NO.182舍弗勒和舍弗勒和AVL 的48V輕案舍弗勒48V電橋解決方案舍弗勒48V電橋可以應(yīng)用在不同的整車架構(gòu)中。純電行駛和能量回收完全由48V電橋完成。為了啟動發(fā)動機(jī)，仍然需要12V起動電機(jī)。另外，傳統(tǒng)動力總成和電橋分別驅(qū)動前、后橋，實現(xiàn)電動四驅(qū)功能。在后驅(qū)車型中電橋安裝在后橋前端，由后橋差速器的法蘭支撐，并與萬向軸保持同軸。電橋所產(chǎn)生的扭矩通過萬向軸和后橋差速器傳遞到后輪。在前驅(qū)車型中電橋安裝在變速箱后端，通過法蘭連接在變速箱殼體上。電橋所產(chǎn)生的扭矩通過變速箱中間軸傳遞到前橋，從而驅(qū)動車輛行駛。對于具有更高駕駛動態(tài)響應(yīng)要求的高端車型，可以采用帶扭矩矢量分配功能的舍弗勒48V電橋。它可以提供48V電橋的全部功能并增加后輪的扭矩矢量分配功能，從而具有更好的駕駛性和動態(tài)響應(yīng)特性。舍弗勒48V電橋包括一個電機(jī)、兩級行星齒輪以及連接齒輪和萬向軸的電子機(jī)械式換檔機(jī)構(gòu)。電機(jī)的功率電子和換檔執(zhí)行器被集成在后軸驅(qū)動的傳輸通道中。為了得到起步所需扭矩，到驅(qū)動軸的高減速比是必要的。行星齒輪可實現(xiàn)的最大速比受到太陽輪與齒圈直徑的限制，舍弗勒通過使用盡可能小的太陽輪和一個創(chuàng)新的較容易安裝在殼體中的齒圈，可以使傳動比達(dá)到最大。第一級和第二級齒輪的齒數(shù)是相同的，兩極行星齒輪都與固定在殼體上的同一個齒圈相嚙合。Productportfolioelectricaxlesystems48V

SGHAEFFLERHVLowpowerelectricaxle

2-speedelectricdrive

2-speedelectricdrive(parallelaxis)舍弗勒電驅(qū)動橋產(chǎn)品48Vaxles- G?2redoctionpotentials(e-segmentcar) SGHAEFFLER-s°f.(DeI@between12Vand48V)=upto7%withadditionalfunctionalities-14.8°/?

+smart +eCreeplngAlternator (10mph)+aSaiIing(ICEIdle(ICEoff)?leclr?caxledrivegenIIIwithtorquevectoring

