南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 蔣浩豐

2011年11月，德國(guó)奧迪公司在新世紀(jì)的第一款混合動(dòng)力車(chē)型上市了，這就是Audi Q5 hybrid quattro。這款高級(jí)SUV混合動(dòng)力車(chē)使用的是經(jīng)過(guò)改進(jìn)的8速OBW型自動(dòng)變速器，該變速器還在Audi A6 hybrid和Audi A8 hybrid車(chē)型上配備。該變速器具有動(dòng)力傳遞效率高、噪音和振動(dòng)小、換擋操作便捷、結(jié)構(gòu)合理等優(yōu)點(diǎn)。

1 8速0BW型自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)

在配備傳統(tǒng)自動(dòng)變速器的車(chē)輛上，車(chē)輛起步是通過(guò)液力變矩器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，液力變矩器將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩傳遞至行星齒輪機(jī)構(gòu)。而在8速0BW型自動(dòng)變速器上，通過(guò)雙質(zhì)量飛輪來(lái)消除發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩振動(dòng)，液力變矩器位置則被電驅(qū)動(dòng)裝置的電機(jī)V141（以下簡(jiǎn)稱(chēng)電機(jī)V141）和離合器F所取代。8速0BW型自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 電機(jī)V141

電機(jī)V141是一臺(tái)永久勵(lì)磁三相交流同步電機(jī)，定子的24個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)同步驅(qū)動(dòng)裝備著32塊永久磁鐵的轉(zhuǎn)子，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。電機(jī)V141的質(zhì)量為26 kg，最大輸出功率為40 kW（當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2 300 r/min時(shí)），其最大輸出轉(zhuǎn)距為210 N·m。電機(jī)V141用于車(chē)輛純電動(dòng)起步和行駛，也可以用于起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)和車(chē)輛加速。為了高效利用混合動(dòng)力技術(shù)，電機(jī)V141也可被當(dāng)作發(fā)電機(jī)使用，這樣可以將車(chē)輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在高壓蓄電池內(nèi)。

圖1 8速0BW型自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)

1.2 傳動(dòng)裝置

8速0BW型自動(dòng)變速器傳動(dòng)裝置如圖3所示。

1.3 齒輪組

8個(gè)前進(jìn)擋和倒擋是通過(guò)4套簡(jiǎn)單的單排行星齒輪組（1套行星齒輪組包含1個(gè)太陽(yáng)輪、3個(gè)行星輪和1個(gè)齒圈）的相應(yīng)連接來(lái)實(shí)現(xiàn)的。前部2套行星齒輪組共用同1個(gè)太陽(yáng)輪，動(dòng)力通過(guò)第4套行星齒輪組的行星架輸出，齒輪組結(jié)構(gòu)如圖4所示。

1.4 換擋元件

該變速器含有5個(gè)換擋元件（2個(gè)多片式制動(dòng)器A和B，3個(gè)多片式離合器 C、D和E）負(fù)責(zé)切換8個(gè)擋位，換擋元件是通過(guò)液壓來(lái)接合的，各個(gè)擋位均可以通過(guò)讓A、B、C、D和E中的3個(gè)換擋元件的接合來(lái)實(shí)現(xiàn)。

離合器F用于將發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)V141連接或斷開(kāi)。混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)時(shí)的工況（比如“用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛”或“用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛”），是通過(guò)離合器F來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

制動(dòng)器B用做起步元件，為了讓制動(dòng)器B能承擔(dān)起步元件的任務(wù)，該制動(dòng)器進(jìn)行了適配，對(duì)其穩(wěn)定性、ATF質(zhì)量和控制提出了較高要求。制動(dòng)器B使用了6個(gè)摩擦襯片來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩，這些摩擦襯片的直徑相對(duì)于變速器殼體來(lái)說(shuō)已經(jīng)達(dá)到了最大。在控制方面，相對(duì)于其他換擋元件來(lái)說(shuō)，制動(dòng)器B的特殊之處在于，制動(dòng)器B活塞的兩側(cè)各有一個(gè)壓力腔（分別為壓力腔B1和壓力腔B2），壓力腔B1用于讓制動(dòng)器B接合，壓力腔B2用于讓制動(dòng)器B脫開(kāi)，這樣就提高了其接合與分離的質(zhì)量。制動(dòng)器B結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖2 電機(jī)V141結(jié)構(gòu)

