大众混合动力系统解读
1 DQ400E总成概况
DQ400E是大众公司全新开发的一款P2结构的混合动力变速箱,其
采用三离合器巧妙地将电机与6档变速箱集成于一体。匹配涡轮
增压发动机,该总成搭载多款插电式混合动力车型。
奥迪(进口)奥迪A3(进口) 2015款 e-tron
途观L PHEV使用了大众集团开发的混动系统,系统内包含了一台整
合电动机的DQ400e变速箱和一台发动机。
这套系统的特色为结构紧凑,能整合到任何使用MQB平台的车辆上,
但是输出的动力可不小,这套动力总成系统能够输出比发动机
更强劲的动力,然而它的排量却只有。当然了,这套系统并不
是只有发动机一个主角,另一个主角就是电动机。
混动系统靠的就是电动机扭矩大、响应快的特性推动车辆于中低速
行驶,而发动机则是提供中高速的动力输出,让两者发挥彼此的长
处。以下就是这两位主角的介绍:
整合电动机的全新一代DQ400e变速箱:DSG变速箱换挡迅速、逻
辑顺畅是众所皆知的优势,称它是全世界最好的双离合器变速箱也
不为过,还有一个优势,就是此变速箱的体积小,就算整合电动机,
也能轻易地放进MQB平台内。
途观LPHEV上的DQ400e变速箱还整合了一台能输出
85kW/330Nm的电动机,和汽油机一样,都是可以独当一面的角色,
借由电动机低速扭矩大的特色,在起步及低速阶段驱动车辆,节省
燃油消耗。另外,这台电动机也担任起动机的角色,启动更快,发
动机启停时更平顺。有了电动机的辅助,就能代替发动机在“静止
启动”这种工况下工作,因为这时候发动机需要更多的能量来带动
车辆,是最耗油的工况,而电动机在这种工况下则能发挥大扭矩的
特色,而且不耗费汽油。
由于结构紧凑,占用的空间小,所以不用开发全新平台(现有MQB
平台就能够容纳),等于减低了开发成本,对于消费者来说,代表
能够用最合适的价格入主PHEV车型。
奥迪(进口)奥迪A3(进口) 2015款 e-tron
项目 参数
发动机 直列四缸
发动机最大功率 110kw/5000-6000rpm
发动机最大扭矩 250Nm/1600-3500rpm
电机类型 永磁同步电机
电机总功率 85kw
电机最大扭矩 330Nm
变速箱类型 湿式DCT
变速箱尺寸 473*534*405
重量 电机+DCT:125Kg(不含油)
在DQ400E变速箱总成中最核心的就是其中包含的P2模块,由一个
85kw的电机、分离离合器K0和变速器的双离合器K1K2组成。其通
过内外输入轴连接一款6速DCT变速箱,主要包括内外输入轴、中
间一轴、中间二轴、差速器、换挡执行机构和液压阀板等零部件。
DQ400E采用的是一台永磁同步电机,由电机转子、电机定子、电
机冷却外壳、旋变等零部件组成。其中电机冷却水套和变速箱箱体
集成为一体,电机定子固定在箱体上,电机转子通过箱体上的一对
角接触轴承支撑。电机整体为扁平型,总长度股仅为117mm。
2 三离合器结构
DQ400E 离合器采用湿式三离合型式,三离合器系统集成在电机转子
内部,转子内壁支架为整个三离合器提供支撑。K0 离合器(黄色部分)
为一独立离合器,用于结合或分离发动机。布置在电机转子内部,离
合器内毂的花键连接发动机的双质量飞轮DMF,离合器的外毂位于电
机转子上。箱体内部的圆腔里一对滚针轴承为离合器外毂提供支撑,
同时K0离合器的内部有一滚针轴承为内外输入轴提供支撑。K1离合器
(绿色部分)和K2离合器(蓝色部分)和其他的双离合器结构大同小
异。K1离合器外毂与电机转子支架连接,内毂的内花键用于连接内输
入轴,摩擦片采用卡环固定。K2离合器的外毂布置在K1离合器外毂内
部,与K1离合器外毂连接,内毂的内花键用于连接外输入轴,摩擦片
也用卡环固定。离合器执行机构由活塞、回位弹簧、弹簧支架三部分
组成。离合器的分离和结合靠液压控制,K1和K2离合器采用CSC来实
现,K0离合器采用活塞方式实现。在变速器的箱体上及轴系上加工了
控制油道。液压系统通过控制油道油压来使CSC 机构执行移动完成离
