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(chē)用緊湊型無(wú)轉(zhuǎn)矩中斷換擋“無(wú)離合器”變速器，其靈感來(lái)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(chē)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(guò)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(lái)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(guò)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(wú)縫換擋（換擋時(shí)無(wú)轉(zhuǎn)矩的中斷）和避免常規(guī)變速器過(guò)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(lái)了性能和效率的提升，從而使車(chē)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(chē)。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(jiàn)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(wú)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(wèn)題，使裝配進(jìn)汽車(chē)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(kāi)發(fā)后，第二代的設(shè)計(jì)也很快被開(kāi)發(fā)出來(lái)。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(chē)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(jiàn)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(guò)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(chē)到A級(jí)、B級(jí)前驅(qū)或者后驅(qū)汽車(chē)等多種車(chē)型。eDCT的設(shè)計(jì)范圍甚至可以延伸到汽車(chē)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(wú)縫換擋和4個(gè)齒輪速比。而對(duì)于更加強(qiáng)調(diào)車(chē)輛性能的高端車(chē)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(guò)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(chē)，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(guò)4個(gè)非限定的電動(dòng)機(jī)提供超級(jí)跑車(chē)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(chē)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(wú)轉(zhuǎn)矩中斷的換擋，同時(shí)其能夠與車(chē)輛其他控制器和接口通信以確保駕駛的直覺(jué)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(chē)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(lái)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(lái)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(chē)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(kāi)發(fā)的第一種換擋類型，第一代的變速器已經(jīng)在樣車(chē)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(jiàn)圖3）。通過(guò)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(chē)輛選擇的電動(dòng)機(jī)和車(chē)輛的電子技術(shù)。

總結(jié)

電動(dòng)汽車(chē)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(chē)輛有效，并且適用于高載重的車(chē)輛或者負(fù)載和不負(fù)載時(shí)重量差別很大的車(chē)輛，這些車(chē)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(chē)的潛力無(wú)窮。