圖3 8速0BW型自動(dòng)變速器傳動(dòng)裝置示意圖

圖4 齒輪組結(jié)構(gòu)

1.5 換擋路徑

變速器換擋由變速器控制單元根據(jù)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度和車(chē)速來(lái)確定。升擋過(guò)程只能執(zhí)行順序升擋，不可越級(jí)升擋。例如1擋升7擋，其換擋路徑為：1擋→2擋→3擋→4擋→5擋→6擋→7擋。降擋過(guò)程可實(shí)現(xiàn)順序降擋或越級(jí)降擋，根據(jù)當(dāng)時(shí)具體車(chē)況決定。例如4擋降1擋，有以下3種降擋順序：4擋→3擋→2擋→1擋；4擋→3擋→1擋；4擋→2擋→1擋。

0BW型自動(dòng)變速器具體換擋路徑如圖6所示。

圖5 制動(dòng)器B結(jié)構(gòu)

圖6 0BW型自動(dòng)變速器換擋路徑

1.6 機(jī)電一體模塊E26/9

機(jī)電一體模塊E26/9用于帶有選擋拉索的換擋操縱機(jī)構(gòu)，Audi Q5 hybrid quattro車(chē)使用傳統(tǒng)的選擋拉索來(lái)傳遞選擋桿位置信息和駐車(chē)鎖的操作情況，這個(gè)選擋拉索鉸接在變速器操縱桿上。變速器操縱桿通過(guò)換擋軸與駐車(chē)鎖桿相連。駐車(chē)鎖桿操縱純機(jī)械式的駐車(chē)鎖并通過(guò)一個(gè)銷(xiāo)子推動(dòng)行駛擋位傳感器G676的滑塊。行駛擋位傳感器G676是機(jī)電一體模塊的一個(gè)組件，該傳感器的滑塊上的磁鐵會(huì)根據(jù)位置切換4個(gè)霍爾傳感器。這些霍爾傳感器的信號(hào)為變速器控制單元提供了所在擋位信息（P、R、N、D）。機(jī)電一體模塊E26/9結(jié)構(gòu)如圖7、圖8所示。

圖7 機(jī)電一體模塊E26/9結(jié)構(gòu)1

圖8 機(jī)電一體模塊E26/9結(jié)構(gòu)2

2 配備8速OBW型自動(dòng)變速器的車(chē)輛工作原理

2.1 車(chē)輛準(zhǔn)備完畢可以行駛

要想讓車(chē)輛處于準(zhǔn)備完畢可以行駛的狀態(tài)，駕駛?cè)吮仨毑认轮苿?dòng)踏板且選擋桿置于P擋或N擋。按下START（起動(dòng)）按鍵，就可以激活高壓系統(tǒng)和12 V系統(tǒng)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)高壓蓄電池充電狀態(tài)。

（1）如果高壓蓄電池的絕對(duì)充電狀態(tài)低于25%，組合儀表上就會(huì)提示“當(dāng)前無(wú)法起動(dòng)車(chē)輛”。隨后應(yīng)使用充電器為高壓蓄電池充電，充電電流最小為30 A，最大為90 A。

（2）如果高壓蓄電池的絕對(duì)充電狀態(tài)低于34%，那么在按下START按鍵后，電機(jī)V141就開(kāi)始工作。另外變速器機(jī)油輔助液壓泵V475和機(jī)械驅(qū)動(dòng)的ATF泵會(huì)產(chǎn)生足夠大的系統(tǒng)壓力來(lái)讓離臺(tái)器F接合，于是電機(jī)V141就能夠起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。在選擋桿仍位于P擋或N擋時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，電機(jī)V141就會(huì)被當(dāng)成發(fā)電機(jī)使用。這時(shí)電機(jī)V141通過(guò)已接合的離合器F而被驅(qū)動(dòng)，用于給當(dāng)前的用電設(shè)備供電。發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)將怠速提升至1 430 r/min從而為電機(jī)V141提供足夠的動(dòng)力。隨后，組合儀表上就會(huì)顯示“hybrid ready”（混合動(dòng)力準(zhǔn)備就緒），且功率表上指針指在“READY”（準(zhǔn)備就緒）這個(gè)位置。

