對話新能源-內(nèi)燃機(jī)與電機(jī)之爭

今天分享一篇德國蔡司資深大咖的一篇vlog文章

嗨，測量大咖！歡迎來到蔡司Vlog，今天我們來聊聊新能源汽車。我們正在探索一些新的行業(yè)技術(shù)及應(yīng)用，在蔡司的我們對此非常興奮。這些新興技術(shù)也是未來的發(fā)展趨勢。

在開始介紹新能源汽車之前，首先，讓我們先了解一下在道路上行駛的不同車輛類型。

我們都知道ICE，即內(nèi)燃機(jī)汽車或燃油車。我自己就有一輛，它是1964款福特野馬，是一臺原裝汽車。我個人非常喜歡這些老式內(nèi)燃機(jī)汽車。從福特和大眾汽車出廠后就一直在使用這類內(nèi)燃機(jī)。這些都是我們喜愛的汽車，并且都已經(jīng)開了幾十年了。

第二種汽車類型是PHEV，即插電式混合動力汽車，通常人們簡稱為混動汽車。目前也有約20年的發(fā)展史了。未來，我們還會有BEV汽車，即純電動汽車。

回過頭來看，我們已經(jīng)知道什么是ICE，那我們來談?wù)劜咫娛交旌蟿恿ζ嚺c純電動汽車之間的區(qū)別。

插電式混合動力汽車實際上就是兩種不同類型車輛的結(jié)合體，既有一臺內(nèi)燃機(jī)引擎，也有一臺驅(qū)動電機(jī)引擎。也就是說，它同時配備了驅(qū)動電機(jī)和發(fā)動機(jī)，以及用于驅(qū)動兩種動力裝置的大型齒輪箱。過去，大多數(shù)車輛都是將電動機(jī)用于第一檔和第二檔。接著在第三、第四、第五和第六檔時切換到內(nèi)燃機(jī)。當(dāng)然，內(nèi)燃機(jī)采用的是大型齒輪箱，而這正是它令人感興趣的地方。

內(nèi)燃機(jī)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速介于6,000-7,000rpm之間。rpm是指每分鐘轉(zhuǎn)速。客觀地說，車輪通常每分鐘旋轉(zhuǎn)800轉(zhuǎn)。動力傳動裝置或變速箱需要將6,000-7,000rpm的轉(zhuǎn)速，切換降低至800rpm。電動汽車的驅(qū)動電機(jī)能夠以20,000rpm的速度轉(zhuǎn)動。因此，兩者之間的差異非常大。

但有趣的是，這些齒輪箱必須擁有強(qiáng)大的動力。原因在于，它不僅需要將動力源從電動機(jī)切換到內(nèi)燃機(jī)，還需要在動力輸入從大約20,000rpm降至約6,000-7,000rpm時，做很多事情，保證兩種輸入將驅(qū)動力傳遞至車輪，也就是將其輸出轉(zhuǎn)速達(dá)到每分鐘800轉(zhuǎn)左右?？雌饋聿⒉浑y，這些插電式混合動力汽車似乎可以輕松達(dá)到該轉(zhuǎn)速，實際上實現(xiàn)這一過程非常困難。這是因為要在不同轉(zhuǎn)速下切換，還要讓駕駛員在切換發(fā)動機(jī)時不會有頓挫感，這就要求擁有出色的質(zhì)量。因此需要進(jìn)行大量精準(zhǔn)的工程設(shè)計和測量。

當(dāng)然，我們一直在學(xué)習(xí)和研究這方面的技術(shù)，各位都有所了解。下面我們討論一些更有趣的技術(shù)。

當(dāng)人們從插電式混合動力汽車，一種內(nèi)燃機(jī)與純電動汽車的結(jié)合體，切換到純電動汽車后，你會發(fā)現(xiàn)，車內(nèi)組件的數(shù)量越來越少了，驅(qū)動機(jī)構(gòu)和運動部件也有所減少。盡管如此，純電動汽車全時以20,000rpm的轉(zhuǎn)速工作。雖然零件減少，對這些零件的質(zhì)量提出了更高的要求。

