雙電機多模電驅動橋的研製方案

摘要

客戶對BEV有3個主要需求。它們是“成本更低”，“充電時間更短”和“巡航範圍更長”。現有的1Motor-1Speed電子車軸主要有以下3個問題需要進一步改進。“電機高效率區域無法覆蓋所有速度，特別是高速”。“在某些駕駛場景中可能會感到缺乏力量，例如上坡”。“更大的電機尺寸和電池容量是通電所必需的”。為了解決上述問題，“實現高效率和高駕駛效能”和“實現高輸出和緊湊型E軸”非常重要。為了實現這一點，我們開發了“雙電機-雙速”三合一E軸：雙電機多驅動模式E軸。透過2個電機和2個速度的組合提供4種驅動模式。透過根據驅動條件選擇最佳模式，它不僅有助於功耗改善，還有助於電池容量降低。雙電機可在必要的駕駛場景中獲得足夠的駕駛力。在不增加電機尺寸的情況下可以上電，因為採用兩個對稱放置的小型電機，可以使電機直徑更小。它有助於擴大行李空間，無需投資新的大型發動機。透過車輛測試，在WLTC模式下確認了超過10%的功耗改善。這意味著電池容量減少超過10%。並且，在沒有嚴重轉變的情況下確認了良好的駕駛效能。

介紹

輕型卡車等輕型電動汽車已開始被廣泛使用，主要用於解決城市地區的環境問題，因此需要具有低功耗的低成本動力總成。P0P4系統還有望以最低成本改善48V P0 HEV的環境和動力學效能。需要以交付為主要用途的輕型卡車EVS來減少環境影響，根據貨物和車輛負載變化確保最佳駕駛力，並提供儘可能多的貨物空間。換句話說，需要具有更低功耗，更高駕駛效能和更好車輛安裝性的封裝設計，此外，必須以低成本實現。憑藉目前主流的“單電機-單速”輕鬆，在所有駕駛和裝載情況下無法同時實現低功耗和高駕駛效能。近年來，配備雙速變速器以實現低速和高速低功耗的單電機電驅動橋已開始出現，推動了多級或連續可變變速器的趨勢［1，2，3］。然而，在諸如遞送卡車之類的車輛中，其中所需的驅動力根據貨物的裝載條件而大不相同，或者在其中城市駕駛和賽車賽道使用需要完全不同的駕駛效能的超級跑車中，存在可以透過單個電機在高效率範圍內覆蓋的駕駛場景的限制。此外，還有一個問題，由於新的高輸出電機的鉅額投資成本，其成本不可避免地變得很高。為了解決上述問題，我們開發了“雙電機-雙速”三合一電驅動橋：雙電機多驅動模式E軸（以下簡稱DMM軸），具有4種驅動模式和2種再生模式，可以降低電機生產成本。

機制

如圖1所示，DMM車軸是一款三軸車軸，整合變速箱和逆變器。低齒輪側的電機和逆變器與高齒輪側的電機和逆變器對稱佈置。LH電機連線到低齒輪，RH電機連線到高齒輪。第二軸上的低齒輪在其內周具有整合的單向離合器，以實現無縫齒輪換檔。此外，第一軸上的狗離合器可以直接連線左右電機，以便在需要時實現強大的駕駛。透過組合兩個電機和兩個齒輪，可以選擇四種驅動模式。透過根據駕駛場景控制四種駕駛模式之間的切換，可以節省功耗並實現高駕駛效能。在沒有單向離合器的情況下，可以使用高齒輪扭矩路徑進行再生，並且可以在兩種模式下進行再生（參見圖2）。每種模式的扭矩流和駕駛場景如下所示。

圖1。雙電機多驅動模式E軸

圖2。每種模式的扭矩/速度範圍

2。1

“單電機低”模式

從開始到低速駕駛使用“單電機低”模式。只有LH電機的扭矩透過低齒輪傳遞到輪胎。（見圖3）

圖3。“1電機-低”模式的扭矩傳輸路徑

2。2

“單電機高”模式

“1電機-高”模式用於中速到高速的駕駛情況下，節省功耗。只有RH電機的扭矩透過高檔位傳遞到輪胎（見圖4）。在“1-馬達-低”和“1-馬達-高”模式之間的切換是由內建在低檔位內的單向離合器無縫執行的。如果與高擋直接相連的第二軸旋轉速度比低擋快，單向離合器解鎖，低擋自由，完成向“1-Motor-High”模式的過渡。

圖4。“1電機-高”模式的扭矩傳輸路徑

2。3

雙電機低/高組合”模式

“雙電機低/高組合”模式用於需要高扭矩的駕駛情況，例如上坡駕駛。LH和RH電機同時執行，它們的扭矩組合在第二軸上，最大驅動力被傳遞到輪胎。（見圖5）

圖5。“2電機-低/高組合”模式的扭矩傳輸路徑

2。4

“雙電機高”模式

“雙電機高”模式用於需要快速和強大加速的駕駛情況，例如合併到高速公路上和超速。當LH和RH電機的旋轉同步並且第一軸上的狗離合器被啟用時，LH和RH電機被連線並且它們的扭矩被組合。組合扭矩透過高齒輪傳遞到輪胎。（見圖6）

圖6。“雙電機高”模式的扭矩傳遞路徑

功能

DMM車軸是一款簡單的車軸，具有低功耗，高驅動效能和緊湊尺寸的主要特點。以下是每個功能的詳細說明。

3。1

低功耗

透過根據車輛駕駛負載狀態和駕駛場景最佳地選擇上述模式，可以提高駕駛能效。由於典型的單電機電驅橋沒有變速傳動機構，因此很難在低速和高速下實現低功耗，因為駕駛場景受到電機高效率範圍的限制。在DMM車軸中，兩個電機和兩級變速器的組合使其能夠根據駕駛場景切換其模式，這大大擴充套件了駕駛場景範圍，可以覆蓋電機的高效率範圍，如圖7所示，這使得可以在省電的情況下以低速或高速驅動。在WLTC駕駛模式下，稍後描述的原型車輛規格中的系統操作點只能在“單引擎高”模式下在幾乎所有區域執行。然而，在諸如爬山，高速駕駛和超速等情況下需要大驅動力的現實世界中，可以透過切換操作電機的數量和齒輪比率來實現高系統效率。如圖8所示，在原型車的情況下，與一般的1電機1速電驅橋相比，效率可提高10%。如果巡航範圍相等，這相當於電池成本和重量降低10%。

圖7。多驅動模式

圖8。使用DMM軸提高能效，降低功耗

3。2

安裝便利

DMM軸的對稱，扁平和緊湊的形狀可以安裝在車輛的較低位置（見圖9）。這減少了車輛重力的中心，使駕駛更加穩定，並有助於內部和外部設計的更大自由度。例如，貨艙可以在最後一英里的送貨車輛中擴充套件。它還有助於減少扭矩轉向，因為左右軸的長度可以設定為相等。

圖9。DMM軸包絡

3。3

附加功能

為了為電動汽車提供一種常規電驅橋的上坡輔助功能，有必要透過電機驅動或制動操作來維持車輛狀態，這樣帶來的功耗會成為一個問題，因為它使車輛的耗電效能惡化。DMM車軸具有兩套內建離合器，可在不消耗功率的情況下實現上坡輔助啟動功能。在“雙電機高”模式下，當車輛在上坡時停止並且加速器踏板被釋放時，由於扭矩在單元內迴圈，車輛不能向後移動並停止。踩在加速器踏板上自動釋放扭矩迴圈並允許車輛前進（見圖10）。無需額外元件即可實現此簡單的上坡輔助啟動功能。