合器的结合和分离。离合器为高速旋转零部件,同时为摩擦件,在工
作中会产生大量的热量,就需要对离合器进行润滑和冷却。同样的,
在箱体和轴系上加工有用于润滑的专用油道。
3 电机
奥迪(进口)奥迪A3(进口) 2015款 e-tron
▲DQ400E的离合器组刨面图,其中黄色的离合器用以连接发动机和
电机,而绿色和蓝色的离合器属于变速箱原有的部分,当黄色的离
合器断开时,电动机单独驱动传动系统,闭合时则接入发动机动力
4 变速器齿轮轴系结构
DQ400E的轴系部分就是典型的DCT结构的轴系布置,同样是采用
平行的三轴式设计。由内输入轴、外输入轴、中间轴1、中间轴2和
差速器等组成。奇数档位主动齿轮都在内输入轴上,偶数档位主动
齿轮都在外输入轴上。中间轴1上依次布置倒档、四档、一档的从动
齿轮;中间轴2上依次布置二档、六档、三档、五档的从动齿轮。两
个中间轴上分别布置两个同步器。(左图红线表示1档动力传递路径)
电机内部有润滑油等,采用油冷方式,同时在定子外部设置有冷却
水道,可以更好地冷却电机定子。在奥迪A3的电机冷却水道中,当
发动机不工作时,冷却液不经过发动机中冷器直接流向电机,为电
机冷却,然后流回冷却系统。此时冷却液的行程较短,冷却作用更
为高效。当电机和发动机同时工作时,冷却液则是先经过发动机冷
却再流向电机,最后留回冷却系统。
DCT在换挡过程的无动力中断,整车舒适性好。这里用一档升二档
解释其原理:发动机和电机耦合之后,K1离合器结合,K2离合器打
开,此时同步器处于一档位置,动力经内输入轴传递到中间轴1档
齿轮,再经同步器传递到中间轴1,再传递到输出齿轮,并且,此
时可以将二档的同步器挂入,也即此时挂入了两个同步器。当二档
切换一档时, K1离合器逐渐松开, K2离合器逐渐结合,即可实现
无动力中断式换挡。然后再同理进行升档和降档。
档位 1st 2nd 3rd 4th 5th 6th R
主动齿 18 22 27 50 44 50 22 61
从动齿 63 61 50 51 45 42 61 63
速比
总速比 8
5 换挡执行机构
DQ400E的换挡执行架构为分离式驱动方式,即液压控制系统直接
驱动拨叉轴的两端,这样可有效地的降低摩擦损失,同时尺寸链更
短,有利于减小液压模块的振动和变形。但这种结构的缺点在于壳
体加工困难,须在壳体上加工油道。轴系结构中存在4个同步器,对
应的也有4套拔叉总成,实现6个前进档和一个倒档。
Fork
Main
PadsWidth
(mm)
3rd Pad
Width
(mm)
Sleeve Groove
(mm)
1st
4th/Rev
2nd/6th
3rd/5th
6 液压模块
模块总成和组成元件
油道连接管和中间壳体油道
液压系统
液压控制模块和左箱体油孔
液压系统原理图
液压系统
7 油泵
DQ400E的油泵由一个电机驱动两个外齿轮油泵,分别对液压系统
高压及低压力供给压力油,高低压油泵采用并联的方式进行连接,
在低压油油泵进油位置设置了吸油过滤器。低压油泵直接从油底壳
中吸油,并给离合器及齿轮轴系提供冷却所需的润滑油,回流的油
液可经过油泵进油口位置直接流入到油泵进油口位置。高压油泵从
HCU 里的密闭腔体里面进行吸油,给离合器及换挡系统提供压力油。
其中低压泵排量约,高压泵排量约。
DQ400E变速箱,巧妙地把电动机和DSG双离合变速箱整合在一起,
结构紧凑而且传动效率高。开起来比使用E-CVT的混动车更有驾驶感。
此外,DSG变速箱的变速品质一直是同类型变速箱中最好的,不但
换挡逻辑顺畅,在动力传输上也很有优势,进一步扩大PHEV车型
的节能效果。
博世iBooster电机伺服制动系统:为什么不用传统的机械式液压制
动系统?因为本车具动能量回收制动功能,在你轻踩刹车的时候,
机械刹车其实是不介入的,除非系统判断你需要的制动力度超过-
。另外,相较于传统的机械式液压刹车,iBooster系统的制动
反应时间比传统刹车更快,而且不需要极强踩踏力道,就能够输出
最大制动力。
