宝马混动系统介绍资料

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1、Dr. Jian Yu, Stephen Nelson, 华晨宝马汽车有限公司 Tilo Marschall, Lothar Wolf, 宝马集团; 宝马在中国市场上插电混动车型中的变速器和动力总成宝马在中国市场上插电混动车型中的变速器和动力总成. 摘要摘要: 宝马在 2系旅行车上推出了路面连接式的插电式混合动力系统 前驱采用 3缸涡轮增压汽油发 动机匹配优化的 6速自动变速器，而后驱采用电动机匹配附有分离装置的单速减速器。 为推广宝马的创新式插电混合动力系统，并满足中国市场对新能源汽车日益增长的需求，这些 新的技术也被引入中国市场，同时在自动变速器功能上针对中国驾驶习惯进行了扩充和调整。 本

2、文将对动力总成在整车上的布置及集成予以详细的介绍，并对人机操控和动力系统的通讯架 构进行了描述。 本文在零部件层面上展示了 6速自动变速器在混合动力方面所做的提升和改动，例如：针对新 的动力特性方面要求而进行的技术要求的调整，集成功率电子的增强式电子油泵的开发；针对 从宝马传统动力车型平台移植而来的机械式外部换档机构，而进行的变速器控制单元功能和软 件的调整；后桥电驱动系统配备一台全新开发的单速电机减速器，在高速时可通过电磁控制的 爪形离合器分离装置将电机从驱动系统中切断。 另外本文还通过部分摘选实例对新开发的自动变速器功能予以介绍: 电驱系统的架构及功能概述, 电驱动系统在通过爪形离合器切断

3、过程中对于扭矩削弱的动力补偿控制策略, 混动模式下动力特性以及发动机驱动桥同电驱动桥的联动，包括对于自动变速器的换 档过程的特殊要求以及 发动机空档及关闭状态下的滑行策略, 针对中国市场的自动变速器功能调整. 这些功能对于宝马车型的特性和表现做出了相应的贡献，并有效融入了支撑宝马全线 EfficientDynamics策略的高效动力中。 1. 宝马全新宝马全新 X1 系列系列 iPerformance 技术方案技术方案 宝马在 2016 年推出了 2 系旅行车 iPerformance 版的插电式混合动力车型。它是由采用宝马发 动机平台产品 3 缸涡轮增压汽油发动机并匹配优化的 6 速自动变速

4、器的前驱动轴，结合采用一 台电动机并匹配有分离装置的单速减速器的后驱动轴的混动架构。这一路面连接式的宝马 iPerformance 平台驱动技术是宝马近期开发的，并在宝马同一平台下的其他车型中进行推广。 在中国汽车市场的近 10 年的发展中，随着乘用车在销量上的飞速增长，以及随之而带来的空 气污染的严重影响，中国政府一直在通过各种政措来推广新能源汽车技术，例如购车补助，减 免车税和方便上牌等。应势而为，宝马在中国推出了全新 X1 的插电混动版 (见 Fig. 1)，在宝马 的 iPerformance 平台技术基础上，由 BMW 和 BBA 共同开发，并针对中国市场进行了技术上 较大规模的调整

5、。 插电混动技术可以给用户提供以下几方面的电驱动的优势体验：驾驶动力性，高效，多样性以 及可行驶里程的不受限性，这些都成为宝马紧凑车型插电混动版的基本特性。除此之外，宝马 全新 X1 系列 iPerformance 版还为 SAV 车型提供了创新式的电子全驱特性，全面保障了高效 和节能，运动动力响应和纯电驱动驾驶乐趣的完美结合。 Fig. 1. 宝马全新宝马全新 X1 iPerformance 版版 整车的一些技术参数可参见 Table 1. Table 1:全新宝马全新宝马 X1 系列系列 iPerformance 版的技术参数版的技术参数 2. iPerformance 平台技术的系统概述

6、平台技术的系统概述. . 宝马前驱车型iPerformance技术平台动力总成架构的核心部分是电驱动后驱动轴，其匹配电机 为 70 kW/165 Nm，配置一个单速减速器，可在高速行驶时通过一个电磁控制的爪形离合器分 离装置将电机从驱动系统中分离。这些动力总成部件来源于宝马首次在 i8 中推出的混合动力技 术。只是在 i8 中电驱动系统用于前驱，而在全新 X1 中用作后驱动轴。前驱配置一台 3 缸汽油 发动机，排量为 1.5 升，最大功率 100 kW，采用高电压 BSG 并匹配一台 6 速自动变速器。宝 马 X1 iPerformance 所匹配的高压电池的容量及安装的位置同平台里的首款车型

