【電動新視界】通用汽車混合動力系統發展介紹

2020-12-05 易車網

作者 五哥 版權歸電動新視界平臺所有，轉載請註明出處。


隨著美國市場和全球對燃油經濟性和排放要求的日益嚴格，以及客戶對汽車燃油經濟性的更高要求，先進的推進技術在滿足這些要求方面發揮著關鍵作用。為此，通用汽車公司開發並實施了一系列的汽車電氣化方案從e-Assist微型混合動力、2-模式強混合動力、Voltecec增程電動汽車(EREV)、以及純電動汽車。

本文不進行詳細的結構介紹，其他公眾號對相關的結構、技術都進行過相關的介紹，這裡不再進行結構介紹，但相關的公眾號缺少對通用汽車的混合動力的技術發展由來。本文是在結構及通用發展歷程的基礎上進行介紹，主要介紹前置前驅變速器與混動變速器的結構差異性對比。

1.GM前置前驅變速器介紹

首先需要先介紹一下GM旗下的前置前驅自動變速器，如下所示。仔細分析研究發現，4ET50/5ET50的總體布局形式是軸上設計，其設計類似於通用汽車的 6T40/45 系列小型汽車前輪驅動自動變速器。為了便於包裝進入通用汽車的車輛架構，發動機和輸出軸之間的中心距離和垂直下降的驅動單元尺寸被設計為與這些變速器常見。這種設計方法也提供了利用常見鏈條傳動設計和最終驅動傳動裝置的機會。詳見以下介紹。


A.鏈條潤滑系統

為減少潤滑油的曝氣，6T40/6T45採用一體化鏈擋板/唇封系統。這樣可以提高管路壓力穩定性，減少自旋損失，並延長傳動流體的使用壽命。擋板系統是大規模高效率，設計為容易組裝，並滿足嚴格的包裝要求。為了降低成本，擋板系統被設計為通用的兩種6T40和6T45。

摩擦減振器系統為了降低拖曳成為可能，6T40/6T45有一個集成摩擦減振器系統。提供潤滑降低拖曳通過捕獲和鏈條溝槽將油輸出，同時減少曝氣。該裝置的緩衝部分限制了鏈條緊側的振動，抑制鏈條的多邊形效應，從而改善了NVH特性。

鏈條潤滑系統


鏈條摩擦緩衝器


 5ET50鏈條潤滑系統


通過與自動變速器鏈條潤滑系統對比來看，設計思路共通，均為降低液面高度及降低潤滑油液曝氣問題，且磁鐵布置在Chain Baffle的正下面，通過Chain Baffle自身設計有塑料卡扣進行固定。

B.過濾系統

新通用自動變速箱設計平坦的油底殼要求最小的包裝空間和增加地面間隙。為低溫操作時提供了充足的油量。對於高溫操作，油位由恆溫元件回位彈簧保持最佳位置;其結構和運行模式。根據油溫，油位控制單元打開或關閉一個額外的油箱。在溫度低於60℃時，一個熱元件打開與回流油相連接的儲層。在較高的溫度下，控制單元關閉儲層，以保持一定量的油。該蓄水池有防止回流堵塞的溢漏裝置。控制循環中的油量和變速器的油底殼始終提供一個最佳的油位，從而達到最佳的性能。

而在4ET50系統中，也採用了類似的系統，通過恆溫元件回位彈簧保證在特定工況的潤滑油量及油位高度；同時為最大限度降低壓力損失，縮短潤滑流量損失，潤滑油泵與過濾器直接布置安裝，接觸區域採用O形圈進行密封。

整箱油位過濾潤滑系統

通過以上分析了解，Voltec所搭載的變速器系統與上述整箱的鏈條潤滑系統、過濾潤滑系統及整箱布局形式基本類似，且應用基本原理均被Voltec變速器的系統所應用。

C.扭矩輸出路徑

差速器殼體與單排行星系的行星架為一體式方案，通過被動鏈輪將扭矩輸入，被動鏈輪採用球軸承進行支撐，被動鏈輪與太陽輪採用花鍵進行動力傳遞，通過單排行星系，可將扭矩進一步擴大（太陽輪輸入、齒圈固定、行星架為動力輸出）；採用此種類型的差速器結構，可直接採用軸套進行支撐。而今天所說的4ET50的差速器系統也是此結構。

集成式單排-差速器系統

2.GM混動變速器系統

通用Voltecec 4ET50/5ET50驅動橋的建造採用了通用前輪驅動雙模式混合動力2MT70驅動橋，並進行了修改，以實現全速度和全功率電動汽車運行。一種新的大功率驅動電機、優化的發電機和修改的控制元件使雪佛蘭Voltec實現了兩種電動汽車和兩種ER駕駛模式。

Voltec 4ET50變速器系統與2MT70系統採用大量的共同元件，但是某些差異是必要的，如下圖所示。首先，通過減少齒輪組來簡化齒輪傳動系統。其次，簡化的傳動裝置可以去掉2MT70中使用的一個離合器，使發動機與輸出直接耦合，從而在高速行駛時實現固定齒輪操作，這在Voltec中是不需要或不需要的。第三，將用於一次推進的電動機做大並進行優化，以實現電動汽車的連續運行。第四，Voltec的電動泵是驅動單元內潤滑和冷卻的主要來源，因此泵電機被設計為在高壓下工作，而不是12V輔助泵。驅動單元的其他一些變化包括最後的驅動、發動機減振器彈簧、延長外殼和增加閥體墊片以適應離合器的拆卸。

2MT70變速器通過從動齒輪將輸入軸上的動力傳遞到差速器的齒圈上；2MT70變速器的差速器系統採用普通式差速器結構。

4ET50與5ET50差別主要為使用環境不同，4ET50為增程結構變速器、5ET50為混合動力變速器，整體結構差異為5ET50 變速箱內的行星齒輪組數量從一個增加到了兩個，兩臺電機和三個換檔裝置（B1 離合器、C1 離合器、OWC 單向離合器），電機、換檔裝置的布置都與4ET50中不同。如下所示。

2MT70整箱結構簡圖及運行模式

2MT70整箱結構簡圖及運行模式

2MT70整箱結構簡圖及運行模式

4ET50整箱結構簡圖及運行模式

4ET50整箱結構簡圖及運行模式

4ET50整箱結構簡圖及運行模式

5ET50整箱結構簡圖及運行模式

5ET50整箱結構簡圖及運行模式

5ET50整箱結構簡圖及運行模式

通過以上分析，得出一個結論，GM的混合動力系統是在模塊化、通用化、平臺化基礎上進行技術迭代，雖然設計改動並不大，但此種設計思路是在保證結構設計的可靠性的前提下、降低了設計風險點、縮短設計開發周期的前提下，保證設計質量。

本人也是通過資料的搜集整理，以及對知識的理解消化後，形成自己的闡述方式，將此篇文章奉獻給大家，如本人在撰寫的文章中，對某些知識有認識不足或有疏漏的地方，還請多多指正。

文章定有疏漏遺誤之處，歡迎各位指正交流。


全文完~


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