浅析专用混合动力变速箱结构原理和优缺点

01

大陆公司成本优化DHT

大陆公司做了一个简单专用混合动力变速器的结构、功能和成本分析，给定发动机和电动机不同的挡位数，对比功能和成本，选出大陆公司的优先方案。

下图是相应的结构，前面数字表示发动机（ICE）和电动机（ED）的挡位数，电动机数字0表示电动机与汽车驱动轴以一个传动比固定相连，1表示电动机有一个传动比，但可以挂空挡。

大陆公司DHT几种结构分析

大陆最后选出自己的优化方案是发动机4挡，电动机固定挡（4(ICE)+0(ED)），另外要配置一个高压的启动发电动机（HV-SG）。

02

舍弗勒P2-DHCVT

专用混合动力无级变速器舍弗勒的P2-PHEV-DHCVT，可以实现纯电、P2混合动力及纯发动机驱动，后退挡靠电动机实现，在无级变速单元（Variator）之后有个犬齿式离合器实现驻车充电功能。

下图显示了舍弗勒的P2-PHEV-DHCVT的原理和设计。

图19 弗勒的P2-PHEV-DHCVT的原理和设计（来源：CTI2016 Luk）

通过变速器一些设计变化，增加一套双离合器，可以进一步实现P2/P3的混合电力驱动，以提高电驱动里程和混合动力驾驶性能。

下图显示了舍弗勒的P2/3-PHEV-DHCVT的原理和设计。

舍弗勒的P2/3-PHEV-DHCVT的原理和设计

03

AVL公司八模式混合动力系统8mode-DHT

AVL的第二代DHT，即Future Hybrid 8-Mode 未来八模式混合动力系统，基于传统自动变速器AT集成电动机而成，它采用了两个离合器和两个制动器、一个Ravigneaux（拉威挪式）行星齿轮结构。

下图显示其原理结构特点。

AVL的八模式混合动力DHT

其可以有八种运行模式，即5挡混合电力驱动模式，两挡纯电驱动模式，以及eCVT（电动无级传动）模式，驻车充电模式。

混合动力以及纯电驱动模式可以很好的利用发动机和电动机的动力源，根据不同的汽车工况优化其工作点，实现油耗和驾驶性能的改善。

eCVT模式可以利用发动机和电动机转矩控制提高汽车起步（launch）和爬行（creep）性能。驻车充电可以很好的利用发动机在驻车时给电池充电，为汽车行驶时混合动力功能的利用和优化提供条件。

AVL的八模式混合动力DHT的运行模式及牵引力工作区

04

ZF 8HP

利用灵活的模块化理念，ZF的8HP系列可承受最大300Nm、500Nm、700Nm以及1000Nm不等的四款产品，可满足所有车型的配备需求。除此之外，ZF-8HP还能应用在各种后驱、四驱以及混合动力车型上。

与6AT变速箱相比，ZH-8PH降低了1~2挡之间的速比差（由1.78降至1.5），这样能进一步改善起动时间，同时还减少顿挫感（几乎感觉不到换挡冲击）。

其速比范围也从6.04提升到了7.04，并通过降低转速参数优化了油耗。

同时还可以在任意挡位间实现跨越1或2个挡位的升降档。据官方介绍，所有挡位的传动效率均高于98%

除此之外，ZF-8HP自动变速箱的优势还体现在可以直接集成混合动力模块，而无需改变安装尺寸。

原因是ZF在设计8AT之初，便是按目前所有的混合动力功能设计的，因此在安装时对基础传动系统的设计不需作任何更改。

因此，全混合动力版的8HP所需的安装空间与传统版本相同。

05

雷诺日产EOLAB ZE-Hybrid

为实现百公里2L油耗目标，雷诺日产在2014巴黎汽车展上展示了在Eolab汽车项目上最新开发的专用混合动力变速器DHT项目即ZE-Hybrid 动力总成项目，在保证油耗目标的前提下，还要求有好的驾驶性能和低的成本。

ZE-Hybrid在第一代EOLAB1是基于自动化手动变速器AMT集成电动机构成，有3个挡位，同步器靠电动实现，原理结构和驱动模式如下图所示，可以实现纯电、混合以及纯发动机驱动，同时也可以驻车充电。雷诺在第二代EOLAB2汽车上也开始研发基于AMT的双电动机DHT。

雷诺EOLAB1混合动力原理结构和驱动模式

雷诺EOLAB2的双电动机DHT

06

大众TwinDrive

大众正在开发的专用混合动力变速器TwinDrive采用与本田iMMD近似的结构。其结构和工作模式如图所示。

大众TwinDrive结构和工作模式

07

本田iMMD智能多模式混合动力系统

本田iMMD（Intelligent Multi-Mode Drive）的变速器部分也非常简单，下图显示了其构成形式和工作模式：只是通过几副减速齿轮和一个锁止离合器实现电动机驱动和发动机的动力输出控制，如纯电驱动、混合动力、发动机驱动、驻车充电。