7、宝马 2 系旅行 版 iPerformance 车型有着显著的区别，共有 11 组电芯模块，总电量为 53 Ah，总电能可达 14.7 kWh，净电能达到 10.7 kWh。这几乎是 2 系电能的 2 倍，纯电动里程达到 NEDC 循环 60 km，从而确保满足中国对 NEV 纯电动里程 50 km 的要求。 Fig. 2 BMW X1 系列系列 iPerformance 的动力总成总揽的动力总成总揽 3. 全新的全新的电驱减速器电驱减速器. . 全新开发的电驱减速器是由宝马 i8 的 2 速变速器减配设计而来。这款新开发的单速减速器也是 实现变速器显著减重并提高效率的关键因素，从而大幅度提高

8、纯电行驶里程，并充分考虑大规 模量产条件下的空间及成本优化。纯电动行驶的最高车速为 125 km/h。电机的最大功率和扭 矩分别为 70 kW 和 165 Nm。减速器速比为 12.5，确保了足够的整车纯电行驶功率和轮边扭矩， 特别是在各种全驱驾驶模式下。 在高速时电驱动系统从驱动系统中切断，以免电机的超速运转。在差速器内，动力传递通过爪 形离合器来切断。也就是说在这一转速之上，电驱动助力，能量回收均不在可能，只有内燃机 驱动系统工作。这一转速界限保证了在最高时速限速地区市场中绝大多数使用工况下的全驱性 能。常开状态的爪形离合器由一个电子机械式的执行机构来控制，针对该执行机构进行了专门 的功能

9、开发，并和其它功能一起在集成的功率电子控制单元中，并能同时运行。爪形离合器的 断开是由一个碟式复位弹簧来实现，无需消耗额外的能量。 该电驱减速器在效率上进行了优化。特别是通过常开的耦合机构，将爪形离合器的棘爪布置在 差速器内部的布置方案，完全避免了在断开状态下的润滑飞溅损失；在断开时，电机和啮合齿 轮则完全静止，也无飞溅损失，驱动轴也只在断开的差速器内转动。 另外，啮合齿都在噪声和效率方面进行了优化。电驱动系统包括电机和减速器都增加了隔音罩 来降低噪音，从而保持同 X1 系列常规动力版车型的一样的高舒适性指标。 Fig. 3. iPerformance 动力总成中的电驱减速器动力总成中的电驱减

10、速器 4. 混合动力版自动变速器混合动力版自动变速器. 宝马 X1 系列 iPerformance 版所配置的内燃发动机驱动前驱同宝马 2 系旅行版是相同的：来自 宝马变速器平台的经过变更的 6 速手自一体自动变速器(见 Fig. 4)，于 2013 年 11 月首次推向 市场。其技术方案同宝马 i8 相同，只是在变速器性能上进行了针对低功率和小扭矩发动机的调 整，为减重和提高效率方面做了贡献。 Fig. 4 6 速手自一体自动变速器速手自一体自动变速器 在硬件方面做了以下几个方面的调整： 机械式选档系统在直接采用了同常规动力车型一致的系统，以保持客户的选档控制的熟识性。 变速器的冷却系统针对

11、前驱布置进行了调 整。外置热交换器集成至整车的进气格栅 上。该冷却系统配有温度开关，直接安装 在变速器壳体上，从而保障在不同温度条 件下稳定在一个恒定的油温水平上。 在发动机关闭状态下以及在纯电动切换 状态下发动机启动前换档元件的快速充 油时集成有功率电子单元的电子油泵(见 Fig. 5)保证了变速器的充分润滑。该油 泵在功能上的增强可以保证低至-4 C 的 纯电驱并提高在低温下的性能表现。这 意味着低温下对发动机冷启动的要求得 到降低。 Fig. 5 全新开发的的集成有功率电子的电子油泵集成有功率电子的电子油泵 5. 混动动力总成中功能集成以及用户接口混动动力总成中功能集成以及用户接口. 在

