乍眼一看,雙電機AWD電動汽車似乎可以滿足一些OEM的要求,但GKN Automotive(吉凱恩汽車公司)最新研究結(jié)果表明:要向雙電機AWD電動汽車說No!
單電機比雙電機設(shè)計更適合AWD電動汽車。近日,GKN Automotive(吉凱恩汽車公司)從事實、數(shù)據(jù)和成本三個主要方面,深入對比單電機AWD和雙電機AWD電動汽車設(shè)計后得出結(jié)論:“最初應(yīng)用于內(nèi)燃機動力汽車的斷開技術(shù)同樣適用于下一代電動汽車?!盙KN公司AWD系統(tǒng)經(jīng)理MichaelH?ck表示,“我們在公司位于德國羅馬爾的技術(shù)中心進行了模擬實驗。結(jié)果顯示,向車輛所有車輪傳遞動力的最有效方式是使用傳統(tǒng)AWD系統(tǒng)配合斷開技術(shù)的設(shè)計?!?/p>
盡管大多數(shù)裝配AWD系統(tǒng)的電動汽車和混合動力汽車是通過第二軸的電氣化向車輪提供動力,也就是在車輛前方或后方配備一個“懸掛式”電機,作為車輛一級電機的補充。由于這種設(shè)計不僅需要兩個電機,而且還需要配備兩套逆變器和變速器,因此成本相當(dāng)昂貴?!邦~外的逆變器和變速器還會耗能,因此車輛的效率就會降低,”H?ck表示,“而效率降低就意味著續(xù)航里程縮水,這在電動汽車行業(yè)眾所周知。”此外,雙電機配置的安全性和牽引力在車輛行駛循環(huán)的大部分時間中也沒有優(yōu)勢。
隨著消費者對AWD電動汽車的需求越來越多,GKN決心詳細(xì)研究對比各種AWD配置的優(yōu)劣勢。GKN的模擬基于“大多數(shù)雙電機電動汽車基本上一直運行在AWD模式下”的事實。H?ck解釋道,“一些系統(tǒng)允許車輛在不需要AWD功能時斷開其中一個電機,從而提高效率。但事實上,系統(tǒng)斷開的只有電機耦合部分,車輛傳動系統(tǒng)的其余部分仍在運轉(zhuǎn)。”
“這不僅會造成不可避免的寄生損耗,而且根本無法讓兩部電機的傳動比同時調(diào)試至最優(yōu),”H?ck補充道,齒輪傳動只能針對單電機或雙電機優(yōu)化,但AWD車輛會在兩輪和四輪驅(qū)動間來回切換,因此無法總是優(yōu)化至可以提供最高效率的狀態(tài)。H?ck表示,“機械A(chǔ)WD系統(tǒng)的優(yōu)勢在于無需在單電機和雙電機之間做出妥協(xié)?!?/p>
GKN在研究之初,選擇了一輛帶有“懸掛式”AWD系統(tǒng)的車輛進行模擬,以確定該“懸掛式”系統(tǒng)的工作頻率。“測試表明,即使在結(jié)冰和雨雪等低抓地力路面條件下,AWD系統(tǒng)的使用頻率也僅有四分之一,”GKN公司AWD系統(tǒng)測試協(xié)調(diào)員ChristophSchmahl指出,“在高抓地力的城市和農(nóng)村路面條件下中,這個數(shù)字在9%到14%之間,而在主干道上,AWD系統(tǒng)的使用頻率僅為1%。研究結(jié)果表明,車輛根本沒有必要隨時隨地為所有車輪提供動力,這會顯著降低整個行駛循環(huán)的效率。”
對比看來,在電動汽車中應(yīng)用傳統(tǒng)AWD架構(gòu)似乎更簡潔、更高效,而且成本也更低。這種基于單電機的機械A(chǔ)WD架構(gòu)僅通過一個動力輸出單元(PTU)傳動軸和一個后驅(qū)單元(RDU)即可為車輛的四個車輪提供動力。