由于這些部件不停地運轉(zhuǎn)，如果沒有出色的質(zhì)量，精細(xì)的工藝，結(jié)果可以想象，就會出現(xiàn)嚴(yán)重故障。

我們意識到，從內(nèi)燃機(jī)發(fā)展到混合動力汽車，再到純電動汽車，其中面臨著許多挑戰(zhàn)，同時測量要求也開始發(fā)生改變。

時至今日，汽車內(nèi)發(fā)生了許多變化，而不僅僅是換裝了發(fā)動機(jī)。我們這里有一輛裝有發(fā)動機(jī)的汽車。當(dāng)我們換為混合動力汽車時，我們需要在引擎?zhèn)}中安放一塊蓄電池，通常是放在殼體中。但當(dāng)我們改用純電動汽車時，你可以在底盤上，從頭到尾裝滿蓄電池。我們在車架上安裝有電池托盤。

在過去，車架只是一些焊接件，其作用是保持車身平直。而現(xiàn)在，它們必須為蓄電池提供支撐。當(dāng)然，談到固定電池和車架安全性，就要求這些零部件必須防水、防火，且具有各種保護(hù)措施。它們必須確保安全。因此，車輛底部的這些新式托盤/車架面臨著更多的測量挑戰(zhàn)，這也是我們在處理內(nèi)燃機(jī)車輛時從未遇見過的挑戰(zhàn)。

在改用純電動汽車時，我們測量車身的方式也開始發(fā)生變化?，F(xiàn)在，由于必須對這些車架進(jìn)行精準(zhǔn)測量，并且首先要確保其質(zhì)量和安全性，因此，我們必須進(jìn)行100%的檢測。這是一個大趨勢。質(zhì)量保證環(huán)節(jié)正在由質(zhì)量實驗室轉(zhuǎn)移至生產(chǎn)車間。我們開始需要使用機(jī)器視覺等技術(shù)進(jìn)行100%檢測。使用三坐標(biāo)測量機(jī)等工具定期進(jìn)行標(biāo)定檢測?，F(xiàn)在，大部分測量都是使用光學(xué)技術(shù)在線進(jìn)行測量。另外，我們使用了一些新設(shè)備，因為電動汽車有大量的電池。之前，我們僅在研發(fā)階段使用某些顯微鏡設(shè)備。而現(xiàn)在，由于必須測量表面形貌，因此，我們在生產(chǎn)中全面使用了顯微鏡設(shè)備。隨著我們轉(zhuǎn)變測量方式，蔡司也理所當(dāng)然地融入到其他一些變化趨勢中。其中一項變化就是現(xiàn)在配備了電動機(jī)。而以前是內(nèi)燃機(jī)，現(xiàn)在是電動機(jī)。兩者之間存在巨大的差異。

首先，在研究之前我錯誤地以為每個車輪需要一個電機(jī)驅(qū)動，但并非如此。每兩個車輪可以使用同一個電機(jī)驅(qū)動。如果你打算開發(fā)兩輪后驅(qū)汽車，或前驅(qū)汽車，則可以使用一個電動機(jī)來驅(qū)動后輪。如果你想要全四輪驅(qū)動汽車，就需要安裝兩個電動機(jī)-前后各一個。每個電動機(jī)中都有一個定子。這些定子中均內(nèi)置有發(fā)卡。我們稍后會專門介紹發(fā)卡。每個定子中有100到400個發(fā)卡。這些發(fā)卡均由銅制成，非常精密，也十分重要，其作用是讓電流保持流通。而這正是訣竅所在。如果其中任何兩個發(fā)卡相互接觸，就會短路，從而使整個電動機(jī)發(fā)生損壞。因此必須對每個發(fā)卡進(jìn)行測量。如果弄錯一個，整個電動機(jī)就會出現(xiàn)故障?，F(xiàn)在，要知道，隨著我們從內(nèi)燃機(jī)汽車經(jīng)由混合動力汽車過渡到全電動汽車，車內(nèi)部件發(fā)生了很多變化。不僅僅是發(fā)動機(jī)，還包括整個車架以及對其進(jìn)行測量的測量設(shè)備。所有一切都在發(fā)生變化。令人欣慰的是，內(nèi)燃機(jī)目前已經(jīng)達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)。盡管混動汽車或叫插電式混合動力汽車已經(jīng)問世約20年，但在未來5年左右仍有進(jìn)一步發(fā)展的空間，對于我們來說，這是一個好消息，因為它結(jié)合使用了兩種技術(shù)。但在不久的將來，我們相信所有汽車都將是純電動汽車。當(dāng)然，我們也在為此而做準(zhǔn)備，以完成所需的測量任務(wù)。

