二、寶馬X6混合動(dòng)力主動(dòng)變速箱
 （一）主動(dòng)變速箱
    1.  概覽
    E72的主動(dòng)變速箱由General Motors、Daimler Chrysler（即現(xiàn)在的Daimler和BMW）合作研發(fā)。與傳統(tǒng)自動(dòng)變速箱一樣，變速箱輸入端和變速箱輸出端之間傳動(dòng)比不同。
    從駕駛員的角度來說共有7個(gè)前進(jìn)擋位。在變速箱內(nèi)部，這7個(gè)前進(jìn)擋位通過4個(gè)固定的基本擋位和具有可變傳動(dòng)比的2個(gè)模式實(shí)現(xiàn)。在4個(gè)固定的基本擋位中，發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱輸出軸的轉(zhuǎn)速比固定不變。而具有可變傳動(dòng)比的模式則不同：發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱輸出軸的轉(zhuǎn)速比能夠進(jìn)行連續(xù)可變調(diào)節(jié)，因此這種模式稱為“CVT”（Continously Variable Transmission）。
    由于E72主動(dòng)變速箱具有2個(gè)CVT模式，因此資料中通常也稱其為“雙模式主動(dòng)變速箱”。通過集成在主動(dòng)變速箱內(nèi)的兩個(gè)電動(dòng)機(jī)對(duì)傳動(dòng)比進(jìn)行電動(dòng)調(diào)節(jié)。因此這2個(gè)模式也稱為“ECVT”，其中“E”代表“電動(dòng)”。電動(dòng)機(jī)作為混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝A的主要組成部分還用于為發(fā)動(dòng)機(jī)提供支持（助力）以及回收利用制動(dòng)能量。4個(gè)固定的基本擋位和兩個(gè)ECVT模式通過3個(gè)行星齒輪箱和4個(gè)片式離合器實(shí)現(xiàn)或連接。
    因此從狹義角度來說，主動(dòng)變速箱包括2個(gè)電動(dòng)機(jī)、3個(gè)行星齒輪組、4個(gè)片式離合器。
    E72主動(dòng)變速器剖面如圖3所示。

    此處所示的行星齒輪組、片式離合器和電動(dòng)機(jī)的編號(hào)和名稱在后面的主動(dòng)變速箱插圖中還會(huì)繼續(xù)使用。
    從廣義角度來說，整個(gè)主動(dòng)變速箱系統(tǒng)的附加組件有扭轉(zhuǎn)減振器、包含電動(dòng)泵/機(jī)械泵和冷卻循環(huán)回路在內(nèi)的供油系統(tǒng)、電液控制模塊、混合動(dòng)力駐車鎖。
    主動(dòng)變速器組件如圖4所示。

    在此使用一個(gè)雙質(zhì)量飛輪作為扭轉(zhuǎn)減振器。飛輪位于發(fā)動(dòng)機(jī)與主動(dòng)變速箱之間。其結(jié)構(gòu)與手動(dòng)變速箱車輛所用的部件相似。E72的發(fā)動(dòng)機(jī)不通過獨(dú)立的啟動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。但是仍然裝有通常情況下與啟動(dòng)機(jī)嵌接在一起的齒輪。該齒輪在E72上僅用于獲取曲軸轉(zhuǎn)速。
    雖然主動(dòng)變速箱沒有液力變矩器，但變速箱組件仍需要潤(rùn)滑。因此，同時(shí)也是為了操控片式離合器，在變速箱輸入端上裝有一個(gè)機(jī)油泵，該機(jī)油泵既可通過發(fā)動(dòng)機(jī)也可通過專門為此安裝的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。同時(shí)，機(jī)油回路還用于對(duì)變速箱組件進(jìn)行冷卻。E72上用于變速箱油的冷卻循環(huán)回路與E71 xDrive 50i冷卻循環(huán)回路的結(jié)構(gòu)相同。
    與當(dāng)前其他自動(dòng)變速箱一樣，混合動(dòng)力電子變速箱控制系統(tǒng)是電液控制模塊的組成部分，安裝在變速箱油底殼內(nèi)。作為研發(fā)合作伙伴，General Motors被確定為混合動(dòng)力電子變速箱控制系統(tǒng)的供應(yīng)商。E72上的混合動(dòng)力電子變速箱控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為“TCM”，是研發(fā)合作過程中所用英語“Transmission Control Module”的縮寫。
    與其他自動(dòng)變速箱不同，主動(dòng)變速箱的混合動(dòng)力駐車鎖并非液壓操控式。而是通過一個(gè)電機(jī)操控。該電機(jī)以及相關(guān)電子控制單元集成在一個(gè)殼體內(nèi)，稱為“直接換擋模塊”（DSM）。該模塊位于變速箱殼體外側(cè)。
    與傳統(tǒng)自動(dòng)變速箱不同，主動(dòng)變速箱沒有液力變矩器。而且，主動(dòng)變速箱也沒有順序手動(dòng)變速箱內(nèi)自動(dòng)操控的離合器。那么如何實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)速差異巨大的起步過程呢？通過電動(dòng)機(jī)可以補(bǔ)償這一轉(zhuǎn)速差異。在利用發(fā)動(dòng)機(jī)起步的過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)開始時(shí)僅驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電動(dòng)機(jī)中的一個(gè)。該電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電能從而驅(qū)動(dòng)第二個(gè)電動(dòng)機(jī)，同時(shí)產(chǎn)生變速箱輸出軸上的轉(zhuǎn)矩。從而最終使車輛移動(dòng)起來。進(jìn)行換擋時(shí)也需要電動(dòng)機(jī)進(jìn)行工作，它可以為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩提供支持并確保在片式離合器分離和接合時(shí)換擋過程舒適順暢。僅僅依靠電動(dòng)機(jī)還不足以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)性，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱之間安裝了上文已經(jīng)提到過的雙質(zhì)量飛輪。
    2.  系統(tǒng)電路圖
    在系統(tǒng)電路圖中展示了主動(dòng)變速箱與混合動(dòng)力駐車鎖的電氣聯(lián)網(wǎng)，如圖5所示。