本田iMMD智能多模式混合动力系统构成和工作模式

08

丰田普锐斯专用混合动力变速器。

最有名的专用混合动力变速器是丰田从1997年推出的普锐斯车上所用的混合动力系统THS（Toyota Hybrid System），下图是2009年推出的第三代THS系统。

其中的Power Split Device （PSD）为一个行星齿轮组，实现功率、转矩和转速的分配。根据驾驶工况的不同可以实现纯电驱动和混合驱动等等模式。

电动机M2纯电行驶时，发动机通过电动机MG1给电池充电，实现串联混合动力模式；发动机也可以与电动机MG2（或者MG1）同时驱动汽车，形成并联混合动力驱动模式；所以普锐斯THS可以称为串并联混合动力系统或者功率分流混合动力（Power Split Hybrid）。

由于行星齿轮副的双速度控制特点，不同于一般行星齿轮副锁止某个零件（静止或固定速度）获得特定传动比，普锐斯混合动力当然可以不锁止零件，而是通过电动机或发动机控制其转矩比例，从而无级调节传动比，所以也通常被称为eCVT（电动无级变速器）。

2009年推出的第三代THS系统

可以看出，THS的变速器机构相当简单，但是通过与电动机的集成形成很好的混合动力系统，NEDC工况下油耗可以降到百公里3.4L以下；虽然其控制系统比较复杂，但随着电子控制系统的发展，整车可以在保证油耗性下也能实现很好的驾驶性能。

随着排放要求的高要求，混合动力也越来越普及。下图显示了丰田混合动力的销售情况，可以看到，每年销售已经超过百万辆的规模。

丰田混合动力的销售情况

基于丰田普THS双电动机专用混合动力变速器为基础，通过一些变化丰田也为高端品牌Lexus配置了的混合动力系统，下图显示通过增加一套行星齿轮副构成凌志汽车的混合动力总成，可以采用功率更大的驱动电动机等，行星齿轮副可以更有效的分配转矩到车轮上。

丰田THS专用混合动力变速器

随着各国对环境保护及能源利用的重视，很多国家已经开始表达意向甚至给出时间表禁止纯燃油汽车的销售；电动汽车由于电池的瓶颈，普及和盈利还需要很大突破，混合动力系统会在未来的汽车销售中占据很大的比例，混合动力技术必将会得到极大的发展。

结合专用混合动力变速器的上述特点和丰田普锐斯成功先例，很多公司也开始开发自己的专用混合动力变速器。

09

上汽荣威电驱动变速器EDU

双电动机结构的专用混合动力变速器（DHT）国内代表产品是上汽搭载在插电强混的量产车型荣威e550和e950之上的电驱变速器EDU（Electric Drive Unit）。

下图所示，上汽电驱动变速器NEDC综合能耗据资料可以达到百公里1.7L，纯电行驶60km。

上汽电驱动变速器原理和实物图

10

上汽精进电动公司的双电动机EDU

上海精进电动公司提出其DHT方案，利用双电动机实现串并联混合驱动，如图所示。

精进公司DHT方案

除上面介绍的双电动机结构的专用混合动力变速器（DHT）之外，采用双电动机DHT的产品还有通用Voltec，爱信2-Motor Hybrid，吉凯恩（GKN）的Multimode eTransmission等。

配双电动机的专用混合动力变速器的特点是机械结构相对简单，一般不需要换挡单元，要求发动机在特点的工作区高效工作。

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万里扬混合动力无级变速器C38 P2P3

国内变速器公司万里扬也在开发基于传统无级变速器CVT38的混合动力无级变速器CVT38 P2/P3；相对于CVT38，CVT38 P2/P3在NEDC工况下可节油22%。

万里扬混合动力无级变速器

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吉利混动7DCT

这套结构说来也并不复杂，它与本届车展上领克展台上的那套CMA平台1.5T混动系统展示表现出了高度一致性。

二者都采用了1.5T三缸发动机+7速双离合器变速箱，并且在变速箱内集成一个驱动电机，并联在变速箱的输出端，实现辅助驱动、纯电动行驶与发电三种功能。

这样的混动结构在欧系品牌当中比较主流，与P2混动不一样的是，P3混动可以实现“绕开变速箱”的纯电动驱动，而P2结构则是位于变速箱输入端，更多地是协同发动机进行扭矩补充等驱动方式，无关孰好孰坏，只是实现逻辑不同罢了。