H?ck暗示,AWD電動汽車提高能效的關(guān)鍵在于離合器,這個離合器必須能在車輛不需要AWD功能時斷開PTU、傳動軸和RDU。只有這樣,電動汽車才能獲得大幅的能效優(yōu)化,并同時提供AWD車型特有的穩(wěn)定性和安全優(yōu)勢。此外,傳統(tǒng)機械A(chǔ)WD設(shè)計無需配備第二套電機、逆變器和變速器,因此整體重量更輕,這也可以進一步提高車輛能效。
GKN的ActiveConnect主動連接系統(tǒng)采用了搭配爪式離合器的PTU單元,可在輸入軸處斷開電機。GKN還在車尾處配備了兩個模塊化RDU單元,從而更好地滿足不同應(yīng)用場景的需求。RDU助推器則采用了一個側(cè)裝式離合器,從而延續(xù)傳統(tǒng)AWD系統(tǒng)緊湊、輕質(zhì)的優(yōu)勢。
GKN的TwinsterRDU單元使用雙盤離合器取代了傳統(tǒng)的差速器,從而進一步增強了車輛的行駛動力學(xué)性能?!巴ㄟ^在傳動軸的縱向方向?qū)蓚€后輪應(yīng)用扭矩控制,車輛在公路和越野路況下的牽引力都得到了提高。”H?ck解釋道,“兩個系統(tǒng)的斷開功能沒有差別,因此效率可以得到最大保證,這對電動汽車來說是至關(guān)重要的。”
H?ck表示,公司的ActiveConnect系統(tǒng)自2014年登陸傳統(tǒng)內(nèi)燃機車型以來,已經(jīng)展示了“顯著”的節(jié)油表現(xiàn)。那么,ActiveConnect系統(tǒng)是否適用于電動汽車呢?事實上,這種“傳統(tǒng)”AWD系統(tǒng)在控制電機初始扭矩方面可以發(fā)揮很大作用,并且可以在相對低速下斷開,從而在正常駕駛條件下獲得最大的能效提升。
通過使用基于單電機的ActiveConnect系統(tǒng),車輛幾乎可以立即將扭矩分配到任何有需要的地方。“例如,在越野路況下,由于前輪的牽引力更高,則系統(tǒng)可以將全部扭矩輸送給前輪,”H?ck解釋道,“雙電機設(shè)計卻只能將其中一個電機的總扭矩輸送給前軸。此外,有了Twinster的助攻,ActiveConnect系統(tǒng)還可以優(yōu)化兩個后輪間的牽引力分配。”
ActiveConnect系統(tǒng)一旦檢測到牽引力丟失,可以再次“幾乎立即”將高達100%的扭矩傳遞到車輛后方,以更大的牽引力向后輪輸送扭矩。此外,如果車輛在彎道行駛中失去牽引力,系統(tǒng)還可以在兩個車輪之間重新分配扭矩,從而協(xié)助校正偏航力矩。
在測試過程中,ActiveConnect系統(tǒng)的電動汽車模擬結(jié)果顯示,單電機設(shè)計的效率比雙電機永久AWD系統(tǒng)高9%,比配備電子斷開功能的雙電機設(shè)計高6%。另外需要說明的是,為了模擬最常見的正常駕駛環(huán)境,GKN在模擬中采用了WLTC全球統(tǒng)一輕型汽車測試循環(huán)工況和低斷開速度的設(shè)置。
H?ck總結(jié)了公司有關(guān)雙電機技術(shù)的主要發(fā)現(xiàn):“與配備斷開裝置的雙電機設(shè)計相比,帶有斷開裝置的單電機AWD設(shè)計所需的傳動系統(tǒng)元件數(shù)量大大降低,可以為廠商節(jié)省大量成本。由于無需裝配第二套電機和逆變器,單電機設(shè)計僅在傳動系統(tǒng)上就可以節(jié)省高達13%的成本。”
H?ck補充說,未來,某些電動汽車應(yīng)用也可能都會使用多速電子變速器,而一輛裝配單電機AWDActiveConnect系統(tǒng)的電動汽車可以“輕松”集成這一功能,從而通過降低能耗或提高性能來進一步延長電動汽車?yán)m(xù)航里程。