（3）如果高壓蓄電池的絕對(duì)充電狀態(tài)高于34%，那么電機(jī)V141就短時(shí)間運(yùn)行一下，屬于例行檢查，變速器機(jī)油輔助液壓泵V475以最低功率工作，在尚未將選擋桿切換至D擋、S擋或R擋前，制動(dòng)器A就已接合，且制動(dòng)器B也已經(jīng)處于離合器接合點(diǎn)狀態(tài)。隨后，組合儀表上就會(huì)顯示“hybrid ready”狀態(tài)信息，且功率表上指針指在“READY”這個(gè)位置。

用電機(jī)V141實(shí)現(xiàn)車(chē)輛“首次起步”的前提條件是：車(chē)輛處于準(zhǔn)備完畢可以行駛的狀態(tài)（hybrid ready）；高壓蓄電池的絕對(duì)充電狀態(tài)高于40%；環(huán)境溫度高于10 ℃；電氣系統(tǒng)有效功率大于15 kW；高壓蓄電池溫度高于10 ℃且低于55 ℃；電機(jī)V141的溫度在規(guī)定值范圍內(nèi)；起動(dòng)機(jī)B可以使用；擋位S和tiptronic模式未激活；車(chē)輛所處的海拔高度不超過(guò)4 000 m；發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度高于5 ℃且低于50 ℃；變速器并未要求起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。一旦滿(mǎn)足用電機(jī)V141實(shí)現(xiàn)車(chē)輛“首次起步”的這些前提條件，駕駛?cè)司涂梢宰孕袥Q定是用發(fā)動(dòng)機(jī)還是用電機(jī)V141來(lái)讓車(chē)輛起步。如果駕駛?cè)艘秒姍C(jī)V141來(lái)讓車(chē)輛起步，那么在車(chē)輛處于準(zhǔn)備完畢可以行駛狀態(tài)（hybrid ready）后，駕駛?cè)嗽趯⑦x擋桿切換至D擋、S擋或R擋前30 s內(nèi)必須按下EV按鍵；如果駕駛?cè)藳](méi)有在30 s內(nèi)按下EV按鍵，那么發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)起動(dòng)。

2.2 車(chē)輛起步

車(chē)輛處于準(zhǔn)備完畢可以行駛的狀態(tài)，如果將選擋桿切換至D擋或S擋，制動(dòng)器A和離合器C就會(huì)接合，且預(yù)選了1擋。如果將選擋桿切換至R擋，那么除了制動(dòng)器A接合外，離合器D也接合，且預(yù)選了R擋。而制動(dòng)器B在起步時(shí)才會(huì)接合，它用作起步元件。

2.3 純電動(dòng)行駛

純電動(dòng)行駛的前提條件是，高壓蓄電池的絕對(duì)充電狀態(tài)不低于34%。如果高壓蓄電池的絕對(duì)充電狀態(tài)低于34%時(shí)，那么發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)起動(dòng)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛并給高壓蓄電池充電。

純電動(dòng)行駛時(shí)，以1擋的動(dòng)力傳遞為例，動(dòng)力傳遞路線如圖9所示，此擋位下工作的換擋元件有制動(dòng)器A、制動(dòng)器B和離合器C，傳遞路徑為電機(jī)V141→變速器輸入軸→離合器C→S4→P4→PT4→變速器輸出軸。

2.4 用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛且電機(jī)V141以發(fā)電機(jī)模式工作

用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛且電機(jī)V141以發(fā)電機(jī)模式工作時(shí)，離合器F處于接合狀態(tài)。如果高壓蓄電池的絕對(duì)充電狀態(tài)不超過(guò)70%，那么電機(jī)V141將作為發(fā)電機(jī)使用。如果高壓蓄電池的絕對(duì)充電狀態(tài)達(dá)到70%，那么發(fā)電機(jī)模式將會(huì)被關(guān)閉。如果電機(jī)V141沒(méi)有用作發(fā)電機(jī)，也沒(méi)有用于驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛，那么它就是在無(wú)負(fù)載運(yùn)行（即所謂的空轉(zhuǎn)）。發(fā)電機(jī)的功率是所有當(dāng)前用電設(shè)備（12 V電網(wǎng)上的所有用電設(shè)備和空調(diào)壓縮機(jī)）消耗的功率加上蓄電池（高壓蓄電池A38和12 V蓄電池A）充電所消耗的功率之和。

