导读：
基于混合动力系统已实现的功能和模块设计、已有的经验和新的前提条件，探讨了P2混合动力系统的技术方案和核心控制模块的设计。
通过比较主流混合动力系统的功能及其对混合动力集成的影响，在每个独立优化步骤的基础上，提出了一个全新的混合动力概念。
核心：混合动力，P2混合动力，道路连接，混合动力，减震器，启停系统
1、概述
目前，输电系统的开发人员关心的核心问题不是输电是否会有突破，而是突破的速度和形式。与动力传动系统相关的边界条件是众所周知的，并且在几乎所有关于动力传动系统的出版物中都有介绍。
技术上可行的解决方案实施的决定性标准是性价比，即终端用户需要为混合动力、增程器、纯电动汽车等新技术支付的成本与减少CO2排放所能获得的收益之间的比较。众所周知，主要原因是电池成本高，所以电池价格和性能的进步将是决定未来传动系统机动化的决定性因素。
上述边界条件对汽车制造商传动系统技术路线选择的影响已经非常明显。虽然不同厂商对各种技术的侧重点不同，时间表也不同，但几乎所有的公司都有一个相同的核心主题：一是要进一步优化内燃机的传动系统。对于传动系统来说，这意味着效率、扭矩范围、档位数量的进一步提高，以及由于没有打滑的平稳驾驶感觉而带来的更强的减震能力。启停功能将成为几乎所有车型的标准配置。因此，电动汽车和增程式方向的插电式应用比例越来越大，混合程度越来越强。
2、弱混系统
弱混合动力系统，通常指电机功率在10-15 kw的混合动力系统，是混合动力后节油效果和成本增加的最佳平衡(节油潜力在10%左右)。一般弱混动系统是直接将电机与曲轴相连，不需要单独的离合器(“P1混动模式”)；这种系统也意味着不可能纯电动驱动。启停模式也是弱混理念的重要组成部分，这套系统也可以应用到手动变速箱。只有拆下离合器踏板，实现离合器的自动操作，弱混系统的运行才不会受到驾驶员操作行为的显著影响。为了减少P1混合动力系统驱动系统因电机集成而增加的长度，可以将双质量飞轮的阻尼器集成到电机转子中。例如，为了在较小的有效半径内实现足够的弹簧阻尼能力，LuK系统使用两个平行布置的圆柱形弹簧，并根据转子长度完全集成。原阻尼器所需的空间现在可用于电机定子。图1显示了手动变速器的设计。这种减震器具有离心力小的特点，经过双离合器变速箱的测试。
图1：P1混合动力系统（集成弹簧集成进转子）
3、中强混系统
3.1 大众途锐（Touareg）
它采用3.0L 440Nm机械增压汽油发动机和8速自动变速器。混合动力系统由集成的电机和离合器组成，额定功率为34kW，位于发动机曲轴和变矩器之间。离合器使系统实现所有混合动力功能，如车辆滑行时断开内燃机，快速启停功能，纯电动驱动。
P2混合动力系统的一个关键行驶条件是驾驶员踩下踏板后从纯电动模式启动内燃机。这个起步过程对离合器提出了更高的要求。当系统发出启动指令时，离合器将在启动发动机所需的100Nm左右的扭矩条件下工作。当离合器在该扭矩范围内接合时，这需要良好的可控性和响应性。另外，离合器的惯性矩要尽可能的减少到减少2(包括飞轮和离合器)，不能超过量产的双质量飞轮(DMF)的初级第一质量。离合器片集成了圆柱弹簧减震器的功能，将与电机和离合器相关的共振点移动到400转左右的安全区间。此外，集成在液力变矩器中的第二减震器具有良好的隔离效果，不仅可以实现液力变矩器转速在900转/分以上、满载工作时，液力变矩器内部的锁止离合器锁止后液力变矩器不打滑。这一措施可将NEDC循环的燃料消耗降低约2.5%。
为了避免在使用寿命期间的120万次拖动动作中损坏发动机曲轴上的止推轴承，该系统首次将带保持架的分离机构直接安装在离合器上。图2示出了8速自动变速器和变矩器的混合模块的剖视图。传动系统的尺寸增加了147毫米。
jpg">图2： 大众途锐混合动力汽车的P2混合动力模块
3.2 第二代P2混合动力系统
开发下一代P2混合动力系统最重要的要求之一就是进一步减小整个系统的空间尺寸。原则上，可以将减震系统或离合器集成到电机转子内。通过评估各种需求和尺寸大小，更为吸引人的方案是将离合器集成到转子内。
设计离合器重要的是要首先确定起动内燃机的方式。设计中考虑了所谓的直接起动方式，即在曲轴静止时点燃燃烧室内的混合物。离合器无需将发动机拖动至电机要求的起动目标转速，但还是用离合器结合来提供一个初始转矩脉冲，确保发动机运行起来。这样起动能够降低电机的功率要求（未采用这种方式起动发动机需要约80-100Nm的转矩），而且能够减少离合器的滑磨时间。因此，电机的转矩储备几乎能够完全取消。
