獨(dú)具魅力的eDCT技術(shù)

新一代的eDCT的設(shè)計(jì)已獲專利，它是一款電動(dòng)汽車用緊湊型無轉(zhuǎn)矩中斷換擋“無離合器”變速器，其靈感來源于DCT（雙離合器）技術(shù)，不僅吸收了該技術(shù)具備的所有優(yōu)點(diǎn)，并且彌補(bǔ)了傳統(tǒng)DCT在重量、大小、效率和成本方面的不足。

設(shè)計(jì)概念

電動(dòng)汽車選用兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)而不是一個(gè)電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)概念并不新穎，但是將兩個(gè)電動(dòng)機(jī)通過獨(dú)立的輸入軸與變速器連接，從而實(shí)現(xiàn)多速比的輸出則是一個(gè)新的概念，這就是已經(jīng)獲得專利的eDCT設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)中，電動(dòng)機(jī)永久地與變速器的輸入軸結(jié)合，其中一個(gè)電動(dòng)機(jī)用于聯(lián)接奇數(shù)齒輪（1號(hào)齒和3號(hào)齒），一個(gè)用于聯(lián)接偶數(shù)齒輪（2號(hào)齒和4號(hào)齒）。得益于控制系統(tǒng)帶來的可能性，該結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于省略了離合器和同步器，而且可以通過控制轉(zhuǎn)矩和速度實(shí)現(xiàn)單獨(dú)使用一個(gè)電動(dòng)機(jī)或者同時(shí)使用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)。

eDCT的目標(biāo)是提升性能和效率，實(shí)現(xiàn)無縫換擋（換擋時(shí)無轉(zhuǎn)矩的中斷）和避免常規(guī)變速器過于繁復(fù)的結(jié)構(gòu)及高額造價(jià)。該結(jié)構(gòu)是由一組精簡(jiǎn)的變速器控制軟件控制的極具創(chuàng)意的機(jī)械設(shè)計(jì)，與類似的自動(dòng)變速器技術(shù)相比，該結(jié)構(gòu)帶來了性能和效率的提升，從而使車輛可以行駛更長(zhǎng)的距離或者使用更小的電池組。與此同時(shí)，電動(dòng)機(jī)更多地在其最優(yōu)速度范圍內(nèi)行駛也大幅減少了齒輪的磨損。

圖1 第一代設(shè)計(jì)中的兩個(gè)電動(dòng)機(jī)相對(duì)排布

eDCT第一代設(shè)計(jì)

eDCT的第一次出現(xiàn)是應(yīng)用于高性能的電動(dòng)賽車。該設(shè)計(jì)中兩個(gè)電動(dòng)機(jī)相對(duì)排布并且eDCT整體布局在后驅(qū)動(dòng)橋上（見圖1）。 本設(shè)計(jì)中，兩電動(dòng)機(jī)相對(duì)排布并且整體布局在后驅(qū)動(dòng)橋上第一部樣機(jī)在沃賽思（Vocis）工廠進(jìn)行裝配，第一輪的基礎(chǔ)功能測(cè)試（無載荷）在歐瑞康古加諾（Oerlikon Graziano）測(cè)試平臺(tái)上進(jìn)行。該測(cè)試包括低速狀態(tài)下的潤(rùn)滑測(cè)試、從1000～8000r/min轉(zhuǎn)速的進(jìn)氣測(cè)試、對(duì)最高速齒輪的高溫測(cè)試和對(duì)所有齒輪的1 h測(cè)試。這些測(cè)試幫助進(jìn)一步提高了樣機(jī)的潤(rùn)滑性，并能迅速解決其他小的機(jī)械問題，使裝配進(jìn)汽車的部件融入這些改進(jìn)。

eDCT第二代設(shè)計(jì)

第一代eDCT樣機(jī)成功開發(fā)后，第二代的設(shè)計(jì)也很快被開發(fā)出來。新設(shè)計(jì)的目標(biāo)是探求eDCT使用在經(jīng)濟(jì)型中小型電動(dòng)汽車上的優(yōu)勢(shì)。eDCT的適應(yīng)性表現(xiàn)在可以靈活使用電動(dòng)機(jī)相對(duì)型和相鄰型架構(gòu)（見圖2）。兩種架構(gòu)下多部分部件可通用，其主要區(qū)別在于相鄰型的架構(gòu)只需要一根輔助軸，相對(duì)型則需要兩根軸。軸上面的齒輪相同，因此可以通用于兩種架構(gòu)。

對(duì)于第二代設(shè)計(jì)，齒輪通過電子機(jī)械式驅(qū)動(dòng)的桶形凸輪進(jìn)行選擇。該方案相比電子－液壓方案的優(yōu)勢(shì)在于其避免了電子－液壓組合的復(fù)雜性和高成本，卻保持了爪型離合器的性能，目標(biāo)齒輪的選擇時(shí)間為50ms。

圖2 第二代設(shè)計(jì)中的相對(duì)型和相鄰型架構(gòu)

eDCT的變化配置

兩代eDCT設(shè)計(jì)可以覆蓋從高性能后驅(qū)GT電動(dòng)汽車到A級(jí)、B級(jí)前驅(qū)或者后驅(qū)汽車等多種車型。eDCT的設(shè)計(jì)范圍甚至可以延伸到汽車領(lǐng)域的更多方面。

