編譯 | 清新汽車(chē)

來(lái)源 | Transmission Technology International 2018年9月

從高性能的超級跑車(chē)到大眾市場(chǎng)的掀背車(chē)，實(shí)用型電動(dòng)汽車(chē)的到來(lái)，使得變速器的設計在最近受到了更大的關(guān)注，傳動(dòng)系統的安靜、平穩運行和能源效率變得更加重要。

“總體上變速器效率是很高的。” 專(zhuān)門(mén)做電氣化動(dòng)力系統的公司Drive System Design (DSD)的負責人西蒙·謝波德（Simon Shepherd）說(shuō)，“ 但是，如果你看看電動(dòng)動(dòng)力系統，那里的電機和電子設備在90%的效率范圍內，傳動(dòng)在總損失中所占的比例就變得更重要了，它可能是總損失的15%-20%。”

因此，控制電池組的成本和延長(cháng)行駛里程是電動(dòng)汽車(chē)設計中的重要因素。與化石燃料汽車(chē)相比，即使是小幅度提高變速器效率也會(huì )大大提高其重要性。

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”同樣的重點(diǎn)轉移也適用于安靜，因為沒(méi)有了咆哮的引擎，其他的噪音會(huì )很明顯。“變速器噪音通常令人不快，” 性能傳輸專(zhuān)家XTRAC的首席執行官阿德里安·摩爾(Adrian Moore)說(shuō)。“旋轉的呼呼聲音是可以的，但是一旦你聽(tīng)到齒輪敲擊等類(lèi)似的噪聲，那就真的很不愉快了。”為了獲得一種非常精確的變速器，需要做大量的工作，特別是當它沒(méi)有被內燃機掩蓋的時(shí)候。

“ 然而，這樣的挑戰很少是簡(jiǎn)單的。”謝波德說(shuō)，“在齒輪的宏觀(guān)和微觀(guān)幾何方面，系統內部存在著(zhù)權衡，但這也是一個(gè)完整的系統問(wèn)題。”

“這不僅關(guān)系到齒輪，還在于軸的設計、軸承、外殼的剛度和相互作用。” 同樣，效率的提高也得益于整體方法。例如，摩爾指出，提高轉速可以充分提高驅動(dòng)電機的效率水平，但往往會(huì )使嚙合齒輪的情況更糟。他補充道：“在電機效率和傳動(dòng)效率之間有一個(gè)折衷方案。” 作為這種相互關(guān)系的結果，優(yōu)化不僅必須跨越變速器和驅動(dòng)電機，而且還要跨越電動(dòng)汽車(chē)的電力電子，甚至其電池技術(shù)。

“ 現在，最大的趨勢是集成。” 摩爾說(shuō)，“這意味著(zhù)我們可以用更少的連接器和電纜來(lái)減輕整個(gè)系統的重量。

此外，許多故障來(lái)自連接子系統。如果我提供一個(gè)完整的系統，我可以真正控制完整的測試和標定。” 謝波德同意：“越來(lái)越多的電動(dòng)汽車(chē)系統正在變得高度集成，所以它不是變速器、馬達和一套電子設備的簡(jiǎn)單組合。”這些系統正變得高度集成在一個(gè)外殼內，非常多地設計在一起。

>>> 共用流體

提高集成度可以在工程上提供多種好處。

“在賽車(chē)運動(dòng)中，你讓一個(gè)部分做兩個(gè)工作，以減輕整體重量，” 摩爾說(shuō)，“如果開(kāi)始把這種想法應用到汽車(chē)上，你就能得到一些非常好的解決方案。在電動(dòng)汽車(chē)中有一個(gè)非常重的電池組，所以在車(chē)輛的其他部件上，降低重量是非常重要的。”

謝波德說(shuō)，特斯拉和豐田已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種通用流體來(lái)潤滑變速器和冷卻驅動(dòng)電機的動(dòng)力系統。在這個(gè)混合系統中增加電力電子是下一個(gè)合乎邏輯的步驟。 他預測：“ 一些進(jìn)入汽車(chē)運動(dòng)的電子設備是更高溫度的設備，有可能用油冷卻。” 路德維希引用了大陸的類(lèi)似發(fā)展：電機、電力電子和電池都是水冷的，但正在轉向油冷電機，還有對油冷電力電子，甚至是油冷電池的一些要求。

這種共用的方式是促使人們更密切地審視潤滑油本身的因素。“潤滑對效率有很大的影響，”謝波德繼續說(shuō)道，“這會(huì )造成很大的阻力，我們已經(jīng)做了大量工作，模擬和預測損失的影響。我們用清晰的外殼對此進(jìn)行測試，現在我們正在試驗CFD中的一些最新技術(shù)來(lái)預測攪動(dòng)阻力。“

