01、系统介绍
GKN汽车为插电式混动高端车型的OEM平台定制了全新的三合一后驱系统。该系统最近获得了欧洲汽车供应商联盟(CLEPA)的2021年创新奖。主要挑战是在非常小的包装空间内安装三合一系统，包括一个断开单元和一个停车机制，以支持客户的车辆架构。紧凑的同轴设计，输入轴和输出轴在同一轴线上，驻车机构和断开系统需要容纳在平行的中间轴上。这是该产品在行业中的首次应用，如图1、，表1所示。
表1电气传动系统参数
02、断开机制介绍
当车辆处于电动或混合动力模式时，凸轮驱动断开装置(CDD)将扭矩从电机轴传递到中间轴，并转动主减速器差速器。当速度超过一定速度时，断开单元允许电机在小于设定时间内断开中间轴并打开离合器。当车速下降到一定车速以下时，爪式离合器将在设定的时间内自动闭合，以恢复行驶。这样传统汽车和电动汽车的运行可能没有明显的变化。
分离装置的一个挑战是它在中间轴上的位置，这意味着必须克服和补偿爪式离合器中的较高转速。快速连接和断开时间由GKN公司完全开发的功能应用软件(功能安全软件)实现。它可以通过一个先进的速度控制器估计控制回路中的时间，实现更快的电机速度同步。此外，借助高级位置控制器，爪式离合器可以由无刷DC电机驱动得更快，如图2所示。
图2断开机构示意图
03、停车机制介绍
这种应用的另一个特点是驻车机构，它也安装在中间轴上，并且必须满足特别苛刻的要求。
即使在-40和30%倾斜度的停车情况下，停车机构也必须绝对可靠和一致地抓住滚动的车辆，并通过将停车爪插入停车轮将车辆固定在斜坡上，如图43、所示。
这个要求需要一个特别快的动作，这是一个由不同功能组合保证的锁。安全软件的高级位置控制确保了无刷DC电机在软件方面的快速驱动。硬件方面，驻车机构位于自己的舱内，有自己的油位，实现了充足油量和低流体动力阻力的最佳折中。由于锁定系统不是由齿轮箱其余部分溅出的油来润滑的，所以安装了额外的油垫，以在每次启动机构时润滑锁定部件。与主齿轮箱腔相比，锁架浸泡在粘度更低的油中，以促进在极低温度下的可靠行驶。专为该应用开发的正在申请专利的槽锥显著降低了流动阻力，并进一步确保了低温下所需的啮合速度。
图3驻车机构示意图
图4停车试验曲线示意图
04、润滑结构介绍
紧凑型电驱动系统的高效率要求和系统周围几乎没有气流的紧凑型单封装设计需要复杂的冷却策略来消散干式永磁同步电机、齿轮箱和电力电子设备的热量，而无需单独的水泵。解决方案包括将冷却水输送到电机外壳、逆变器周围，并进入与齿轮箱外壳集成的热交换器，以便在冷却液的低流动阻力下散发足够的热量。这种选定的配置确保了干式旋转电机和最佳的变速箱冷却，并避免了电机的损失和泵的功耗，从而通过使用世界协调轻型车辆测试循环(WLTC)实现了出色的系统效率。
从电机和变频器交换的热量加热并快速稳定变速器油的粘度，这使得在低温下快速提高效率成为可能。为了优化系统外壳齿轮箱侧的储油器，通过旋转和填充齿轮轴来确保轴承和齿轮啮合点的供油，如图5、和图6、所示。中空中间轴通过专门研发的透油可折叠垫片为圆锥滚子轴承供油，在高速断开运行时能可靠润滑和散热。
图5润滑模拟示意图
图6驱动电机冷却水通道示意图
驱动通常对NVH要求很高，给开发带来挑战。记住，分离机构位于中间轴水平，中间轴上的中间齿轮轴承布置的设计必须特别严格，以防止中间齿轮啮合的调制。圆锥滚子轴承使得刚性组件需要处于连接模式，但不妨碍断开模式下的delta速度。
变速器设计包括一个中间板，在这种同轴设计中，它是预载动态轴承所必需的。重要的振动模式被转移到安全的频率范围，而不增加不必要的重量或破坏紧凑的封装要求。齿轮的独特微观几何结构，加上优化的位置公差和高系统刚度，产生了高效的扭矩传输和卓越的NVH性能。
这种三合一系统由GKN与欧洲的一家OEM合作开发，并在上海的合资生产基地向全球推出。整个系统的组装结合了电机的建立、传动部件的制造、电气子系统的集成和系统软件的实现，包括应用功能的功能安全软件。
05、摘要
GKN 独特创新的三合一同轴系统相对于其重量而言是高性能的。它将封装驱动到最佳的独特热管理和高效传输，并具有有线停车机制和有线断开系统。电机、高压电子设备和变速器之间的传统接口集成在一个集成系统结构中，其刚性保证了优异的NVH性能。这套系统允许新的高端汽车在两驱和四驱模式之间，以及电力和燃烧模式之间舒适地切换，以实现高速公路效率和全轮驱动牵引力之间的最佳妥协。
标签：系统电机机构