独具魅力的eDCT技术

2013-04-27 18:47:47来源: 欧瑞康古加诺(意大利) 沃赛思传动控制(英国 )

新一代的eDCT的设计已获专利,它是一款电动汽车用紧凑型无转矩中断换挡“无离合器”变速器,其灵感来源于DCT(双离合器)技术,不仅吸收了该技术具备的所有优点,并且弥补了传统DCT在重量、大小、效率和成本方面的不足。

设计概念

电动汽车选用两个驱动电动机而不是一个电动机的设计概念并不新颖,但是将两个电动机通过独立的输入轴与变速器连接,从而实现多速比的输出则是一个新的概念,这就是已经获得专利的eDCT设计。本设计中,电动机永久地与变速器的输入轴结合,其中一个电动机用于联接奇数齿轮(1号齿和3号齿),一个用于联接偶数齿轮(2号齿和4号齿)。得益于控制系统带来的可能性,该结构的优势在于省略了离合器和同步器,而且可以通过控制转矩和速度实现单独使用一个电动机或者同时使用两个电动机。

eDCT的目标是提升性能和效率,实现无缝换挡(换挡时无转矩的中断)和避免常规变速器过于繁复的结构及高额造价。该结构是由一组精简的变速器控制软件控制的极具创意的机械设计,与类似的自动变速器技术相比,该结构带来了性能和效率的提升,从而使车辆可以行驶更长的距离或者使用更小的电池组。与此同时,电动机更多地在其最优速度范围内行驶也大幅减少了齿轮的磨损。


图1  第一代设计中的两个电动机相对排布

eDCT第一代设计

eDCT的第一次出现是应用于高性能的电动赛车。该设计中两个电动机相对排布并且eDCT整体布局在后驱动桥上(见图1)。 本设计中,两电动机相对排布并且整体布局在后驱动桥上第一部样机在沃赛思(Vocis)工厂进行装配,第一轮的基础功能测试(无载荷)在欧瑞康古加诺(Oerlikon Graziano)测试平台上进行。该测试包括低速状态下的润滑测试、从1000~8000r/min转速的进气测试、对最高速齿轮的高温测试和对所有齿轮的1 h测试。这些测试帮助进一步提高了样机的润滑性,并能迅速解决其他小的机械问题,使装配进汽车的部件融入这些改进。

eDCT第二代设计

第一代eDCT样机成功开发后,第二代的设计也很快被开发出来。新设计的目标是探求eDCT使用在经济型中小型电动汽车上的优势。eDCT的适应性表现在可以灵活使用电动机相对型和相邻型架构(见图2)。两种架构下多部分部件可通用,其主要区别在于相邻型的架构只需要一根辅助轴,相对型则需要两根轴。轴上面的齿轮相同,因此可以通用于两种架构。

对于第二代设计,齿轮通过电子机械式驱动的桶形凸轮进行选择。该方案相比电子-液压方案的优势在于其避免了电子-液压组合的复杂性和高成本,却保持了爪型离合器的性能,目标齿轮的选择时间为50ms。


图2  第二代设计中的相对型和相邻型架构

eDCT的变化配置

两代eDCT设计可以覆盖从高性能后驱GT电动汽车到A级、B级前驱或者后驱汽车等多种车型。eDCT的设计范围甚至可以延伸到汽车领域的更多方面。

其中,一项配置是将eDCT与两个48V的电动机联接,每个电动机大约15 kW的峰值,10kW的额定功率。其总的峰值功率是30kW,具备了无缝换挡和4个齿轮速比。而对于更加强调车辆性能的高端车市场,需要使用高于48V的电动机。对于四驱的混合动力系统,eDCT作为电子桥使用,4速的安排意味着电子桥可以在任何运行条件下使用。综合考虑可知,在效率的提升和整体电子动力传动系统的成本降低方面,eDCT是一个非常有吸引力的方案。

在相邻平行式的电动机布局设计中,eDCT可以利用一个附加的离合器,应用于一系列的串联或并联的混动结构。此调整可以支持多种不同的运行模式,如单电动机驱动、双电动机驱动、发动机单独驱动或者三个牵引设备同时驱动。而当一个电动机作为牵引电动机时,发动机可以通过另一个电动机发电。另一种建议结构包括两个eDCT变速器的全电动四驱超级跑车,该结构代表了该技术的一种最为细分的应用,但是确实可以通过4个非限定的电动机提供超级跑车的性能。

控制软件

Vocis系列控制软件作为变速器控制软件提供所有的输入和输出,为车辆和电动机控制系统提供了一个完善的交互接口以实现无转矩中断的换挡,同时其能够与车辆其他控制器和接口通信以确保驾驶的直觉控制和驾驶感受。


图3  在第一代变速器测试中,变速器控制软件成功实现了功能型换挡

在第一代设计中,因为需要在很短的时间内使车辆能够运转,改良了一个既有的液压系统,含两个拨叉的换挡机构,驱动器提供4脉宽调制电磁阀的压力和流量到每个拨叉;而第二代的设计使用了电子机械式启动的系统,从而去除了液压部分,新的系统将变速器控制器所需的输出个数减少到一个,即桶凸轮的换挡机构输出。该换挡机构有两种可选的方案:第一种方案中该换挡电动机是一个“智能启动器”,即变速器控制器只需要发送一个控制区域网络(CAN)的信号来命令一个位置;另一种方案是直接驱动电动机,这就需要有输出来驱动电动机。除了直接输入和输出外,软件还提供了控制区域网络通信与车辆的其他控制器接口。

换挡类型

在考虑齿轮换挡的变速器控制软件策略时,首先需要确定换挡类型。相比常规的DCT,eDCT有新的换挡方式,因为可以选择两个电动机中的一个单独驱动或者两个一起驱动。若1代表单个电动机驱动,2表示两个电动机同时驱动,那么有4种换挡方案:经济型(1到1)、经济型到功能型(1到2)、功能型到经济型(2到1)、功能型(从2到2)。

功能型换挡是开发的第一种换挡类型,第一代的变速器已经在样车中测试,其中的变速器控制软件成功实现了功能型的换挡(见图3)。通过数据分析知,换挡时间和换挡时电动机控制方面仍有很大的提升空间,这取决于车辆选择的电动机和车辆的电子技术。

总结

电动汽车的进一步发展是必然趋势,机械设计和变速器控制软件一起为其提供了一个完整的变速器解决方案,适用于使用两个输入电动机的eDCT方案。eDCT不仅对高性能的车辆有效,并且适用于高载重的车辆或者负载和不负载时重量差别很大的车辆,这些车辆需要使用多速比的设计以达到更高爬坡能力和实现更高的最高速度。使用两个较小的电动机与一个更大的电动机相比效率更高,与eDCT的低成本相结合,使得这项技术应用于经济型中小型车的潜力无穷。

关键字:独具  魅力  技术

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2013/0427/article_7047.html
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