摩爾描述了XTRAC的類(lèi)似的研究，“我們有一個(gè)完全清晰的變速器臺架，它可以在轉彎和制動(dòng)時(shí)全速運轉，以真正優(yōu)化變速器的油位，從而使攪動(dòng)量降至最低。”進(jìn)一步積極的潤滑油管理是可能的。路德維希說(shuō)，大陸已經(jīng)建立了一個(gè)帶有自己的電動(dòng)泵和過(guò)濾器的傳動(dòng)潤滑系統。摩爾說(shuō)：“對這種方法的需求正在增加。我們真的認為潤滑油系統需要一些壓力。這顯然更復雜，但效率提升的效果很好。”

>>> 增加轉速

從飛濺潤滑向加壓潤滑的轉變將被更高的電機速度的趨勢所推動(dòng)。

路德維希指出：“目前，我們正在討論一些預開(kāi)發(fā)項目，該項目的電機轉速將顯著(zhù)超過(guò)20,000 rpm，我認為一些電機正在實(shí)驗室運行，轉速為3萬(wàn)至3.5萬(wàn)轉。” 他補充稱(chēng)，這樣一臺電機或其齒輪的突然鎖死可能會(huì )令人討厭。他解釋說(shuō)：“轉速越高，風(fēng)險就越高，這確實(shí)是驅動(dòng)對可控潤滑的需求。你必須確保潤滑是有效的，如果你只依靠被動(dòng)潤滑，你就無(wú)法控制它，也就不知道發(fā)生了什么。”

“提高電機速度的動(dòng)力來(lái)自于對效率的整體追求，因為更高的速度可以使體積較小的電機上提供（與大的電機）相同的功率和扭矩，節省重量、材料和成本，以及使安裝更容易。缺點(diǎn)是，更高的輸入速度會(huì )給下游動(dòng)力系統的其他部分帶來(lái)問(wèn)題。” 謝波德說(shuō)：“你在處理高速齒輪嚙合，或者如果你想用多個(gè)速比來(lái)實(shí)現它，那么你就有了一個(gè)更復雜的齒輪系統來(lái)控制。”

路德維希繼續說(shuō)：“你需要更多的重量和能量來(lái)驅動(dòng)執行機構，需要更復雜的傳動(dòng)控制，所以你必須把這些與從電機方面所獲得的好處進(jìn)行比較。” 如今，大多數電動(dòng)汽車(chē)都依賴(lài)于電機和車(chē)輪之間的一個(gè)固定傳動(dòng)比。這一共識可能很快就會(huì )被推翻，因為多速變速器可以幫助減少電機的大小和保持性能，同時(shí)在一個(gè)更有效的運行區域運行。路德維希預測說(shuō)：“我們看到浪潮來(lái)了。”

路德維希補充說(shuō)：“我們已經(jīng)在和客戶(hù)討論2速的方案，有些人要求3速解決方案。” 市場(chǎng)需求首先出現在運動(dòng)型電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)發(fā)中，在這種情況下，固定速比很難平衡電機效率水平與轉矩和速度指標之間的關(guān)系。

與之形成對比的是，謝波德說(shuō)，DSD認為重型電動(dòng)汽車(chē)(如卡車(chē))對多速傳動(dòng)系統的需求最多，它們有自己棘手的扭矩和速度要求。他補充說(shuō)：“設計一種寬速度范圍的電機會(huì )損害其峰值效率。作為一名電機設計師和一名電力電子工程師，使用多速技術(shù)可以幫助您在較小的范圍內集中精力進(jìn)行操作。如果你使用一個(gè)特定的電機，并使用一個(gè)多速比的變速器，就可以在一個(gè)驅動(dòng)周期內提高效率。”

“ 今天，雙離合器變速器被廣泛認為是多速電動(dòng)汽車(chē)的最佳選擇，盡管從長(cháng)遠來(lái)看，可能會(huì )出現更多奇怪的選擇。” 路德維希透露，“我們正在對所謂的磁傳動(dòng)進(jìn)行深入的研究。” 他描述了在電子控制下啟動(dòng)的帶有可變數量轉子和定子極的電機。路德維希補充道：“我們還可以在現有的電機上添加一種電磁變速器，在那里，我可以用不同的磁鐵進(jìn)行電子換檔，這些磁鐵被激活和停用，第一批原型正在實(shí)驗室運行。我認為這是一個(gè)重大的技術(shù)變化。”

>>>傳統及電氣化DCT技術(shù)發(fā)展論壇（15日），EV驅動(dòng)與多擋變速器技術(shù)發(fā)展論壇（16日）

2018年10月15日~16日，中國汽車(chē)工程學(xué)會(huì )和中汽翰思管理咨詢(xún)公司聯(lián)合吉林大學(xué)泰州汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)研究院及泰州市臨港經(jīng)濟園將在江蘇泰州舉辦兩場(chǎng)TMC專(zhuān)題論壇：傳統及電氣化DCT技術(shù)發(fā)展論壇（15日），EV驅動(dòng)與多擋變速器技術(shù)發(fā)展論壇（16日）。歡迎大家報名參會(huì )，共同探討中國自動(dòng)變速器和驅動(dòng)系統的未來(lái)。