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eTWINSTER — 首款新一代电驱动桥系统

时间:2022-03-16来源:

导语:放眼目前混合动力及纯电动车辆的注册情况,您会清晰地看到这两类车辆在全世界正受到越来越多的重视。

  由吉凯恩开发的eTWINSTER是首款新一代电驱动桥系统,该系统使得混合动力车辆的效率和动态性能向前迈进一大步。

  放眼目前混合动力及纯电动车辆的注册情况,您会清晰地看到这两类车辆在全世界正受到越来越多的重视。吉凯恩凭借其广泛的电动车变速器和电驱动桥产品组合为此类车辆的成长提供了帮助,并且对开发出更强大及高效的动力装置起到了推动作用。现在,随着吉凯恩eTWINSTER的研发,电力驱动迎来了另一个显著发展阶段,该产品可以大大改善混合动力车辆的驱动性能。

  目前,市场上可用的许多电驱动桥系统必须在高传动速度时断开,原因是电动机的最高容许转速以及采用的齿轮速比,而且即便在断开情况下,电驱动桥上还可能残留高达2.5Nm的拖拽扭矩(见图1)。这样的结果就会导致对传动系统的整体效率产生极大负面影响,并且在高速运转时影响更甚。

  由于系统重量的增加(因增加了电池、电动机、逆变器等),混合动力车辆的传动动力与相对应的常规动力(全轮驱动)车辆相比明显受到了影响,主要体现在转向不足更加明显,因为归根到底开放式差速器可以提供给车辆的牵引力有局限性。

  吉凯恩eTWINSTER恰好可以解决这些弱点:一个关键特征就是集成了吉凯恩TWINSTER技术,该技术体现于AWD后桥系统中,并且已经成功引入市场(例如:JLR Evoque的传动总成采用了此技术)。

  结构

  该系统以沃尔沃SPA平台电驱动桥为依托,由吉凯恩于2015年中期开发并批量生产。此外,该系统还用在新型沃尔沃XC90 T8 双引擎插电式混动力车型上,帮助沃尔沃集团的这款旗舰产品实现了平均2.1升/100km的燃油消耗,并且可在5.9秒内实现0到100kph的加速。由于此项工作是在这款系列车型的开发阶段完成的,因此,吉凯恩对该系列车型以及电动后桥相关的其他方面非常了解。由于这些原因,吉凯恩选择了XC90作为开发eTWINSTER的实验车辆。

  电动后桥为同轴构造,电动机的空心轴和差速器的位置同轴(见图2)。电动机的动力输出经由一个副轴与主减齿轮相连。右后传动轴穿过电动机中心。在现有系列车型中,电驱动桥通过一个已获专利的电磁驱动断开差速器在速度为160kph时断开。

  对于新开发的吉凯恩eTWINSTER来说,驱动桥的基本结构已经发生了改变(同轴布局并配有副轴)。关键的差异是,断开差速器已经由两个配有液压驱动活塞的并排TWINSTER离合器所取代。这两个离合器基本上可以放入与旧式产品相同的安装空间内。前提要求是将主减齿轮集成到离合器摩擦片外载体上,并将离合片布置在其下方以节约空间。

  为了能达到所需的液压系统压力,主外壳内集成了一个由无刷直流电机、液压泵和阀门组成的执行器。变速器和执行器共用一个油路,因此使用相同润滑油。该油路设计同时也是变速器使用干油槽(电驱动断开时)设计的基础。因此将无刷直流电机和液压泵布置在变速器下方共用油槽区域内。由于具备可用的安装空间,同时也将液压阀集成在该区域内。

  吉凯恩eTWINSTER 总共使用三个液压阀门。其中两个阀门用于将油喷到左右离合器活塞表面,第三个阀门用来控制轴承和齿轮的润滑,以及离合器的冷却。这样不仅可以使离合器受压,而且可以根据需要调节润滑油的流量。润滑油在各个润滑点的分配可通过不同的孔口来调节。

  吉凯恩 TWINSTER 离合器的关键元件如:执行器、离合器摩擦片和液压活塞都是吉凯恩的标准化系统元件,具备完全定义的物理接口、逻辑接口和材料接口,也就是所谓的“积木模块”。这种通用零部件策略使得在短期内稳健地开发和创造出一种诸如吉凯恩eTWINSTER这样的复杂系统成为可能。

  功能

  电动机产生的动力从电动机的传动小齿轮传给副轴的齿轮。之后,动力经由副轴上的小齿轮轴上的小齿轮到达主减齿轮。通过将液压施加到离合器活塞,会轴向移动离合器摩擦片组,使内摩擦片载体连接到外摩擦片载休。最大离合器压力为35bar。根据选择的离合器压力,(本文所示的设计产品中)每个后轮最大可以施加1200Nm的传动扭矩。对于其他应用,通过更改摩擦片数量可以扩展离合器扭矩。

  根据传动情况,两个离合器完全可以独立控制,因此,可以在左右轮之间的后桥上随意分配扭矩。这种扭矩分配可以通过吉凯恩自己的车辆动态控制器,也就是所谓的TASC(车辆牵引力和稳定性控制)进行调整。根据不同的输入信号(如:车轮速度和方向盘转向角度)控制器也可计算出后轮所需的扭矩,并且能够将计算结果传给无刷直流电机和液压阀门的硬件控制器。这种灵活的软件,硬件控制器和车辆动态控制器构架可以快速方便地实现各种应用。

  优势

  由于后轮之间的扭矩分配可以按需控制,eTWINSTER为电动后桥上的扭矩矢量控制提供了机会。转弯时,外轮将会得到比内轮更大的扭矩。此项功能源自专门车辆动态调试的部分功能,目的是通过施加正横摆力矩减少车辆的转向不足。

  而且,控制前桥和电驱动后桥间的速度差会对车辆的动态性能有更大的正面影响。

  此外,相比传统四轮驱动概念而言,eTWINSTER 概念具有独特优势。即使在减速时,也可以利用能量回馈功能将期望扭矩引至后格车轮。这种情况相当于通过刹车介入(内轮制动)完成扭矩矢量控制。只有在采用GKN eTWINSTER 的情况下,驱动力才未在制动的情况下损失,而是通过能量回馈功能挽回。

  根据车辆的调校情况,利用所描述的措施可以实现车辆的中性转向及至向过度的状态。整个车辆变得更加敏捷,转弯半径更小,侧向加速度更高。

  作为进一步的功能,吉凯恩eTWINSTER可以提供锁定后桥的功能。类似于防滑差速器,通过离合器的同步驱动可将两个后轮连接在一起。这使得牵引力得到明显改善,并且可以用作高速范围内的偏航衰减。

  无论是耦合状态或是断开状态,吉凯恩eTWINSTER的效率均比传动电动后桥更佳。使用干油槽设计以及伴随而来的飞溅损失降低均会改善运行效率。在断开状态下,eTWINSTER的剩余拖拽扭矩明显低于传动驱动桥(配有差速器和断开装置)的拖拽扭矩。此优势是通过快速有效地清除离合器摩擦片组上的润滑油这一针对性措施来实现(参见图1)

  总结

  通过将TWINSTER技术集成到电动车桥内这一举措,使得电力传动总成系统在效率和车辆动态性能方面向前迈进了一大步,同时树立了新的标准。

  eTWINSTER凭借其扭矩矢量控制和防滑减速功能,创造出了更敏捷更加安全的混合动力及纯电动车辆,并且通过使用TWINSTER离合器以及诸如干油槽等更加优化的措施,确保整个系统的效率得到显著提升。

标签: 混合动力

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