    3.  主動(dòng)變速箱的狀態(tài)
    下面首先介紹主動(dòng)變速箱的內(nèi)部狀態(tài)。其中包括“沒有動(dòng)力傳愉”的狀態(tài)、2個(gè)ECVT模式和4個(gè)固定的基本擋位。之后將這些內(nèi)部狀態(tài)分配給從駕駛員角度出發(fā)的相應(yīng)擋位。
    以下將借助一個(gè)變速箱結(jié)構(gòu)示意圖來對(duì)這些狀態(tài)進(jìn)行說明，如圖6所示。通過圖5-6可以輕松地將變速箱結(jié)構(gòu)示意圖元件和實(shí)際部件聯(lián)系起來。

    （1）ECVT1模式具有可變傳動(dòng)比的第一種模式（ECVT1模式）設(shè)計(jì)用于較低車速和最大牽引力。處于該模式時(shí)可以通過以下方式驅(qū)動(dòng)車輛：僅通過電動(dòng)機(jī)B；僅通過發(fā)動(dòng)機(jī)；通過電動(dòng)機(jī)B和發(fā)動(dòng)機(jī)。
    使用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的傳動(dòng)比可通過以下方式計(jì)算。
      i＝發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/變速箱輸出軸轉(zhuǎn)速
    該傳動(dòng)比可從無窮大至1.800。“無窮大”表示發(fā)動(dòng)機(jī)可以運(yùn)轉(zhuǎn)，而變速箱輸出軸保持靜止?fàn)顟B(tài)。因此可以像帶有液力變矩器時(shí)一樣起步。可以通過控制兩個(gè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)該傳動(dòng)比，電動(dòng)機(jī)A轉(zhuǎn)速越高，該傳動(dòng)比越大。電動(dòng)機(jī)B以約為4的傳動(dòng)比與變速箱輸出軸相連。
    為了實(shí)現(xiàn)ECVT1模式，在主動(dòng)變速箱內(nèi)只有片式離合器1接合，所有其他片式離合器均斷開，如圖7所示。以純電動(dòng)方式行駛時(shí)，電動(dòng)機(jī)A運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生任何負(fù)荷，而電動(dòng)機(jī)B則正相反。這樣可使變速箱輸入軸及發(fā)動(dòng)機(jī)保持靜止?fàn)顟B(tài)。

    采用發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)B混合驅(qū)動(dòng)方式時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率分為兩個(gè)部分，如圖8所示。也可以說發(fā)動(dòng)機(jī)的功率“分支”。

