新蒙迪欧混动车 HF35 变速器结构与原理分析
作者：蒋浩丰
来源：《汽车维护与修理·汽修职教》 2017年第10期
新蒙迪欧混动车（CD391HEV）是福特汽车公司首次在中国推出的油电式混合动力车，为了改善该混合动力车的车速，研发了一款全新电气化无级变速器HF35，配备在新蒙迪欧混动车（CD391HEV）上。福特工程师们改进了HF35变速器的齿轮比的操作过程及与发动机之间的匹配度，这种改进能够使变速器的操作更加灵活，从而能够达到出色的燃油经济性、动力性及其他方面的改善（与传统的无级变速器产品相比）。
1 新蒙迪欧混动车HF35变速器结构分析
1.1 新蒙迪欧混动车 HF35变速器结构组成
新蒙迪欧混动车 HF35变速器外形如图1所示，电气化自动无极变速器HF35是在普通自动变速器的基础上大胆改进而成，既颠覆了普通自动变速器的结构组成又颠覆了传统无极变速器的工作原理。HF35变速器是由一组单行星齿轮机构构成的，能够实现无极变速的一款新型变速器。该变速器在行星齿轮机构中既没有离合器也没有制动器。可实现的功能有：电力驱动、给高压蓄电池充电、起动发动机和传递发动机扭矩，质量为102.5 kg。传统的无极变速器具有2个滑轮，其中一个连接到发动机，另外一个则连接到轮毂。滑轮之间的传动带则通过油缸压缩滑轮或释放滑轮来达到传动带的缩短或拉长效果，这样就能够产生连续可变的齿轮比。而HF35变速器则是用电动机替换了这两个滑轮，其中一个电动机与输出轴的轮毂相连，而另外一个电动机则与行星齿轮组相连。而该齿轮组具有3个方向的连接：行星架连接发动机，齿圈连接轮毂，太阳轮连接发电机。HF35变速器的结构组成如图2所示。
1.2 HF35变速器主要元件分析
1.2.1 起动机
新蒙迪欧混动车 HF35变速器起动机的结构如图3所示，它是由定子线圈、永磁转子和线圈绕组温度传感器组成。它在工作时不同于其他电机，根据工作的需要，它既可以是发电机也可以是起动机。
新蒙迪欧混动车 HF35变速器驱动电动机如图4所示，它是由三相定子线圈、永磁转子组成，结构与起动机完全相同，只是它们安装部位和所起到的作用有所不同。
新蒙迪欧混动车HF35变速器电动机工作原理如图5所示，无论是起动机还是驱动电动机，它们的工作原理基本相同，都为三相交流电动机，由6个晶体管，把直流电转变为交流电，控制三相绕组；它们通过6个二极管整流实现交流与直流的互相转换；在交流电状态下电动机为正弦波，可以提供连续可变电压；在直流电状态下电动机为方波，它是一种开关的状态；它们属于交流永磁同步电动机，采用永磁的好处是电动机起步转矩大，它的最大功率为92 kW，可以为车辆刚起步提供大的转矩；所谓同步就是转子上有许多磁铁，电相位同步。它们采用的是场效应管，都是通过电压来控制电路中电流的大小，比晶体管更节能；而绝缘双极型晶体管可以实现小电流控制大电流。
由于电动机的安装位置不同，因此各个电动机的工作对象也完全不同。由于起动机是直接与行星机构的太阳轮相连，所以，当起动发动机时，作为起动机，将电能转化为机械能，用于
提供动力；当发动机运转时，起动机作为发电机，将动能转化为电能，用于给高压蓄电池组充电。而驱动电动机则是与齿圈变速器动力输出部分相连，当需要电力驱动时，驱动电动机将高
压电能转化为动能驱动车辆行驶，当车辆需要制动时，驱动电动机又转变为发电机，将汽车动
能转化为电能给高压电池组充电。
1.2.2 HF35变速器行星齿轮机构
新蒙迪欧混动车 HF35变速器行星齿轮机构如图6所示，它和其它行星齿轮机构不同的是，它是由一个简单行星齿轮机构组成来实现无级变速，结构简单，成本低，更重要的是可以为电
力系统节省更多的空间。
1.2.3 HF35变速器中间轴
新蒙迪欧混动车 HF35变速器中间轴如图7所示，中间轴是整个变速器的关键部分。因为
发动机输出的转矩全靠中间轴来传递，因此对变速器中间轴材质的要求相当严格。同时变速器
中间轴上各种齿轮的工作状态代表着汽车不同的传动比，要想明白不同传动比之间的关系，需
要清楚中间轴上各零部件的连接关系。如图7所示发动机先与行星架相连，通过齿圈，再与齿
圈中间轴齿轮5相连；起动机输入轴与行星齿轮机构中太阳轮相连；驱动电动机通过齿轮6与
中间轴齿轮4连接；齿圈中间轴齿轮5与主减速器齿轮8连接；输出轴和行星架之间连接着适
配器和减振器装置，可抑制扭矩波动；行星架有外部轮齿，外部轮齿与机油泵的齿轮啮合；齿
圈与中间轴的齿轮啮合，它与驻车锁齿轮共同构成一个单元。
2 新蒙迪欧混动车 HF35变速器工作原理分析
2.1 新蒙迪欧混动车HF35变速器基本原理
新蒙迪欧混动车 HF35变速器动力结构如图8所示，在行星齿轮机构中，行星架连接发动机，齿圈和驱动电动机通过中间轴连接到驱动轮上，太阳轮连接起动机，起动机通过硬线与高
压蓄电池和驱动电动机相连，中间轴上的3个齿轮固定在轴上，中间轴充当减速器齿轮，行星
齿轮组与中间轴共同决定了各单元对彼此的传动比。车辆根据当前驾驶条件调节各个驱动装置
的速度，从而调节行星齿轮组中的各个功率的输出。3个动力源的输出都是由发动机控制单元
和变速器控制单元共同协调控制来完成工作的。车辆静止时，车速为0，起动机起动车辆，行
驶中靠改变发电机的发电情况，来控制驱动电动机的动力输入，从而改变车速。
2.2 新蒙迪欧混动车CD391HEV整车工作模式
新蒙迪欧混动车CD391HEV整车工作模式有：纯电动驱动、混合驱动、电力助力、驻车充电和再生制动。以下结合HF35变速器的动力流分析详细解释这5种工作模式的含义。
2.2.1 HF35变速器的纯电动模式
在动力电池电量充足且功率需求较小（如轻加速或稳定车速时）实施纯电动驱动，所谓纯
电动驱动，就是汽车发动机不参与工作，完全依靠高压电池组给变速器内部的驱动电动机提供
高压电，从而驱动车辆，动力流如图9所示。纯电动驱动下，车辆的最高车速为137 km/h，实
际行驶中如果车速超过最大限速，车辆会有限速设置，如果此时人为解除了车辆限速设置，那
么对电动机，高压电池组以及变速器会有严重的损害。在纯电动模式下，如果驾驶人想倒车，
那么驾驶人只需要将换挡旋钮指在R挡的位置，变速器控制单元会改变电动机内部的励磁线圈
的极性，从而使电动机逆转实现倒车。
2.2.2 HF35变速器的混合驱动模式