用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛且電機(jī)V141以發(fā)電機(jī)模式工作時(shí)，以1擋的動(dòng)力傳遞為例，動(dòng)力傳遞路線如圖10所示，此擋位下工作的換擋元件有制動(dòng)器A、制動(dòng)器B和離合器C，傳遞路徑有2種，其中一條傳遞路徑為發(fā)動(dòng)機(jī)→離合器F→變速器輸入軸→離合器C→S4→P4→PT4→變速器輸出軸；另外一條傳遞路徑為發(fā)動(dòng)機(jī)→離合器F→電機(jī)V141。

2.5 2種動(dòng)力共同驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛

在車(chē)輛行駛過(guò)程中，如果高壓蓄電池已充足電，那么在使用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛時(shí)，也會(huì)適當(dāng)接通電機(jī)V141來(lái)工作，避免發(fā)動(dòng)機(jī)以極大的功率工作，也節(jié)省了燃油，并且又釋放掉了高壓蓄電池部分電能，這樣高壓蓄電池又能通過(guò)能量回收而獲取電能。

用2種動(dòng)力共同驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛時(shí)，以1擋的動(dòng)力傳遞為例，動(dòng)力傳遞路線如圖11所示，此擋位下工作的換擋元件有制動(dòng)器A、制動(dòng)器B和離合器C，傳遞路徑有2種，其中一條傳遞路徑為發(fā)動(dòng)機(jī)→離合器F→變速器輸入軸→離合器C→S4→P4→PT4→變速器輸出軸；另一條傳遞路徑為電機(jī)V141→變速器輸入軸→離合器C→S4→P4→PT4→變速器輸出軸。

圖9 純電動(dòng)行駛時(shí)1擋動(dòng)力傳遞路線

圖10 發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛時(shí)1擋動(dòng)力傳遞路線

2.6 車(chē)輛滑行時(shí)的能量回收

在車(chē)速不超過(guò)160 km/h且高壓蓄電池的絕對(duì)充電狀態(tài)不超過(guò)80%時(shí)，一旦駕駛?cè)怂砷_(kāi)加速踏板且沒(méi)有對(duì)車(chē)輛施加制動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元就會(huì)激活能量回收功能并開(kāi)始回收能量。在這個(gè)過(guò)程中，離合器F脫開(kāi)，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉。電機(jī)V141會(huì)被車(chē)輛的動(dòng)能驅(qū)動(dòng)，在這種能量回收過(guò)程中電機(jī)V141是以可控發(fā)電機(jī)模式工作，負(fù)責(zé)為用電設(shè)備供電，并為高壓蓄電池充電。這時(shí)電機(jī)V141將會(huì)最大可達(dá)30 N·m的轉(zhuǎn)矩加載到變速器輸入軸上，這個(gè)轉(zhuǎn)矩在超速減速工況時(shí)可以起到類(lèi)似于發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)效果的制動(dòng)作用。在能量回收過(guò)程中，變速器會(huì)根據(jù)相應(yīng)的車(chē)速來(lái)掛入相應(yīng)擋位。因此，就可以在需要時(shí)，通過(guò)讓離合器F接合來(lái)接上發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力。

車(chē)輛滑行時(shí)，以2擋的動(dòng)力傳遞為例，動(dòng)力傳遞路線如圖12所示，此擋位下工作的換擋元件有制動(dòng)器A、制動(dòng)器B和離合器E，傳遞路徑為變速器輸出軸→PT4→P4→S4→離合器E→H2→P2→PT2→變速器輸入軸→電機(jī)V141。

圖11 2種動(dòng)力共同驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛時(shí)1擋動(dòng)力傳遞路線

圖12 車(chē)輛滑行時(shí)2擋動(dòng)力傳遞路線

2.7 車(chē)輛滑行時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)接管制動(dòng)

如果高壓蓄電池的絕對(duì)充電狀態(tài)高于80%，高壓蓄電池將不再充電，因此，也就不會(huì)有電機(jī)V141作為發(fā)電機(jī)使用時(shí)的那種制動(dòng)作用了，于是制動(dòng)作用由發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)承擔(dān)。通過(guò)讓離合器F接合而接上發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)承擔(dān)超速減速工況（反拖）時(shí)的制動(dòng)，電機(jī)V141將作為發(fā)電機(jī)來(lái)使用，并為當(dāng)前的用電設(shè)備供電。

