混合動力汽車的電動推進(jìn)系統(tǒng)架構(gòu)解讀

“P”代表產(chǎn)品已進(jìn)入預(yù)備階段：圖中的P0到P4，都是博格華納目前正在研發(fā)中的電動推進(jìn)系統(tǒng)架構(gòu)。

五年前還很少有人會預(yù)料到，2017年全球汽車動力總成、傳動系統(tǒng)和燃料領(lǐng)域的格局會如此多樣化。然而如今，幾乎所有人都認(rèn)為，無論是要達(dá)到歐洲、北美以及亞洲等地區(qū)最新的減排標(biāo)準(zhǔn)，還是要達(dá)成更為長遠(yuǎn)的電動化目標(biāo)，發(fā)展各種類型的混合動力汽車都十分重要。

在博格華納動力驅(qū)動系統(tǒng)公司（BorgWarner PowerDriveSystems）產(chǎn)品戰(zhàn)略部總監(jiān)John Barlage看來，“從熄火-啟動系統(tǒng)一路發(fā)展到純電動汽車，我們將這一歷程視作‘電動汽車進(jìn)化史’。”和其他動力系統(tǒng)一級制造商的規(guī)劃師所見略同，他也認(rèn)為下一個周期（2019年-2021年）中，更多車輛將會搭載48V混合動力系統(tǒng)，且“數(shù)量將會相當(dāng)龐大”。

從已經(jīng)登陸歐洲的48V系統(tǒng)來看，這些產(chǎn)自奧迪及其他德國整車廠的系統(tǒng)都能提供強大的車載電力，通過電動增壓等方式很好地達(dá)到節(jié)能減排的效果，并能為自動駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）傳感套件提供高達(dá)3千瓦的電能。

Barlage信心滿滿地表示，“由于48V系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益非常吸引人，將會很快在北美車型上普及?！闭劶斑@一技術(shù)，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，只需要普通（功率分流）混合動力系統(tǒng)約30%的成本，就能獲得相當(dāng)于其70%的性能。博格華納的工程師還認(rèn)為，隨著系統(tǒng)架構(gòu)和封裝技術(shù)不斷升級，48V甚至更高電壓的混合動力模塊都將進(jìn)行研發(fā)，以實現(xiàn)P2架構(gòu)的應(yīng)用。

在P2布局中，電機將會置于內(nèi)燃機和變速箱之間（詳見圖解）。其他行業(yè)認(rèn)可的混合動力架構(gòu)布局（從前到后依次）包括：P0（主要為履帶-交流電機-起動機構(gòu)，簡稱“BAS”）；P1（例如位于飛輪位置的本田IMA）；P3（電機置于主減速器前的變速箱輸出軸上）；以及P4（也被稱為四輪驅(qū)動混合動力架構(gòu)，采用后橋電動驅(qū)動方式）。除P2外，其他幾種方式都具有扭矩矢量控制功能。

Barlage注意到，“對傳動系統(tǒng)而言，P2架構(gòu)的出現(xiàn)帶來了很多良機，包括能和雙離合變速器（DCT）甚至自動離合裝置配合工作（詳情請參閱：http://articles.sae.org/15576/），同時也非常適合插電式混合動力車。P2配置下的插電式混合電動車（PHEV），在純電動模式下的整體能效，甚至要高于混動模式。如果想要打造適合高速公路駕駛的電動車，或?qū)崿F(xiàn)卡車的電動化，P2架構(gòu)一定是首選。

博格華納高級工程部門的技術(shù)研究員Joel Maguire表示，公司的戰(zhàn)略規(guī)劃就是要“玩轉(zhuǎn)各種混動架構(gòu)”。（圖片來源：博格華納）

同軸和異軸

“在其他的48V應(yīng)用架構(gòu)研發(fā)中，我們選擇首先從P0開始?！辈└袢A納高級工程部的技術(shù)研究員JoelMaguire 說，“這樣可以將同樣的電機用于各個不同位置，能夠產(chǎn)生規(guī)模效應(yīng)?！?/p>

Maguire告訴《國際汽車工程》（AutomotiveEngineering International）記者，他的產(chǎn)品研發(fā)小組根據(jù)OEM的各項需求，對應(yīng)用于P2, P3或P4型混合動力系統(tǒng)的電機電磁材料進(jìn)行優(yōu)化，從而設(shè)計出了“一系列滿足OEM汽車封裝要求的，結(jié)構(gòu)緊湊、動力強勁的電機，而有些（競爭對手的）功率分流型的產(chǎn)品，甚至有些P2架構(gòu)，也必須在設(shè)計上做出一些妥協(xié)，因為其車結(jié)構(gòu)的靈活性和現(xiàn)有的汽車封裝技術(shù)而言，還并不能很好地配合48V硬件設(shè)備?！?/p>

博格華納P2架構(gòu)的一大特點，就是其167毫米（合6.57英寸）的軸向長度。根據(jù)公司內(nèi)部數(shù)據(jù)顯示，這一長度下的額定最大扭矩可以超過330?！っ祝ê?43磅·英尺），最大功率則能超過80千瓦（合107馬力）。無論是同軸（指和變速箱輸入軸、發(fā)動機曲軸以及扭矩減震器位于同一根軸上）還是異軸，這一模型都適用。而對于異軸而言，由于其安裝位置在驅(qū)動橋箱上方，因此這也算是一種傳動鏈驅(qū)動的解決方案，可以滿足較小的橫置發(fā)動機/前輪驅(qū)動車輛的封裝要求。

“空間上的節(jié)省主要在車輪之間，同時由于軸長不變，因此可以避免可能發(fā)生的機械損壞?！盡aguire解釋道，“這一模型棄用了交流電機，可以將空調(diào)壓縮機整合到同一個鏈傳動裝置上，在發(fā)動機關(guān)閉時，仍可以用48V系統(tǒng)讓空調(diào)保持運轉(zhuǎn)?！?/p>

上述兩種P2模塊中都包含一個分離式離合器，置于電機和雙質(zhì)量飛輪的集成結(jié)構(gòu)內(nèi)，可以與當(dāng)下最流行的傳動技術(shù)搭配使用，其中包括行星齒輪步進(jìn)式自動變速箱，雙離合變速器（DCT）、無級變速器（CVT）以及自動換擋系統(tǒng)等。博格華納的工程師指出，P2架構(gòu)的另一大優(yōu)勢就是：可以繼續(xù)使用目前已有的發(fā)動機和傳動系統(tǒng)。

“采用了P2架構(gòu)，就可以在發(fā)動機和變速箱之間加入一個模塊。當(dāng)然，這一方案并非絕對理想?！盉arlage說，“但同專門用于混合動力的變速器相比，這仍是更經(jīng)濟(jì)的選擇，涉及的調(diào)整也會少很多，而且還能改變尺寸大小?！倍谂浜螪CT的配置時，使用P2架構(gòu)則可以成為三離合器布置，也就是博格華納所說的“K-Zero”系統(tǒng)，其中包括了連接到電機的分離式離合器，以及負(fù)責(zé)在兩套齒輪組之間進(jìn)行切換的K1和K2離合器。

Maguire特別指出，“我們的戰(zhàn)略規(guī)劃是要玩轉(zhuǎn)各種驅(qū)動架構(gòu)涉及，從P0到P4都能應(yīng)用自如。而通過觀察OEM對各種混合動力驅(qū)動架構(gòu)的探索，以及不斷的學(xué)習(xí)研究，我們已經(jīng)打造出了一套可用于各種設(shè)計布局的系統(tǒng)?！?/p>