摘要：新能源汽車是全球汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、綠色發(fā)展的主要方向，也是我國汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略選擇[1]，由工信部指導(dǎo)發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車路線圖2.0》，期望2035年混動新車占傳統(tǒng)燃油車的比例達(dá)到100%，混動乘用車平均油耗達(dá)到4 L/100 km，各車企均選擇了混動專用變速箱技術(shù)路線。為最大實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化運(yùn)行策略，需要測試各模式下系統(tǒng)效率，以制定扭矩分配策略，實(shí)現(xiàn)最低油耗?；诖耍饕榻B一款P1+P3兩擋混動專用變速箱（DHT）的系統(tǒng)效率測試工況的制定及測試方法，指導(dǎo)整車制定扭矩分配策略，實(shí)現(xiàn)最佳油耗。

關(guān)鍵詞：混動專用變速箱；系統(tǒng)效率；油耗

中圖分類號：U467.5 收稿日期：2024-10-20

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.12.023

1 前言

混動變速箱是混動動力汽車的核心部件，混動變速箱不同的機(jī)電耦合方式可以實(shí)現(xiàn)不同混動驅(qū)動模式，先進(jìn)高效的機(jī)電耦合系統(tǒng)對提升混合動力汽車的競爭力至關(guān)重要。

其中，日本企業(yè)的混動變速箱系統(tǒng)已量產(chǎn)了20多年，如豐田的功率分流系統(tǒng)，當(dāng)前已開發(fā)到第4代，簡稱THS-IV[2]；本田開發(fā)的P1+P3單擋變速箱，簡稱I-MMD系統(tǒng)[3]。歐洲開發(fā)的混動變速箱大部分都是基于傳統(tǒng)變速箱平臺化設(shè)計，大部分只能實(shí)現(xiàn)并聯(lián)驅(qū)動，無法結(jié)合串聯(lián)和并聯(lián)的優(yōu)勢，如寶馬和大眾都采用P2 AT變速箱結(jié)構(gòu)。國內(nèi)主流的比如比亞迪的DMI系統(tǒng)（P1+P3單擋）、廣汽的GMC 2.0混動系統(tǒng)（P1+P3 2擋）、吉利的雷神動力系統(tǒng)（P1+P2 3AT）。

本文主要研究某P1+P3兩擋混動專用變速箱（電機(jī)油冷）的工作模式及各模式下的系統(tǒng)效率測試方法，通過臺架實(shí)測獲取變速箱的系統(tǒng)效率數(shù)據(jù)，以便HCU合理決策2DHT的工作模式并制定合理的能量管理策略。

2 P1+P3 2DHT混動架構(gòu)介紹

本文研究的2DHT混動專用變速箱動力傳動結(jié)構(gòu)見圖1，傳動系統(tǒng)主要由發(fā)電機(jī)、濕式離合器總成、驅(qū)動電機(jī)、齒軸等構(gòu)成，其中發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)通過一對齒輪固定連接，同時發(fā)動機(jī)分別通過一對齒輪連接到濕式離合器的主動端；離合器被動端通過一對減速齒輪連接到差速器輸出端及輪端；驅(qū)動電機(jī)通過兩對齒輪與差速器輸出端和輪端固定連接。

當(dāng)離合器打開時，發(fā)動機(jī)出正扭矩而發(fā)電機(jī)為負(fù)扭矩，進(jìn)入P1發(fā)電模式；同時P3電機(jī)可以驅(qū)動輪端進(jìn)入電驅(qū)模式。當(dāng)離合器閉合時，發(fā)動機(jī)可以通過離合器直接將動力傳給輪端，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)直驅(qū)但兩個電機(jī)進(jìn)入0扭矩空轉(zhuǎn)；如果P3電機(jī)出正扭或負(fù)扭，則能實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)和驅(qū)動電機(jī)的并聯(lián)驅(qū)動或并聯(lián)發(fā)電模式。

