換擋時也需要電動機(jī)進(jìn)行工作，它可以為發(fā)動機(jī)扭矩提供支持并確保在片式離合器分離和接合時換擋過程順暢。

(2)電動機(jī)是混合動力驅(qū)動裝置的重要電氣部分。兩個電動機(jī)均為永勵式同步電機(jī)，既可以作為電機(jī)又可以作為發(fā)電機(jī)驅(qū)動。這些電動機(jī)是高電壓組件，因此通過橙色高電壓導(dǎo)線供應(yīng)能量。由于三相橫截面較大，因此沒有組合而是單獨(dú)連接。電動機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子均有變速器油經(jīng)過，主要是為了進(jìn)行冷卻。在每個電動機(jī)定子的繞組中都裝有一個溫度傳感器(NTC電阻)。溫度傳感器的信號分析用于在繞組溫度過高時降低相應(yīng)電動機(jī)的扭矩從而防止其過熱。

(3)兩個電動機(jī)各有一個帶有供電電子裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制單元，混合動力電動機(jī)控制裝置A和B。它們都安裝在供電電控箱內(nèi)?；旌蟿恿χ骺乜刂茊卧?guī)定兩個電動機(jī)的額定扭矩和額定轉(zhuǎn)速?；旌蟿恿﹄妱訖C(jī)控制裝置執(zhí)行這些規(guī)定值并產(chǎn)生為此所需的相電壓。此外它們還負(fù)責(zé)分析電動機(jī)內(nèi)溫度傳感器和電機(jī)位置傳感器的信號。也就是說，上述在高溫情況下降低扭矩、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以及確定電機(jī)位置傳感器偏置情況均由混合動力電動機(jī)控制裝置執(zhí)行。

圖3 電動機(jī)

6. 混合動力主控控制單元

混合動力主控控制單元(混合動力控制器處理器 HCP)在控制混合動力驅(qū)動裝置及主動變速器方面發(fā)揮主要作用。下面列出了對于主動變速器比較重要的混合動力主控控制單元功能：

(1)分析駕駛員指令并確定擋位(P、R、N、D、S、M)；

(2)選擇換擋模式；

(3)確定正確擋位；

(4)自適應(yīng)變速器控制系統(tǒng)；

(5)計(jì)算內(nèi)部片式離合器上的所需力矩；

(6)計(jì)算變速器輸出端上的額定扭矩。

7. 混合動力變速器控制系統(tǒng)

混合動力變速器控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)執(zhí)行混合動力主控控制單元的規(guī)定值(離合器和變速器輸出端上的額定扭矩)。因此與其他自動變速器的變速器電子控制系統(tǒng)不同，混合動力變速器控制系統(tǒng)不再是變速器功能的主控單元，而是一個智能型執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制單元。同時，混合動力變速器控制系統(tǒng)仍然執(zhí)行一系列重要功能，具體包括以下6個內(nèi)容。

(1)控制變速器油循環(huán)回路。

根據(jù)冷卻要求和變速器內(nèi)的轉(zhuǎn)速，變速器油循環(huán)回路內(nèi)必須設(shè)定特定壓力。為了確保在內(nèi)燃機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下也能對該壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，混合動力變速器控制系統(tǒng)要求混合動力機(jī)油泵控制系統(tǒng)提供特定電動機(jī)油泵傳動裝置轉(zhuǎn)速。通過控制一共四個壓力閥來調(diào)節(jié)所需壓力。

(2)操控和監(jiān)控片式離合器。

為了掛入所需擋位，必須使一或兩個片式離合器接合。為此，混合動力變速器控制系統(tǒng)控制換擋電磁閥。

(3)確保對電動機(jī)進(jìn)行冷卻。

(4)讀取并向控制單元網(wǎng)絡(luò)提供有關(guān)主動變速器狀態(tài)的傳感器信號。

這些信號包括輸出轉(zhuǎn)速、變速器油溫度和駐車鎖位置。這些傳感器信號在用于單個功能的同時也通過總線系統(tǒng)傳輸給控制單元網(wǎng)絡(luò)。

混合動力變速器控制系統(tǒng)可以根據(jù)自身產(chǎn)生的控制信號以及轉(zhuǎn)速傳感器和壓力開關(guān)的信號識別出主動變速器是否出現(xiàn)不允許的狀態(tài)。出現(xiàn)這種狀態(tài)時，混合動力變速器控制系統(tǒng)就會根據(jù)識別出的故障狀態(tài)啟用應(yīng)急模式。這樣一方面可以延長車輛的行駛準(zhǔn)備狀態(tài)，另一方面也可以避免影響安全的情況。應(yīng)急模式可能包括掛入某一固定擋位等。

(5)監(jiān)控變速器狀態(tài)并根據(jù)需要啟用應(yīng)急模式。

(6)電子禁起動防盜鎖。

與其他自動變速器的變速器控制系統(tǒng)一樣，混合動力變速器控制系統(tǒng)是電子禁起動防盜鎖的組成部分。混合動力變速器控制系統(tǒng)從便捷登車及起動系統(tǒng)獲取是否識別出有效識別發(fā)射器的信息。如果沒有識別出有效識別發(fā)射器，混合動力變速器控制系統(tǒng)就不會建立任何動力傳輸。

三、維修注意事項(xiàng)

1.除了通常電動汽車安全操作和維修注意事項(xiàng)以外，混合動力汽車具有一個輔助高壓車載網(wǎng)絡(luò)，要注意其特殊的安全規(guī)定。

2.禁止對帶電的高電壓組件進(jìn)行維修工作。維修涉及高壓組件的每個工作步驟前，必須將高壓系統(tǒng)切換為無電壓并防止未經(jīng)準(zhǔn)許的再次試運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)并讓車輛進(jìn)入休眠狀態(tài)。拔下高壓安全開關(guān)，然后鎖死高壓安全開關(guān)以防重新插入。

4.再次打開開關(guān)以后，貫徹儀表顯示。務(wù)必保持10s以上的等候時間，直到組合儀表上顯示檢查控制信息“高壓系統(tǒng)已斷開”，方可執(zhí)行維修操作。