1 综述
在专用电动车平台上,传统的发动机舱可以大大减少甚至消除,在相同的外部车辆尺寸下,为电池留下更多的内部空间,就可以放下更大容量的电池,以提升车辆的续航里程。
因此,未来的电动汽车需要具有高功率密度且结构紧凑型的电动驱动系统,支持新能源车型更为紧凑的动力布置。
紧凑的设计可以降低车身地板的高度,甚至可以在前/后轴上进行横向安装,最大化车辆的使用空间。在这些应用中,具有小高度的同轴结构具有关键优势。
为了适应电动汽车架构的演变,新型高度集成电驱动单元的总体发展目标如下:
高集成度、结构紧凑、体积小适于大批量生产集成冷却、润滑具备高功率密度具备可扩展性出色的NVH性能2 GKN同轴电驱桥
▲装配GKN两挡同轴电驱桥的BMW i8
同其他同功率系统相比,双速eTwinster同轴系统可轻松集成运用到现有车辆的平台中,除适用城市多功能车、豪华插电式混合动力SUV以及全电动超级跑车外,它还可轻松适用于前轮驱动、后轮驱动或全轮驱动的系统应用。
GKN的eTwinsterX和传统车桥比,主要有以下几个不同:
最大的不同就是没有了传统意义的差速器,这一功能是由分别接到左右车轮的两套湿式离合片组实现,同时还可以提供扭矩矢量分配。输出与出入同轴的设计让布局非常简便,不再像很多电驱桥那样有不规则的外形,这是最让OEM心仪的。中间轴上运用的行星轮可以通过另一套湿式离合片组控制其介入,进而控制档位和转速。另外,湿式离合片组可以在不中断扭矩输出的情况下进行换档,无缝连接。
▲沃尔沃XC90上的GKN同轴电驱后桥
70kW左右的输出,也是瞄准了计划用电驱桥作为第二驱动轴的车型。
功率不用太大,因为不需要独自驱动车辆于所有工况,而且这个尺寸的电机也刚好可以便于同轴式的布局。
▲配备GKN同轴电驱后桥的沃尔沃S90底盘
P4构型电驱桥的好处是发动机只驱动前轴,电驱桥只驱动后轴,控制灵活度更大,也省去了从横置发动机到后轴的传动轴。
▲沃尔沃XC90上的GKN同轴电驱后桥
两速变速机构也为减小电机尺寸带来了帮助,同时也瞄准了大型传统OEM对在效率和油耗方面的巨大压力。而扭矩矢量分配也符合其高端产品的定位。
▲GKN eTwinsterX-cut-model-with-sideshafts
▲GKN eTwinsterX-exploded-view
沃尔沃S90上的GKN同轴电驱桥主要参数:
电机类型:永磁同步电机峰值功率:65kW峰值扭矩:240Nm最高转速:12500rpm总成重量:34kg冷却方式:水冷3 FEV同轴电驱桥
FEV认为,到2030年,全球汽车销售构成中,纯电汽车约占17的市场份额,内燃机和混合动力仍将占有83%的市场,这里的统计数据是指乘用车和3.5吨以下的轻型商用车。
▲Evolution of electric vehicle architectures ( FEV)
FEV预测,到2030年,在中、美、欧三个主要汽车市场中,中国的纯电动汽车无论是绝对数值还是构成比例,都是最高的。
▲Passenger car powertrains in 2030 ( FEV)
FEV近期公开了一种高度集成的同轴布置驱动单元,其中电机,电控和变速器高度整合集成在一个紧凑的外壳中,之所以选择同轴解决方案是因为可以获得较低的总高度和优异的NVH性能。
目标匹配中大型车,整备质量为2000kg左右;最大轴端扭矩3500 Nm;0至100km/h 加速时间<6 s;最高时速200公里/小时(轴速1,500转/分);峰值功率 230kW;连续功率100kW,在坡度3%时巡航速度可达180公里/小时;具备驻车锁和空档功能。
▲Lever diagram (left) and 3-D view of the gear set ( FEV)
齿轮组的运转通过两个齿轮轨道实现,没有齿圈。行星架连接到电动机的输入。小太阳齿轮可以接到壳体,以确保扭矩传递或解耦,以实现空档功能。
太阳齿轮则提供输出,直接连接到差速器。由于在行星齿轮组中,齿圈一般是行星齿轮组中成本最高的零件,因此采用齿轮轨道代替传统齿圈,可以有效降低成本。
驻车机构采用轴向设计,与太阳轮同心布置,并具有空档功能。由于它们非常接近,两个系统可以共用一个制动器(parking lock body)。该系统的设计使得空档和驻车都位于执行器行程的每一端。执行器位置布置在空档和停车(NDP布置)之间的中间位置。
▲ FEV同轴电驱桥油冷和水冷回路
4 雪佛兰Bolt同轴电机
随着电动汽车的发展,电动汽车对三电系统核心的需求也带动了新一波的合作潮和商机。一些整车厂,例如特斯拉、宝马会选择自产电池、电机、电控。
但有一些在自发研究的同时,也会选择与一级供应商合作,例如宝马及其在华合资企业华晨宝马与宁德时代签订的电池采购协议和合作协议;再比如,通用和LG的合作。
LG已经是通用的主要合作伙伴,双方早在2008年开始就已经达成合作,共同开发雪佛兰沃蓝达的电池。
而对于Bolt纯电动车,LG供应的零部件包括电机、逆变器模块以及车载充电器、新设计的仪表盘、温控压缩机、以及信息娱乐系统等等。
一款车型如此大规模地采用一家供应商的产品对车企来说较为少见,双方均表示这标志着传统汽车研发进程的转变,共同研发能够降低Bolt的成本,并且加快研发速度。
此电机由通用设计、韩国LG制造。
剖面图展示了通用汽车的标志性条绕定子、空心轴、轴承与螺旋齿轮组结构。
雪佛兰Bolt电驱系统参数
电机类型:永磁电机固定速比:7.05:1峰值功率:150kW峰值扭矩:3600Nm电机级数:8电机外径:204mm额定电压:350V额定电流:400A堆栈长度:125mm最大转速:8810rpm系统重量:76kg润滑油品:德士龙Ⅵ
5 舍弗勒同轴电驱桥
技术参数
系统重量:69kg最大功率:75kW持续功率:45kW最大扭矩:2850Nm持续扭矩:1615Nm最大转速:18200外形尺寸:φ285x450两挡速比:19/6.4
技术参数
系统重量:75kg
最大功率:150kW
持续功率:80kW
最大扭矩:3750Nm
持续扭矩:2250Nm
最大转速:18200
外形尺寸:φ285x425
固定速比:15
▲Efficiency of the drive axle with 440 Nm PSM and power electronics
6 博格华纳同轴电驱桥
7 麦格纳同轴电驱桥
技术参数
系统结构:行星齿轮减速同轴式电机类型:永磁同步电机额定功率:50kW额定扭矩:200Nm减速速比:9.17:1车轮转速:0-1400rpm车轮扭矩:0-1826Nm系统重量:47kg
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