滑行能量回收:当驾驶员松开油门,且不踩刹车的情况下,车辆会
根据当前的车速和档位情况,计算出需求的电机发电力矩。这个电
机发电力矩是阻力矩,会使车辆产生减速度。回收的能量以电能的
形式存储在高压电池中供后续行程中使用, 降低整车的油耗。
只要你放开油门,车辆会根据当前车速和挡位情况,利用电机发电
力矩制造类似发动机制动的感觉。有什么好处?简单说就是省油,
不浪费任何一点能量。
说了那么多,到底这些看起来很先进的科技对我们消费者有什么好
处?说了那么多数据,还是说一些直观的感受。
这套PHEV系统,能带来比发动机更好的性能感受,但油耗却比
发动机更低(大约低15%),续航里程高达862km,这时候你
会发现鱼与熊掌原来可以兼得。
DQ400E集成了电动机模块,它的离合器有三组,比普通双离合变
速箱多了一组,这多出来的一组离合器是用来分离发动机和电动机
的,这样车辆才能够以真正的纯电动模式来行驶。另外,很多人担
心一但电力用尽,是不是性能表现就跟一辆发动机的车型差不
多?答案是:NO,这套系统最成熟的地方,除了机械的整合度高,
电源管理系统的成熟度也很高。这套系统会将最低电力维持在24%,
也就是说不管什么情况,电机都会介入驱动车辆。
除了高效节能,这套混动系统使用离合器来控制发动机的介入,面
临的挑战是:如何让发动机介入时保持输出平顺?电动机启动发动
机时,K0离合器会“半离合”带动发动机运转,等到发动机点燃之
后又会断开连接。此时发动机会和电动机同步转速,最终结合。
如何将结合的闯动减到最小?通过换挡的间隙与发动机结合,将转
速波动减到最小,并且借助本身变速箱的强大技术,让两者结合无
法被察觉。
相较于国内厂家习惯使用的混动结构或者是日系厂家惯用的重
混,大众这套混动系统的结构比较紧凑,所以能够迅速普及在旗下
各款车型上。且有效降低成本,消费者不需要太高的代价就能够拥
有节能车款。
这套DQ400E的内置电机带有额定55kW/75kW两个版本,而这台途
观L PHEV上的是额定功率55kW的版本,可以实现85kW/
的最大输出,搭配110kW/的发动机,可以实现整套系
统155kW/的最大输出。
优秀的机械系统很重要,但电控系统更重要,这点是大众的强项。这
套系统会让电动机和发动机维持在高效运转区间,简单地说就是“该
用油的时候用油,该用电的时候就用电”,得到的结果就是省油。
▲DQ400E 混动双离合变速箱的爆炸图,其中C1/C2是变速箱原有的
离合器组,前级增加了一个用于控制与发动机之间通断的离合器组
定子
转子
发动机/电动机连接离合器K0
双离合变速箱K1/K2离合器
P2混动架构:单电机混动系统,电机加上离合器和发动机配合,实现
混合动力模式。加上大众DSG变速箱的优势技术,整个系统的体积非
常小,而且结构紧凑。
这套P2架构的混动系统,有几个明显优势:①发动机和电机全部机械
传动,效率高;②优化电动机和发动机的工作范围;③变速箱技术成
熟,单电机双离合器系统成本低,易于快速推广;④支持更高车速的
纯电行驶,更加省油;⑤每一挡都能被电动机使用(相对的优
势);⑥借由大众成熟的变速箱技术,行驶、驾驶感好;⑦结构简单、
紧凑、重量轻,模块化集成度高;⑧经济性:续航里程862km,百公
里油耗;⑨整合电动机的DQ400e变速箱能够轻易放进MQB平台
车型,减少成本,最终反映在售价上。
这套系统不像丰田的THS有那么复杂的行星齿轮组,到了一定的车速
之后,电动机必定要介入,可以实现高速纯电驱动。
对比自主品牌用的布局,P2布局则是有结构紧凑、重量轻,模块
化集成度高、可靠性高的优势。
汽油直喷发动机可输出115kW,电动机的功率则可达到80kW,
整套动力系统可输出155kW的最大功率,最大扭矩可达400Nm,使
得混合动力版的新Passat最高时速超过210km/h,0-100km/h的加
速仅需8秒即可完成。
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