01、系統介紹

GKN Automotive為插電式混合動力高端車型的OEM平臺定制了一款全新的三合一后置驅動系統，該系統最近獲得了歐洲汽車供應商聯盟（CLEPA）的2021年創新獎。主要的挑戰是在一個非常小的包空間內安裝一個三合一系統，包括一個斷開單元和一個駐車機構，以支持客戶的車輛架構。緊湊型同軸設計，輸入軸和輸出軸在同一軸線上，需要在平行的中間軸上容納駐車機構和斷開系統。這是該產品在業界的首次應用，見圖1、表1所示。

表1 電驅動系統參數

02、斷開機構介紹

當車輛處于電動或混合動力模式時，凸輪驅動斷開裝置（CDD）將扭矩從電機軸傳遞到中間軸，并使最終驅動差速器轉動。斷開單元允許超過某一車速時的電機斷開中間軸，在少于設定時間內打開離合器。當車速降低到某一車速時以下時，狗爪離合器在恢復駕駛的設定時間內自動關閉。這樣，傳統汽車和電動汽車的運行就有可能發生不明顯的變化。

斷開裝置的一個挑戰是它在中間軸上的位置，這意味著必須克服和補償狗形離合器內更高的轉速。快速的連接和斷開時間是由GKN公司內部完全開發的功能性應用軟件（功能安全軟件）實現的。它可以通過一個先進的速度控制器，在控制回路中估計時間，實現電機速度的更快同步。此外，通過先進的位置控制器，狗爪離合器可以由無刷直流電機更快地驅動，如圖2所示。

圖2 斷開機構示意圖

03、駐車機構介紹

該應用的另一個特殊特點是駐車機構，它也安裝在中間軸上，必須滿足特別苛刻的要求。

即使在-40°C和傾角為30°%的停車情況下，駐車機構也必須絕對可靠和始終如一地抓住滾動的車輛，并通過將停車爪插入停車輪將車輛固定在斜坡上，如圖3、圖4所示。

這一要求要求特別快的動作，這是由不同的功能組合來確保的鎖。功能安全軟件的超前位置控制保證了無刷直流電機在軟件端快速驅動。在硬件方面，駐車機構位于自己的艙內，有自己的油位，以實現充足的油量和低水動力阻力之間的最佳折衷。由于閉鎖系統不是由齒輪箱其余部分飛濺的油潤滑，額外安裝了一個油墊，以便每次機構啟動時都能潤滑閉鎖部件。與主齒輪箱腔相比，該鎖架浸泡在粘度更低的油中，以促進在非常低的溫度下可靠的驅動。專門為該應用開發的一種正在申請專利的槽錐，顯著降低了流動阻力，進一步確保了在低溫下所需的嚙合速度。

圖3 駐車機構示意圖

圖4 駐車測試曲線示意圖

04、潤滑結構介紹

緊密型電動傳動系統的高效率要求，以及系統周圍幾乎沒有氣流的緊湊單包設計，要求采用復雜的冷卻策略，在不需要單獨水泵的情況下，將干式永磁同步電機、變速箱和電力電子設備的熱量散熱。該解決方案包括將冷卻水輸送到電機外殼、逆變器周圍，并進入與齒輪箱外殼集成的熱交換器中，從而在冷卻液流動阻力低的情況下散發出足夠的熱量。這種選擇的配置確保了干式旋轉電機和最佳的變速箱冷卻，避免了電機的損耗和泵的功耗，從而利用世界協調輕型車輛測試周期（WLTC）實現了卓越的系統效率。

從電機和逆變器交換的熱量加熱并迅速穩定傳動油的粘度，這使得在低溫啟動時能夠快速提高效率。為了優化系統殼體齒輪箱側的配油油藏，通過齒輪軸的旋轉填充，保證了對軸承和齒輪嚙合點的供油，如圖5、圖6、所示。中空的中間軸為圓錐滾子軸承通過一個專門開發的透油可折疊墊片提供油，在高速斷開操作中可靠地潤滑和散熱。

圖5 潤滑仿真示意圖

圖6 驅動電機水道冷卻示意圖

驅動系統通常有很高的NVH要求，這給開發帶來了挑戰。記住，斷開機構位于中間軸級，中間軸上的中間齒輪軸承安排的設計必須特別嚴格，以防止中間齒輪嚙合的調制。圓錐滾子軸承使剛性裝配需要在連接模式下，而不妨礙在斷開模式下的delta速度。

傳動設計包括一個中間板，這是必要的，以預加載動軸承在這個同軸設計。重要的振動模式被轉移到安全的頻率范圍內，而不會增加不必要的重量或損害緊湊的封裝要求。傳動齒輪的個別微觀幾何形狀，加上優化的位置公差和高系統剛度，產生高效的扭矩傳輸與優越NVH演出。

這款三合一系統由GKN與歐洲的一家OEM合作開發，在上海的合資生產基地全球推出。整個系統的組裝結合了電機的建立，傳動部件的制造，電氣子系統的集成和系統軟件的實現，包括應用功能的功能安全軟件。

05、總結

GKN獨特和創新的三合一同軸系統是高性能的相對于其重量。它驅動包裝到一個最佳的獨特的熱管理和高效的傳輸，具有線控駐車機構與線控斷開系統。電機、高壓電子設備和變速器之間的傳統接口集成在一個集成的系統結構中，其剛性確保了卓越的NVH性能。該系統允許新型高端汽車在兩輪驅動和四輪驅動模式之間、在電力和燃燒模式之間進行舒適的切換，以實現高速公路效率和全輪驅動牽引力的最佳折衷。