車(chē)輛滑行時(shí)，以2擋的動(dòng)力傳遞為例，動(dòng)力傳遞路線如圖13所示，此擋位下工作的換擋元件有制動(dòng)器A、制動(dòng)器B和離合器E，傳遞路徑有2種，其中一條傳遞路徑為變速器輸出軸→PT4→P4→S4→離合器E→H2→P2→PT2→變速器輸入軸→電機(jī)V141；另一條傳遞路徑為變速器輸出軸→PT4→P4→S4→離合器E→H2→P2→PT2→變速器輸入軸→離合器F→發(fā)動(dòng)機(jī)。

2.8 空轉(zhuǎn)模式

空轉(zhuǎn)模式也稱(chēng)空轉(zhuǎn)功能或自由滑行。在空轉(zhuǎn)模式時(shí)，不會(huì)形成類(lèi)似于發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)那種作用，且也不會(huì)給高壓蓄電池充電?？辙D(zhuǎn)模式在車(chē)速低于160 km/h 時(shí)才會(huì)出現(xiàn)，這點(diǎn)與超速減速工況時(shí)的能量回收功能是一樣的，就是說(shuō)既不踩加速踏板也不踩制動(dòng)踏板。在空轉(zhuǎn)模式時(shí)，離合器F會(huì)脫開(kāi)，以便斷開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)，于是發(fā)動(dòng)機(jī)的制動(dòng)功效就不起作用了。

車(chē)輛節(jié)省了燃油且會(huì)在無(wú)驅(qū)動(dòng)力的情況下滑行到車(chē)輛停住為止（只要高壓蓄電池的絕對(duì)充電狀態(tài)不低于34%），隨后發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)被起動(dòng)以便充電。配備有0BW變速器的車(chē)輛，在空轉(zhuǎn)模式時(shí)，其傳動(dòng)系并沒(méi)有完全與動(dòng)力源斷開(kāi)。電機(jī)V141會(huì)以發(fā)電機(jī)模式在低負(fù)荷下工作，用于改善聲響。在發(fā)電機(jī)模式時(shí)電機(jī)V141所產(chǎn)生的電能一般是不夠用于給當(dāng)前用電器供電或用于給高壓蓄電池充電的。變速器會(huì)根據(jù)車(chē)速來(lái)變換擋位，這樣在踩加速踏板時(shí)會(huì)有相應(yīng)的擋位以供使用。

2.9 制動(dòng)能量回收

與超速減速工況時(shí)的能量回收一樣，制動(dòng)能量回收也是回收車(chē)輛動(dòng)能，制動(dòng)能量回收不受車(chē)速限制。在制動(dòng)能量回收過(guò)程中，電機(jī)V141會(huì)被車(chē)輛的動(dòng)能驅(qū)動(dòng)，從而以可控發(fā)電機(jī)模式工作，并為用電設(shè)備供電和高壓蓄電池充電。在這種情況下，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩（最高可達(dá)200 N·m）作用到變速器輸入軸上，于是形成所謂的“電動(dòng)制動(dòng)作用”。

一旦高壓蓄電池的絕對(duì)充電狀態(tài)達(dá)到80%，那么它將不再充電，制動(dòng)能量回收也不再工作。在這種情況下或制動(dòng)能量回收所產(chǎn)生的制動(dòng)效果不夠用時(shí)，就由液壓制動(dòng)器來(lái)增強(qiáng)或者干脆取代制動(dòng)能量回收所產(chǎn)生的制動(dòng)效果。

在制動(dòng)能量回收過(guò)程中，以2擋的動(dòng)力傳遞為例，動(dòng)力傳遞路線如圖14所示，此擋位下工作的換擋元件有制動(dòng)器A、制動(dòng)器B和離合器E，傳遞路徑為變速器輸出軸→PT4→P4→S4→離合器E→H2→P2→PT2→變速器輸入軸→電機(jī)V141。

3 牽引配備8速OBW型自動(dòng)變速器的車(chē)輛注意事項(xiàng)

牽引配備8速OBW型自動(dòng)變速器的車(chē)輛要注意以下2點(diǎn)：牽引距離不要超過(guò)50 km；牽引車(chē)速不要超過(guò)50 km/h。在牽引過(guò)程中，由于ATF泵不工作，故變速器內(nèi)的部件得不到有效潤(rùn)滑，如不遵守上述距離和車(chē)速限制規(guī)定，就有可能導(dǎo)致變速器損壞。

圖13 車(chē)輛滑行發(fā)動(dòng)機(jī)接管制動(dòng)時(shí)2擋動(dòng)力傳遞路線

圖14 制動(dòng)能量回收時(shí)2擋動(dòng)力傳遞路線