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22 十一月 2021
29 十月 2019
动力总成电气化如何加速工程创新
汽车电气化给汽车及相关产业带来了挑战与机遇。Schaeffler(舍弗勒)北美首席技术官Jeff Hemfill谈到了舍弗勒在Formula E电动方程式赛车中累积的经验是如何帮助打造用于混动和纯电动道路车辆的未来产品。
整个汽车产业链的公司都在评估汽车电气化对其业务的影响。舍弗勒是一家高精密产品和系统的全球供应商,产品涵盖发动机、变速箱和底盘应用领域。与众不同的是,这家公司正在以电动方程式比赛作为平台,来展示其在创新技术方面的专长,以及对未来可持续发展出行的理念和想法。
作为首席技术官,Jeff Hemphill 负责汽车变速箱、发动机和底盘部件以及系统的新产品开发,同时还负责打造及促进数字化功能与新产品和商业模式的融合。尽管他预测未来10年内销售的新车中仍有70%搭载内燃机,但他也看到电动车辆的前景将十分光明。“舍弗勒的电气化产品规划未来十年中30%的新车为纯电动车,余下车辆仍将由某种类型的内燃机提供动力,其中40%会是混动车。这就是说,到2029年所售新车中,70%将会是采用某种形式电力驱动的混动车加纯电动车。因此,我们可以预料在“传统”及新能源车辆应用中将会出现诸多摩擦学挑战。”
“电气化不应被视作一种威胁,相反却是一次不可思议的机遇,它所带来的全新挑战会让我们的工程师忙碌起来,工作漫长但却愉快。”
舍弗勒认识到车辆电气化要求新产品采用领先技术,因此一直在开发专门的变速箱和电机以满足日益增长的需求。舍弗勒鼓励在其电动赛车和批量生产部门之间的技术转移。“我们依托这两个部门的资源和工程技术人员来实现我们在运动车领域的目标。虽然为赛车应用开发的部件很难直接用于批量生产,但我们从赛车运动中获得的经验已在很大程度上融入至舍弗勒产品中。”
显然,JEFF自豪于其在相对较新的电动方程式比赛中获得的成功。“自2014/15首个赛季起,我们就已积极参与到电动方程式赛车中,并赢下了首场电动方程式比赛。从那时起,我们就参与并完成了每一个电动方程式赛季,始终位列车手积分榜和车队积分榜的前三名位置。此外,与车手Lucas di Grassi 合作时,我们赢得了2016/17赛季的车手总冠军和2017/18赛季的车队总冠军。作为奥迪ABT舍弗勒运动车队的一员,我们将会与奥迪紧密合作,为车队开发动力总成。”
但是,这是一个飞速发展的世界,在短短五个赛季,Jeff就见证了汽车技术的重大变化。“我在电动方程式比赛中看到的最大变化是第五个赛季(2018/19)即引入了第2代汽车。与1代车相比,这款新车的电池容量几乎翻了一倍,这使得车辆能够完成整场比赛而不需要强制中途停站更换。此外,我们也看到了齿轮箱发生了巨大变化。当电动方程式比赛刚开始时,车队使用5速齿轮箱,但是电动方程式赛车齿轮箱的发展趋势已经越来越向单速箱转变。”
由于热量管理是电机工程的重要组成部分,所以Jeff特别强调了他们在电动方程式汽车上遇到的一些挑战。“热量管理,特别是对含有温度敏感的永磁体转动部件的冷却,无疑是一个关键挑战。为实现最高的冷却性能,正在追求将绕组磁头的直接冷却与转动部件的内部冷却相结合。目前,用于直接冷却的冷却油热电容较低仍是一个缺陷。现在还没有一种冷却液能够将直接冷却所需的介电材料特性与类似于水的热电容相结合。只有深度分离的水和油冷却回路才能使我们获得最大可能的冷却性能。因此,我们正在推动开发高效的间接冷却套管和冷却通道。”
“具有高热电容的电介质冷却液仍然是所有电气化动力总成工程师的梦想。” Jeff Hemphill, 舍弗勒
正如Jeff所说,通过工程和润滑油创新肯定能够在很多领域里帮助提高电动车的性能。“有了这些高性能的电力驱动装置,所面临的一个挑战是如何进一步提高整个动力总成系统效率,同时还能在降低摩擦、提高热容量和确保耐久性保持恰当平衡。我认为另一个需要解决的关键问题是,如何降低齿轮箱内接触表面的摩擦。”
尽管电动动力总成(包括电机、逆变器、变速箱、后桥部件和相关软件)的需求与传统内燃机不同,但Jeff表示,他们的基本原理都相同。“我们一直在通过电动方程式比赛来了解赛场上的需求、以及传统汽车动力总成的需求。我们与奥迪公司一起开发的电动发动机组奥迪舍弗勒 MGU03 用在了本赛季奥迪e-tron FE05型车上,我们也开发了其他产品,从经济高效的48伏混动电机和功能强大的高压驱动系统(如电轴),到有广阔未来前景的轮毂驱动系统。
Schaeffler公司电动传动系统用变速箱已是一个批量化生产的系统。“整个系统的核心是行星齿轮组,搭载高度集成的直齿轮差速器,是我们在舍弗勒这里开发的。” Jeff解释道,“这个装置既可用于平行轴齿轮系统,也可用于共轴系统,这两种系统都安装在全新的奥迪e-tron跨界SUV车辆上。” 共轴变速箱提供后轮驱动,而位于前轴的平行轴系统启用四轮驱动。自2018年8月开始量产以来,我们变速箱年产量预计将增至约25万台。
Jeff总结道:“我们产品采用模块化设计,这意味着我们的变速箱可适用于其他领域,确保用于纯电动汽车和基于内燃机的混动式动力总成系统。我们已宣布,于2019年第二季度开始为一家德国知名汽车制造商生产变速箱,因此我们深信我们变速箱的成功将会延续下去。”
从传统内燃机到混动或纯电动车的转变要求整个汽车产业链具有高度的创新能力和协作精神。
就润滑而言,电气化渗透在当前的传动系统中应用有限,这意味着通常情况下使用的仍是传统的变速箱传动液。然而,随着强混和纯电动汽车销量的增加,对新型电动车专用传动液的需求将会增加。润英联的传动液配方提供了广泛的性能特性,如高的体积电阻率和热容量,同时还巧妙平衡了电气性能与齿轮保护和材料兼容性。另外,这些全新的的传动液产品还保持了传统的性能特定,例如抗摩擦、氧化和磨损控制。
随着市场的不断演变,润英联也在不断努力,致力于开发新的解决方案,来满足不断出现的挑战。
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