告一段落，以上是圍繞新能源汽車的綜合介紹。繼續(xù)觀看本視頻博客，我們可以更深入地了解前面所探討的不同應(yīng)用?，F(xiàn)在，何不親自了解一下在實際中測量發(fā)卡的應(yīng)用呢？我們開始吧。

好的。我們之前介紹了新型電動汽車中的某些新組件，其中包括電動機(jī)。我們現(xiàn)在看到的是測量發(fā)卡的應(yīng)用。

首先，我們選擇用于測量發(fā)卡的設(shè)備是PRISMO verity。我們還配備了DotScan探頭。之所以需要使用DotScan，有以下幾點原因。

首先，測量中很難接觸到零件，如果接觸該零件，就會使其發(fā)生變形。當(dāng)測量發(fā)卡到輪廓部分，我們都需要充分契合?？梢酝ㄟ^DotScan實現(xiàn)無接觸測量，從而測量輪廓，并進(jìn)行對比。通常，輪廓的精度要求達(dá)到約1.5mm。除測量發(fā)卡的輪廓外，我們還必須測量銅件的漆層厚度。這些發(fā)卡是由銅制成，并且涂有半透明漆。如果銅發(fā)卡接觸其他銅件，則會使整個定子發(fā)生短路。因此我們薄薄涂上一層漆，大約40微米厚。但令人擔(dān)心的是，由于會產(chǎn)生彎曲，漆層會變薄。如果漆層過薄，這些銅線就會發(fā)生接觸，整個定子可能會短路，最終導(dǎo)致報廢。

我們可以借助DotScan對漆層下的銅進(jìn)行測量，接著測量漆層的表面，即可獲得漆層在整個輪廓的厚度分布。選用PRISMO進(jìn)行測量的另一個原因是我們可以將DotScan安裝在該設(shè)備上。我們首先測量銅，接著再次測量漆層的表面。

因此，我們可以使用該方法在首次折彎和二次折彎時測量漆層的厚度?，F(xiàn)在，我們做的是在發(fā)卡上來回移動。從右側(cè)的3-D彎曲的中心開始，來回進(jìn)行操作。第一遍我們向下測量到銅，第二遍我們測量漆層的表面。然后將兩次的測量值相減即可得到漆層的厚度。然后，我們可以檢查發(fā)卡的輪廓度，以及漆層的厚度，這是引起發(fā)卡失效的兩種主要原因。

正如我之前所說，這會導(dǎo)致定子完全失效。每個定子中有約100到400個發(fā)卡。我們每次都要測量這些發(fā)卡。我們現(xiàn)在的演示無需100%進(jìn)行檢測，是作為在線測量的基準(zhǔn)，定期檢查正在使用的在線檢測系統(tǒng)的精度。你需要將PRISMO作為標(biāo)定系統(tǒng)。但是可以預(yù)見我們需要進(jìn)行非常多的標(biāo)定。正如我之前所說，每個定子中有100到400個發(fā)卡。每個電動機(jī)中都有一個定子。而每輛電動汽車都有1到2個電動機(jī)?？梢韵胂笠幌?，任何一個發(fā)卡出現(xiàn)故障，都會導(dǎo)致整個電動機(jī)失效。因此，我們必須對其進(jìn)行精準(zhǔn)測量。從技術(shù)上講，這不屬于測量工作的一部分，但我們正在使用接觸式測量技術(shù)建立測量基準(zhǔn)。在功能上，都采用非接觸方式進(jìn)行測量。因為一旦接觸發(fā)卡，就會導(dǎo)致其變形，進(jìn)而使測量結(jié)果失效。

好的，測量大咖們，感謝觀看本期Vlog，并和我們一起了解新能源汽車。非常感謝大家的關(guān)注，我們將與您繼續(xù)探討行業(yè)內(nèi)非?？峒靶碌募夹g(shù)。那么，我們下次再見。

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