“p”代表产品已进入预备阶段:图中的p0到p4,都是博格华纳目前正在研发中的电动推进系统架构。
五年前还很少有人会预料到,2017年全球汽车动力总成、传动系统和燃料领域的格局会如此多样化。然而如今,几乎所有人都认为,无论是要达到欧洲、北美以及亚洲等地区最新的减排标准,还是要达成更为长远的电动化目标,发展各种类型的混合动力汽车都十分重要。
在博格华纳动力驱动系统公司(borgwarner powerdrivesystems)产品战略部总监john barlage看来,“从熄火-启动系统一路发展到纯电动汽车,我们将这一历程视作‘电动汽车进化史’。”和其他动力系统一级制造商的规划师所见略同,他也认为下一个周期(2019年-2021年)中,更多车辆将会搭载48v混合动力系统,且“数量将会相当庞大”。
从已经登陆欧洲的48v系统来看,这些产自奥迪及其他德国整车厂的系统都能提供强大的车载电力,通过电动增压等方式很好地达到节能减排的效果,并能为自动驾驶辅助系统(adas)传感套件提供高达3千瓦的电能。
barlage信心满满地表示,“由于48v系统的经济效益非常吸引人,将会很快在北美车型上普及。”谈及这一技术,业内普遍认为,只需要普通(功率分流)混合动力系统约30%的成本,就能获得相当于其70%的性能。博格华纳的工程师还认为,随着系统架构和封装技术不断升级,48v甚至更高电压的混合动力模块都将进行研发,以实现p2架构的应用。
在p2布局中,电机将会置于内燃机和变速箱之间(详见图解)。其他行业认可的混合动力架构布局(从前到后依次)包括:p0(主要为履带-交流电机-起动机构,简称“bas”);p1(例如位于飞轮位置的本田ima);p3(电机置于主减速器前的变速箱输出轴上);以及p4(也被称为四轮驱动混合动力架构,采用后桥电动驱动方式)。除p2外,其他几种方式都具有扭矩矢量控制功能。
barlage注意到,“对传动系统而言,p2架构的出现带来了很多良机,包括能和双离合变速器(dct)甚至自动离合装置配合工作(详情请参阅:http://articles.sae.org/15576/),同时也非常适合插电式混合动力车。p2配置下的插电式混合电动车(phev),在纯电动模式下的整体能效,甚至要高于混动模式。如果想要打造适合高速公路驾驶的电动车,或实现卡车的电动化,p2架构一定是首选。
博格华纳高级工程部门的技术研究员joel maguire表示,公司的战略规划就是要“玩转各种混动架构”。(图片来源:博格华纳)
同轴和异轴
“在其他的48v应用架构研发中,我们选择首先从p0开始。”博格华纳高级工程部的技术研究员joelmaguire 说,“这样可以将同样的电机用于各个不同位置,能够产生规模效应。”
maguire告诉《国际汽车工程》(automotiveengineering international)记者,他的产品研发小组根据oem的各项需求,对应用于p2, p3或p4型混合动力系统的电机电磁材料进行优化,从而设计出了“一系列满足oem汽车封装要求的,结构紧凑、动力强劲的电机,而有些(竞争对手的)功率分流型的产品,甚至有些p2架构,也必须在设计上做出一些妥协,因为其车结构的灵活性和现有的汽车封装技术而言,还并不能很好地配合48v硬件设备。”
博格华纳p2架构的一大特点,就是其167毫米(合6.57英寸)的轴向长度。根据公司内部数据显示,这一长度下的额定最大扭矩可以超过330牛·米(合243磅·英尺),最大功率则能超过80千瓦(合107马力)。无论是同轴(指和变速箱输入轴、发动机曲轴以及扭矩减震器位于同一根轴上)还是异轴,这一模型都适用。而对于异轴而言,由于其安装位置在驱动桥箱上方,因此这也算是一种传动链驱动的解决方案,可以满足较小的横置发动机/前轮驱动车辆的封装要求。
“空间上的节省主要在车轮之间,同时由于轴长不变,因此可以避免可能发生的机械损坏。”maguire解释道,“这一模型弃用了交流电机,可以将空调压缩机整合到同一个链传动装置上,在发动机关闭时,仍可以用48v系统让空调保持运转。”
上述两种p2模块中都包含一个分离式离合器,置于电机和双质量飞轮的集成结构内,可以与当下最流行的传动技术搭配使用,其中包括行星齿轮步进式自动变速箱,双离合变速器(dct)、无级变速器(cvt)以及自动换挡系统等。博格华纳的工程师指出,p2架构的另一大优势就是:可以继续使用目前已有的发动机和传动系统。
“采用了p2架构,就可以在发动机和变速箱之间加入一个模块。当然,这一方案并非绝对理想。”barlage说,“但同专门用于混合动力的变速器相比,这仍是更经济的选择,涉及的调整也会少很多,而且还能改变尺寸大小。”而在配合dct的配置时,使用p2架构则可以成为三离合器布置,也就是博格华纳所说的“k-zero”系统,其中包括了连接到电机的分离式离合器,以及负责在两套齿轮组之间进行切换的k1和k2离合器。
maguire特别指出,“我们的战略规划是要玩转各种驱动架构涉及,从p0到p4都能应用自如。而通过观察oem对各种混合动力驱动架构的探索,以及不断的学习研究,我们已经打造出了一套可用于各种设计布局的系统。”
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