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TMC2022 演讲摘要丨恩斯克丨2挡平顺换挡电驱动系统概念
时间:2022-10-03 12:41:58 作者:雷竞技登录 来源:雷竞技在线入口

  为了实现碳中和,电动汽车的普及率在全球范围内迅速增加。电动汽车具有对环境友好的优点,但在长续航里程方面不如内燃机汽车。在电动汽车中引入2挡变速可以提高续航里程和驾驶性能。与传统的自动变速器相比,因为电动机具有更大的高效率区间,所以电动汽车的变速器需要更大的换挡速比级差。但是,在大速比差变速器中换挡可能会导致严重的换挡冲击,从而降低乘坐舒适性。为此,我们开发了搭载有磁致伸缩扭矩传感器和扭矩切换装置的2挡平顺换挡系统,可实现2挡变速系统可靠、平顺的换挡。

  相比于单挡减速器,一般的2 挡传动eAxle需要更多的齿轮布局空间,以及2个以上的执行器或液压系统的安装空间。为实现2 挡eAxle的小型化,NSK 开发出仅采用单个电动执行器的多功能2挡平顺换挡机构(PFSD),减少了执行器数量以及液压控制系统的必要零件。PFSD主要由电动换挡执行器、换挡控制盘、离合器组以及扭矩切换装置(TSD)组成,利用其对行星齿轮进行控制,即可实现High,Low 和Parking 挡位的切换。该机构同时具有安全概念的驻车锁功能,可代替现有的驻车执行器。扭矩切换装置(TSD)是实现PFSD平顺换挡的一个关键零件。其仅通过上述电动执行器,即实现了OWC模式、LOCK模式和FREE 模式的3种模式的任意切换,因此具有比传统离合器更优秀的换挡控制性能。TSD由模式切换盘、内圈、棘爪和外圈构成。内圈与行星齿轮连接,外圈与变速箱壳体连接,换挡时,通过PFSD的电动执行器带动换挡控制盘,进而控制模式切换盘实现对内外圈之间棘爪的控制。在OWC模式下,一侧棘爪啮合,仅允许一个方向的旋转;在LOCK模式下,两侧棘爪啮合,实现了Low挡位下传统单向离合器无法实现的能量回收和反向旋转;在FREE模式下,两侧棘爪处于非啮合状态,解决了噪音问题,并实现70%以上的拖曳损失的显著改善(相比于传统多片离合器)。

  此外,为了有效降低换挡冲击,实现平顺的换挡,NSK开发了非接触式磁致伸缩式扭矩传感器。其原理为,当铁磁性材料在受力时,轴的表面会分别在一定的方向上产生拉应力和压应力,因此导致轴表面的磁导率会发生改变。通过在一定的方向上配置耦合的线圈来检测磁导率的变化,就可以检测扭矩的大小。因此,NSK扭矩传感器可以在仅占用很小轴向和径向的空间内,通过非接触方式安装在电机轴,变速箱齿轮轴上。NSK扭矩传感器具有良好的测量精度且能迅速响应扭矩的急剧速度,可以实现对扭矩的实时监控,对于提高控制系统的精确性具有巨大贡献。NSK磁致伸缩扭矩传感器的具有以下特点:1)非接触式测量,2) 紧凑型传感器头带来的出色安装性 3)不需要对回转轴做特殊的加工。4)适用范围广:适用于外径40mm的传动轴的NSK扭矩传感器可以实现±1000Nm的扭矩测量。测量精度目标为±2.5%。扭矩测量量程可以根据轴径进行定制设计。在输出端配备扭矩传感器,即可实现对换挡时的扭矩变化进行实时测量,通过实时的扭矩反馈,相应调节电机的输出转速和扭矩,无需调整控制器参数即可实现平顺换挡。

  为了实现碳中和,电动汽车的普及率在全球范围内迅速增加, 为了提高EDS 的整体性能,高速化、800V、高效率是几个比较热门的话题。

  为了实现电动汽车的主要部件e-Axle 的小型轻量化,驱动电机的转速逐年提高。部分厂家已经在着手开发30000rpm以上超高速电机,这对轴承也提出了新的要求。NSK开发了DmN(滚动体节圆径与最高转速的乘积)200万的高速球轴承,以内径35mm的轴承为例,最高转速可达41000rpm。NSK通过高速保持架的开发,解决了高速回转时轴承保持架强度以及变形的困扰。通过新型润滑脂的应用,有效降低了轴承的发热,并且有良好的温度适用范围。为e-Axle的小型轻量化提供了可能。

  为了提高充电效率,各厂家陆续开发800V系统。随着该技术的应用,有可能导致轴承部位的轴电压升高,进而发生电蚀的风险。为解决该问题,NSK开发了绝缘特殊涂层的轴承,通过在轴承外径/内径及端面施加特殊涂层来隔绝电流的传递,可以有效提高轴承耐轴电压水平,相比传统陶瓷球轴承,性价比更高,为电机的电蚀对策提供了新的选项。同时,根据实验结果,该涂层对轴承与接触座孔间的蠕变打滑现象也有改善作用。

  为提高EV的续航里程,对EDS的节能要求逐年提高。NSK成功开发出新一代低摩擦圆锥滚子轴承,该产品通过改善滚子头部和大挡边面的表面粗糙度,可以在低速区间实现60% Max,全回转速度平均范围实现20% Max 的摩擦力矩的降低,此外,该产品在使用低粘度油的条件下,效果更为显著。

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