12、宝马 i8 中已经采用的基于轮边扭矩动力分配的技术方案，也应用到了宝马的 X1 系列 iPerformance 中。它使基于多样负荷要求而从不同动力来源中进行最为有效的分配成为可能。 这一方案也在用户界面和驾驶体验模式按钮方面进行了调整。动力总成的总线通讯和各分系统 的协调配合如 Fig. 6 所示 Fig. 6 BMW X1 iPerformance 的的总线总线架构架构 Fig. 7 驾驶体验按钮和用户界面驾驶体验按钮和用户界面 宝马 X1 系列 iPerformance 的用户界面几乎与传统动力车型没有区别。细微的变化只是为了标 示出，混合动力版如同柴油机或汽油机之外的第 3 种动力总成

13、的选配。驾驶体验控制按钮也做 了细微的调整，可以通过“EV”按钮进行“Auto eDrive”, “max eDrive” 和“Save battery”三种模式 之间的切换。所有模式的功能区别及他们之间的相互搭配总结在 Table 2 中。 Table 2: 宝马宝马 X1 系列系列 iPerformance 的的各种各种模式模式 6. 创新创新的的自动自动变速器变速器功能功能. 宝马 X1 系列 iPerformance 应用了大量的宝马功能平台中的创新自动变速器功能，例如驾驶工 况相关的发动机重启和快速换档。以下着重介绍专为此款车型所开发的一些功能实例。 发动机发动机动力动力模式模式及及

14、电驱电驱模式模式的的驾驶驾驶动力动力特性特性及及其其相互相互配合配合： 整车的性能表现是同其由发动机驱动还是由电机驱动不相关的。例如，在纯电驱模式下的蠕动 同匹配自动变速器的传统动力驱动的表现是一致的。能量回收也是进行精准控制来实现从能量 回收到蠕动的平稳过渡。不论是 BSG 电机还是驱动电机通过路面进行的最大能量回收限制都 能满足绝大部分用户相关工况的减速需求。BSG的电机，驱动电机和发动机可以同时配合发力 来满足用户的高的加速需求。特别是在发动机低转速和扭矩工况下，助力模式下可使整车动力 特性表现达到有如匹配 700 Nm 扭矩的发动机。这些功能使驾驶乐趣达到极致，特别是在弯路 和山路条件

15、下。 电电驱驱动动轴轴功率功率下降下降中中的的补偿补偿策略策略 采用单速电驱减速器的决策主要是基于大规模量产车型成本的考虑，这也同时带来了动力总成 技术参数斟酌的挑战。最终，两个主要目标 - 纯电动模式下最大轮边扭矩的最大化和在尽可能 大的范围内提供足够的电驱助力储备，的冲突和平衡下确定下了一个较高的减速器速比 12.5， 但需要增加分离装置来避免在车速超过 125 km/h 后电机的超速运转。在全负载加速工况下， 在切断动力车速阈值附近，扭矩的骤降就是一个必需考虑的问题。整车在这一条件下会突然损 失大约 11 kW 的功率，如果进行补偿的话，会直接带来舒适性上折扣。在舒适性方面宝马采用 了一

16、下几种策略： 发动机功率的预留, 发动机超增压用于补偿动力骤降, 电驱动系统助力的衰减，以及 BSG 电机对发动机的增力模式. Fig. 8 显示了采用和未采用补偿策略的结果对比。 Fig. 8 扭矩扭矩骤降骤降的的补偿补偿策略策略 AUTO eDrive 模式模式下下滑行滑行功能功能设计设计的的策略：策略： 空档滑行的边界条件，例如最大车速 160 km/h 是同传统动力车型类似的，在 ECO PRO 模式 下滑行时通过在变速器内部机械式打开非主要的接合单元来最大程度地降低拖拽扭矩。在传统 动力车型中，发动机必须运转以满足动力总成的保持，整车的舒适性附属系统并保证整车的电 力供应。Fig. 9 给出了滑行功能的概述以及其在 EV 模式下的衔接。这也适用于驱动模式下的 驾驶工况。 Fig. 9 Auto eDrive 模式模式下下 EV 和和滑行滑行切换切换概览概览 纯电动模式下发动机可以完全关闭。在宝马 X1 iPerformance 上实现了两种空档滑行功能。这 两种不同类型的划分是对滑行中以及发动机重启所需功率进行计算比较的结果。