    這就是“功率分支式混合動(dòng)力”術(shù)語的來源。兩個(gè)部分包括：機(jī)械部分，直接用于驅(qū)動(dòng)車輛；電氣部分，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)A作為發(fā)電機(jī)使用并產(chǎn)生電量。
    發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能可以部分或完全存儲(chǔ)在高電壓蓄電池內(nèi)。電動(dòng)機(jī)B以電機(jī)形式吸收電能。電能完全或部分來自電動(dòng)機(jī)A或高電壓蓄電池。各能量的大小取決于很多因素，這些能量由混合動(dòng)力主控控制單元隨時(shí)重新計(jì)算和調(diào)節(jié)。
    兩個(gè)ECVT模式的特點(diǎn)在于，除發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械驅(qū)動(dòng)路徑外，還有電動(dòng)驅(qū)動(dòng)路徑。使用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)路徑時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)借助一個(gè)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能，這些電能完全或部分通過一個(gè)電動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)車輛。這種電動(dòng)驅(qū)動(dòng)路徑的布置方式與串聯(lián)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置相同。如果考慮到能量流的總量，則電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置可以為發(fā)動(dòng)機(jī)提供支持。在這種模式下也可以為高電壓蓄電池充電。但是發(fā)動(dòng)機(jī)必須提供更大功率且消耗更多燃油。這種情況看起來是一個(gè)缺點(diǎn)，混合動(dòng)力運(yùn)行策略主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)這種所謂的“負(fù)荷點(diǎn)提高”，如果這樣可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率（例如滿負(fù)荷時(shí)效率高于部分負(fù)荷），通過這種方式存儲(chǔ)的能量用于相對(duì)較小的額外能量損耗，例如可以重新用于以純電動(dòng)方式行駛。
（2）ECVT2模式  與第一種模式相反，第二個(gè)ECVT模式設(shè)計(jì)用于較高車速。在ECVT2模式下，既可以純電動(dòng)方式行駛，也可以啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)行駛。發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)比可以在1. 800~0. 723的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。與 ECVT1模式下相同，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在此也用作控制參數(shù)。根據(jù)具體數(shù)值可以看出傳動(dòng)比較之ECVT1模式更小，因此適于較高車速。但電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)比也更小。也就是說，它的有效轉(zhuǎn)速范圍向更高速度推移。電動(dòng)機(jī)可以為發(fā)動(dòng)機(jī)提供支持或用于為高電壓蓄電池充電。與第一種ECVT模式相似，通常一個(gè)電動(dòng)機(jī)作為電機(jī)運(yùn)行（在此為電動(dòng)機(jī)A），另一個(gè)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行（在此為電動(dòng)機(jī)B）。在ECVT2模式下片式離合器2接合，所有其他片式離合器均斷開，如圖9所示。

    在第二種ECVT模式下也可以通過控制電量流（考慮到總量）使高電壓蓄電池充電（發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷點(diǎn)提高）或放電（為發(fā)動(dòng)機(jī)提供支持）。運(yùn)行策略會(huì)在考慮最佳總效率的同時(shí)調(diào)節(jié)相應(yīng)能量流。
（3）固定的基本擋位  與兩個(gè)ECVT模式不同，對(duì)于主動(dòng)變速箱固定的基本擋位而言，變速箱抽入軸與變速箱輸出軸間的傳動(dòng)比固定不變。因此發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，車速也會(huì)發(fā)生相應(yīng)程度的改變。
    只有當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)不在最佳效率范圍內(nèi)時(shí)，該固定傳動(dòng)比才會(huì)體現(xiàn)出不利的一面。但在需要發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)矩的情況下，運(yùn)行策略仍會(huì)選擇這些范圍。此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)效率已經(jīng)處于非常好的狀態(tài)。相對(duì)于ECVT模式而言，固定擋位的優(yōu)勢(shì)在于取消了電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置內(nèi)的雙重能量轉(zhuǎn)換。因?yàn)橥ㄟ^一個(gè)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電能并通過另一個(gè)電動(dòng)機(jī)使用電能也會(huì)造成相應(yīng)損失。處于所有固定的基本擋位時(shí)（除基本擋位4外），電動(dòng)機(jī)均可以無負(fù)荷旋轉(zhuǎn)，作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，從而為發(fā)動(dòng)機(jī)提供支持或作為發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，為高電壓蓄電池充電。
    另外，處于固定的基本擋位4時(shí)，電動(dòng)機(jī)B靜止不動(dòng)，因此只有電動(dòng)機(jī)A可以像文中所述的那樣靈活使用。
    以發(fā)電機(jī)方式運(yùn)行特別適用于滑行階段或車輛減速時(shí)，從而將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能并存儲(chǔ)到高電壓蓄電池內(nèi)。如果忽略固定基本擋位的不同傳動(dòng)比，那么主動(dòng)變速箱的工作狀態(tài)就好像電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在同一根軸上一樣。這種布置方式與并聯(lián)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置的完全一樣。

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