由于能够在保证高动态特性的同时减少起动时摩擦功，进一步地实现更紧凑的离合器设计，也保留了离合器在低转矩范围之内的良好的可控性。在此设计中离合器的分离力也不会作用于发动机曲轴；离合器及转子的轴承以及离合器的操纵都布置在变速箱侧，如图3所示。混合动力模块预先安装在变速箱壳体之内。发动机与变速箱通过轴向花键连接，轴向花键在减振器输出和离合器片之间留有间隙。由于对电驱动性能的加强，该设计中的电机最大功率达到60kW。尽管电机叠厚增加，传动系统总体尺寸相对于AT设计减少至约130mm，相对于DCT设计减少至约95mm。
图3：转子集成干式离合器第二代P2混合动力模块
3.3 起停装置（Starter/Stop）
前面提到再起动特性是混合动力系统优劣的主要因素。如果控制策略预测离合器要起动内燃机，为保证足够的转矩储备用于抵消再起动时离合器转矩，纯电动运行时电机只能使用一定程度。
图4所示是400ms内使3.0l增压发动机达到电机转速需要的起动转矩。为说明起动扭矩对发动机的影响，也给出了起动时的转矩级别。对于3.0l柴油机和2500rpm纯电动最高转速，需要为起动发动机预留的电功率储备超过30kW。
图4：发动机加速过程及相应地离合器转矩上升
3.3.1 常啮合起动系统PES
如果需要30kW的后备功率这个结果，显然有必要考虑替代方案。有2种自动起停系统能够在纯电动行使的同时实现发动机的快速重新起动。常啮合式起动机（Permanent EngageD Starter/PES）的概念是起动机齿轮与起动机起动齿圈持续啮合；因此，起动机总是保持结合状态。为实现该功能，在起动齿圈和发动机曲轴之间需要一个能够在低速时使起动马达啮合，而当发动机转速高于一定值时马达断开的单向离合器。这就使得发动机甚至能够在起步阶段实现瞬间无延迟地起动。测试表明此方式能够显著地改善主观评价指标。
由于与传统单向离合器布置相比轴承负荷降低数倍，LuK解决方案中采用了干式离合器壳体之内的简单的滚动轴承技术。起动齿圈不再安装于曲轴的转动输出端，而是安装于静止的曲轴箱上（如图5）。单向离合器设计为离心力式离合器，通过螺栓与曲轴连接。当起动机转速超过一定范围时，离心力式离合器打开，将起动齿圈从曲轴上断开。在此方案中，滚动轴承设计只需考虑起动机阶段和运转的转速阶段。发动机起动成功之后，此方案不会产生额外的拖曳转矩，因此没有能量消耗。因此常啮合起动机方案的LuK的单向离合器设计非常可靠，且对总体效率没有负面影响。
图 5：常啮合式起动机
3.3.2 皮带式起停系统(BSG)
快速重起发动机的第二个方式是采用皮带驱动起动发电机。该发电机能够在电动模式下通过驱动带对加速曲轴。为在低温（-28°C）时也能实现起动，曲轴的皮带轮上集成了一个附加减速机构。起动时，其总传动比大约6（包括传动带和变速机构）。此外，该集成减速机构能够换入空挡位置，起动发电机能够在发动机停止时驱动附件。图6所示为集成行星
齿轮机构的皮带轮剖面图。
图6：带驱动起动发电机剖面图
3.4 通过道路连接的强混
实现强混的另一个不同的方案是“通过路面（through the roaD）”的混合动力传动。它在一个驱动轴上采用的标准的内燃机传动系统，另一个驱动轴上采用电驱动系统。首先需要分析，何种布置方案中电驱动系统的能量消耗、成本和重量最优。变速系统的价值在于能够减小电机的功率，而且电系统所降低的成本与第二档增加的的成本进行加权比较。对于具有当前典型行驶特性且功率在30-80kW的A级和B级车，使用一个无动力中断换挡的两挡变速箱是明智的、经济的。在变速器越便宜越好的要求下对各种方案进行比较。如图7所示，电机良好的可控性以及短时过载能力是变速箱设计的前提条件。
图7：轴向平行布置的二挡变速箱
电驱动桥的壳体之内的输入端包含一组行星齿轮，其外齿圈可通过制动器或者湿式离合器与壳体锁定。通过与减速齿轮联合作用，可以使功率70kW的电动车具有13.5和5.6的两种总传动比。无动力中断换挡完全通过离合器控制来实现。制动器则设计为一个经济性的“黑/白（开/关）”执行机构（如图8）。差速器采用轻量化行星齿轮设计，在传动系统长度方面具有显著的尺寸优势。
图8：包含带式制动执行机构的总成
4、总结
对于功率大约10kW的曲轴起动发电机弱混系统，减振器系统能够完全集成到电机之内。此设计能降低传动系统长度20-25mm。为满足未来空间尺寸和减振性能等更高要求，需对部件进行进一步优化。对于电动驱动桥方案，二挡变速箱提高效率，减小了传动系统重量，扩大了电机总成适用范围。根据空间尺寸要求变速箱可以选择平行布置或者同轴布置等方案。