3 2DHT變速箱系統(tǒng)效率測試

2.1 測試內(nèi)容介紹

2DHT主要的工作模式包含串聯(lián)模式、并聯(lián)模式、純電驅(qū)動。串聯(lián)模式表示發(fā)動機(jī)給發(fā)電機(jī)發(fā)電，同時驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動車輛行駛；并聯(lián)模式表示其中一個離合器結(jié)合，發(fā)動機(jī)直接驅(qū)動車輛，此時發(fā)動機(jī)和驅(qū)動電機(jī)可以維持零扭矩空轉(zhuǎn)，或者驅(qū)動電機(jī)提供扭矩實(shí)現(xiàn)并聯(lián)助力或并聯(lián)發(fā)電狀態(tài)；純電驅(qū)動與串聯(lián)模式的驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動工況一致?；谝陨戏治?，2DHT的系統(tǒng)效率測試主要包括以下內(nèi)容：

a.P1發(fā)電系統(tǒng)效率測試。如圖1所示，離合器斷開，輸入軸測功機(jī)連發(fā)動機(jī)輸入軸，并通過一級齒輪連接發(fā)電機(jī)，輸入軸測功機(jī)出正扭矩驅(qū)動發(fā)電機(jī)出負(fù)扭，并共通過P1電機(jī)inverter（電機(jī)控制器）將測功機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能輸出給臺架電池模擬器。表達(dá)式為：

P1發(fā)電系統(tǒng)效率=臺架電池模擬器功率/輸入軸測功機(jī)功率

b.P3電驅(qū)系統(tǒng)效率測試。離合器斷開，電池模擬器通過P3電機(jī)inverter給驅(qū)動電機(jī)輸出電功率，將電池模擬器的電能轉(zhuǎn)換為驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械能，并通過兩級齒輪輸出給輸出軸測功機(jī)。表達(dá)式為：

P3電驅(qū)系統(tǒng)效率=輸入軸測功機(jī)功率/臺架電池模擬器功率

c.發(fā)動機(jī)驅(qū)動機(jī)械效率測試。斷開發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子與齒輪的連接，基于需要測試的發(fā)動機(jī)擋位，閉合相應(yīng)的離合器（只能閉合一個），輸入軸測功機(jī)出正扭矩，動力通過一級齒輪副、離合器、主減齒輪副傳遞給輸出軸測功機(jī)。表達(dá)式為：

發(fā)動機(jī)驅(qū)動機(jī)械效率=輸出軸測功機(jī)功率/輸入軸測功機(jī)功率

d.P1和P3電機(jī)零扭矩系統(tǒng)損耗測試。以P1電機(jī)0扭矩系統(tǒng)損耗測試為例，輸入軸測功機(jī)轉(zhuǎn)速控，可以將發(fā)電機(jī)拉到任意轉(zhuǎn)速，此時P1電機(jī)inverter控制P1電機(jī)為0 N·m，但實(shí)際該扭矩可能存在偏差±3 N·m，表達(dá)式為：

P1零扭矩系統(tǒng)損耗=臺架電池模擬器功率+輸入軸測功機(jī)功率

同理：

P3零扭矩系統(tǒng)損耗=臺架電池模擬器功率+輸出軸測功機(jī)功率

3.2 測試方法介紹

為了實(shí)現(xiàn)上文的測試內(nèi)容，需要搭建混動電驅(qū)試驗(yàn)臺架，并定義好所有的測試工況點(diǎn)、測試邊界及臺架設(shè)備參數(shù)，完成所有工況點(diǎn)的測試。具體如下：