其中，一項(xiàng)配置是將eDCT與兩個(gè)48V的電動(dòng)機(jī)聯(lián)接，每個(gè)電動(dòng)機(jī)大約15 kW的峰值，10kW的額定功率。其總的峰值功率是30kW，具備了無縫換擋和4個(gè)齒輪速比。而對(duì)于更加強(qiáng)調(diào)車輛性能的高端車市場(chǎng)，需要使用高于48V的電動(dòng)機(jī)。對(duì)于四驅(qū)的混合動(dòng)力系統(tǒng)，eDCT作為電子橋使用，4速的安排意味著電子橋可以在任何運(yùn)行條件下使用。綜合考慮可知，在效率的提升和整體電子動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的成本降低方面，eDCT是一個(gè)非常有吸引力的方案。

在相鄰平行式的電動(dòng)機(jī)布局設(shè)計(jì)中，eDCT可以利用一個(gè)附加的離合器，應(yīng)用于一系列的串聯(lián)或并聯(lián)的混動(dòng)結(jié)構(gòu)。此調(diào)整可以支持多種不同的運(yùn)行模式，如單電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、雙電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)或者三個(gè)牽引設(shè)備同時(shí)驅(qū)動(dòng)。而當(dāng)一個(gè)電動(dòng)機(jī)作為牽引電動(dòng)機(jī)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)可以通過另一個(gè)電動(dòng)機(jī)發(fā)電。另一種建議結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)eDCT變速器的全電動(dòng)四驅(qū)超級(jí)跑車，該結(jié)構(gòu)代表了該技術(shù)的一種最為細(xì)分的應(yīng)用，但是確實(shí)可以通過4個(gè)非限定的電動(dòng)機(jī)提供超級(jí)跑車的性能。

控制軟件

Vocis系列控制軟件作為變速器控制軟件提供所有的輸入和輸出，為車輛和電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)提供了一個(gè)完善的交互接口以實(shí)現(xiàn)無轉(zhuǎn)矩中斷的換擋，同時(shí)其能夠與車輛其他控制器和接口通信以確保駕駛的直覺控制和駕駛感受。

圖3 在第一代變速器測(cè)試中，變速器控制軟件成功實(shí)現(xiàn)了功能型換擋

在第一代設(shè)計(jì)中，因?yàn)樾枰诤芏痰臅r(shí)間內(nèi)使車輛能夠運(yùn)轉(zhuǎn)，改良了一個(gè)既有的液壓系統(tǒng)，含兩個(gè)撥叉的換擋機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)器提供4脈寬調(diào)制電磁閥的壓力和流量到每個(gè)撥叉；而第二代的設(shè)計(jì)使用了電子機(jī)械式啟動(dòng)的系統(tǒng)，從而去除了液壓部分，新的系統(tǒng)將變速器控制器所需的輸出個(gè)數(shù)減少到一個(gè)，即桶凸輪的換擋機(jī)構(gòu)輸出。該換擋機(jī)構(gòu)有兩種可選的方案：第一種方案中該換擋電動(dòng)機(jī)是一個(gè)“智能啟動(dòng)器”，即變速器控制器只需要發(fā)送一個(gè)控制區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CAN）的信號(hào)來命令一個(gè)位置；另一種方案是直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，這就需要有輸出來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。除了直接輸入和輸出外，軟件還提供了控制區(qū)域網(wǎng)絡(luò)通信與車輛的其他控制器接口。

換擋類型

在考慮齒輪換擋的變速器控制軟件策略時(shí)，首先需要確定換擋類型。相比常規(guī)的DCT，eDCT有新的換擋方式，因?yàn)榭梢赃x擇兩個(gè)電動(dòng)機(jī)中的一個(gè)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)或者兩個(gè)一起驅(qū)動(dòng)。若1代表單個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，2表示兩個(gè)電動(dòng)機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)，那么有4種換擋方案：經(jīng)濟(jì)型（1到1）、經(jīng)濟(jì)型到功能型（1到2）、功能型到經(jīng)濟(jì)型（2到1）、功能型（從2到2）。

功能型換擋是開發(fā)的第一種換擋類型，第一代的變速器已經(jīng)在樣車中測(cè)試，其中的變速器控制軟件成功實(shí)現(xiàn)了功能型的換擋（見圖3）。通過數(shù)據(jù)分析知，換擋時(shí)間和換擋時(shí)電動(dòng)機(jī)控制方面仍有很大的提升空間，這取決于車輛選擇的電動(dòng)機(jī)和車輛的電子技術(shù)。

總結(jié)

電動(dòng)汽車的進(jìn)一步發(fā)展是必然趨勢(shì)，機(jī)械設(shè)計(jì)和變速器控制軟件一起為其提供了一個(gè)完整的變速器解決方案，適用于使用兩個(gè)輸入電動(dòng)機(jī)的eDCT方案。eDCT不僅對(duì)高性能的車輛有效，并且適用于高載重的車輛或者負(fù)載和不負(fù)載時(shí)重量差別很大的車輛，這些車輛需要使用多速比的設(shè)計(jì)以達(dá)到更高爬坡能力和實(shí)現(xiàn)更高的最高速度。使用兩個(gè)較小的電動(dòng)機(jī)與一個(gè)更大的電動(dòng)機(jī)相比效率更高，與eDCT的低成本相結(jié)合，使得這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)型中小型車的潛力無窮。