a.首先搭建三電機(jī)混動電驅(qū)試驗(yàn)臺架。臺架搭建的目的是為了能夠獲取2DHT系統(tǒng)效率結(jié)果的原始數(shù)據(jù)，臺架的傳動系搭建示意圖見圖2，輸入電機(jī)1（輸入軸測功機(jī)）與被測試變速箱3的輸入軸連接，輸入扭矩儀可實(shí)時測量輸入電機(jī)1的扭矩。被測試變速箱3的輸出端連接傳動軸6，左右輸出端分別連接負(fù)載電機(jī)（輸出軸測功機(jī)）。此外，還需要在被測試變速箱3的雙電機(jī)集成inverter（電機(jī)控制器）的高壓直流母線端口安裝高壓線束，高壓線束另一端通過銅鼻子連接到臺架的電池模擬器，以便實(shí)時監(jiān)控inverter直流母線的電壓和電流；同時臺架需要定制尺寸合適冷卻管路，接臺架冷卻液給被測試變速箱的inverter和油冷器進(jìn)行冷卻或加熱。

b.定義測試工況點(diǎn)。測試工況點(diǎn)能夠推導(dǎo)出2DHT系統(tǒng)效率測試結(jié)果，定義好完整的測試工況點(diǎn)，能有效指導(dǎo)臺架測試工程師完成每一項(xiàng)測試任務(wù)，縮短測試時間。測試工況點(diǎn)包含以下幾部分：臺架設(shè)備原始測試數(shù)據(jù)，包括電池模擬器的電壓和電流、輸入電機(jī)的扭矩和轉(zhuǎn)速、輸出電機(jī)的扭矩和轉(zhuǎn)速，這些參數(shù)最終都可以轉(zhuǎn)換成功率用于效率計算被測試變速箱的測試變量，包括發(fā)電機(jī)請求扭矩和實(shí)際扭矩、驅(qū)動電機(jī)請求扭矩和實(shí)際扭矩、變速箱請求擋位和實(shí)際擋位、發(fā)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速、驅(qū)動電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速、變速箱油溫、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動電機(jī)的定子溫度、inverter溫度、電子油泵請求轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速。以上所有的請求變量，都需要通過變速箱標(biāo)定手段來實(shí)現(xiàn)，所有的測試變量都可以通過標(biāo)定設(shè)備和上位機(jī)測試獲取。測試邊界及臺架參數(shù)設(shè)置，被測試箱的系統(tǒng)效率的測試邊界，盡可能接近整車環(huán)境。表1示例是P3電驅(qū)動系統(tǒng)的測試邊界定義。

c.完成測試。在滿足上述邊界條件下，可以開始對所有的工況點(diǎn)進(jìn)行測試，并采集測試變量，但在開始測試前需要先完成磨合試驗(yàn)，所有變速箱內(nèi)部運(yùn)動零件都要在充分的潤滑環(huán)境下完成一定時間的運(yùn)轉(zhuǎn)，以便獲取更精準(zhǔn)的變速箱系統(tǒng)效率。

3.3 測試數(shù)據(jù)分析

基于上文獲取的各工作模式下每個工況點(diǎn)的測試變量，反算出輸出功率和輸入功率，表達(dá)式為：系統(tǒng)效率=|輸出功率|/|輸入功率|。圖3～圖5是針對2.2所述測試內(nèi)容的系統(tǒng)效率測試結(jié)果。

4 結(jié)語

通過制定合理混動專用變速箱系統(tǒng)效率測試內(nèi)容及工況點(diǎn)，利用三電機(jī)混動臺架和標(biāo)定測試手段，可以測試出系統(tǒng)效率所需的原始測量變量，并轉(zhuǎn)換成各測試內(nèi)容的系統(tǒng)效率值。通過該方法能有效摸索出混動專用變速箱的系統(tǒng)效率結(jié)果，指導(dǎo)混動扭矩分配策略的制定，如果混動標(biāo)定工程師有其它工況點(diǎn)要求，可以增加測試工況，該方法最終有利于實(shí)現(xiàn)整車最低油耗。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

彭超，男，1991年生，工程師，研究方向?yàn)榛靹与婒?qū)總成開發(fā)及TCU軟件控制。