ELERTVelectricmo?rmo?rGearshlhlngaCuatorTractionelecklCI￥iOtOFTVpowerelezronlaActuatorcon￥olu”nitTraction,motor 2speed Spurgear?F?MSf?i?SS?OR diPerentialDCompactcoa?alelectricVansaxleI?owerou?p￥?5”?\?/oMaòu?arsystem1-or2-speedoSuitableforHEV?anòB”E”VsaswellMa”x?mümtoq”ue?0DDNmoGDodscalabilityofpowerIqyel?Customertailoreòscopeofdelivery m?,???y,在一擋時電機(jī)產(chǎn)生的動力通過第一級行星齒輪的太陽輪傳遞到行星架。同時第一級行星齒輪的行星架與第二級行星齒輪的太陽輪相連接。最終動力通過第二級行星齒輪的行星架輸出。在二檔時第一級行星齒輪的行星架直接與中間軸相連接。因此只有第一級行星齒輪參與動力傳遞，第二排行星齒輪在空轉(zhuǎn)。舍弗勒48V電橋和整車之間的接口需根據(jù)具體車型來定義。48V電池通過功率電子供給電機(jī)所需要的電功率。同時，整車控制單元（HCU）和功率電子通過車輛總線（CAN或FlexRay）進(jìn)行通訊，ECU所要求的扭矩通過功率電子中的控制單元轉(zhuǎn)化為對電池的電流需求。換檔執(zhí)行器同樣通過車輛總線與整車控制器通訊，并且根據(jù)駕駛工況把整車控制器的換擋命令轉(zhuǎn)化為執(zhí)行器位置信號。換檔執(zhí)行器由車載12V電源供電。除了控制信號，車輛總線還傳送位置、溫度和電流傳感器數(shù)據(jù)，以允許整車控制器隨時監(jiān)控混動系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)。換檔執(zhí)行器的底層驅(qū)動軟件以及控制算法都由舍弗勒獨立完成，并且可以根據(jù)目標(biāo)車型的要求進(jìn)行修改與匹配。機(jī)械接口包括中間軸與萬向軸的連接，以及后橋差速器和電橋法蘭的連接。舍弗勒在開發(fā)48V電橋過程中，采用模塊化設(shè)計原則是至關(guān)重要的。因為可以沿用通用的量產(chǎn)零部件，模塊化設(shè)計的理念已得到廣泛認(rèn)可。48V電橋樣品的電機(jī)來自于BSG電機(jī)，電機(jī)的定轉(zhuǎn)子已經(jīng)大批量生產(chǎn)。電橋的設(shè)計高度集成，殼體為集成功率電子進(jìn)行了設(shè)計調(diào)整。同時可以沿用BSG系統(tǒng)中大部分的發(fā)動機(jī)控制和總線接口。與功率電子器件關(guān)聯(lián)的換檔執(zhí)行器已被使用于舍弗勒高壓電橋，無需任何修改即可用在48V電橋系統(tǒng)當(dāng)中。變速箱、殼體和軟硬件接口已經(jīng)為48V電橋的相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行了調(diào)整。零部件共用策略可以避免針對每個客戶的全新開發(fā)，而僅需要應(yīng)用匹配。峰值功率為12千瓦的舍弗勒48V電橋提供了一種高性價比的混動化方案?；谀K化設(shè)計原則，共用已有的換檔控制器和采用已大批量生產(chǎn)的零部件，使得開發(fā)出低成本的48V電驅(qū)動橋成為可能。兩檔變速箱可以利用一檔實現(xiàn)車輛純電起步到20公里/小時。除了用在頻繁起停的路況，純電行駛也可用于部分自動駕駛操作，如泊車。在二檔，助力和能量回收可以在很寬的車速范圍內(nèi)實現(xiàn)。根據(jù)不同的車型，電動巡航（車速恒定）可以最高達(dá)到約70公里/小時的速度。搭載一個電機(jī)和兩檔變速箱的舍弗勒48V電橋可以實現(xiàn)高達(dá)15％的節(jié)油率，采用更高功率的電機(jī)，如從12千瓦增加到18千瓦，可以預(yù)期獲得更高的制動功率和更好的能量回收率。另外，通過改變電機(jī)的冷卻方式，從風(fēng)冷轉(zhuǎn)變?yōu)橛屠?，可以有效提高電機(jī)的額定功率。?CItúEFFWR65kW??]Electricmotor(scalable)@ì1Planetarygearset@2Planetaryg?rsetSpurgeardifierential?TransmissionactuatorwithEOUYorquevectoringunit65kWC?hercomponent2spesd,N2spee8,N

1speed,N1speed,N

1sp?d1speedSCX6EFF￡ERSch?8efssoluèons2X

CombDt?a1engines H?óri6 Electric?J3HYBRDMODULE:

e?LE:

eWHEEL:ModularConce??15?3D6FEP2configuratia

?48VorHVva?antsworw/oTV ?Innova?vepodu4Coaxial/in-paralleldesign ?Integralpys?g?@jj??yv?1-speedf2-speedenfigua?on ?Newvehic??&??I????8Kòs舍弗勒P2混動系統(tǒng)OCHAEFFLERHybridModule2°dGen withdryclutchHybridmoduie2"dgen withintegratedelectronicsP2 hybridmodule2F\dgenerationReducedaxialspaceby17mmElectricalsailingupto100miles/hrApplicabletoalltypesoftransmissions

SCHAEFFLERHybridelectricdrivetrainarchitecturesParallelSerialPowersplitHybridmodules

SCHAEFFLERONOSGHAEFFLERHybridHybrid modules

) Mild

Full ) Plug-in )"Rangeextender" i/'”'-.""'!':'Modularsolutionsforalllevelsofhybridization!% 12013

202D

2030Combustionengines Hybrids舍弗勒對未來各種動力源占比的預(yù)測

Electric-',48Vaxles vehiclearchitecturesP2 P3

P4elect.

SCHAEFFLERTorquevectoring basicTractionTractionMotorDifferentialTV-Motor6kW

TV-TransmissiDn

SCHAE FFLER60kWTractionTorquevectoringsystemTraction[Nm]000N<n00Nrri

TractionUnit'* [Nm]000N

SCHAEFFLER60kW6kW 60kW6kW33kW33kW33kW70kW 7OkW2000@m舍弗勒P2混動系統(tǒng)舍弗勒CO,—ReductianE-C1utch

8BVhybridmoduleFrDntendBCED5sorydriue

Hvmodule

E-AxIe

HVE-AxIe

E?ectricwh9elhubdriue eNr?r?PzPzHIGH-VOLTAGEHT,BRIDMODULEAVL48V輕混系統(tǒng)：AVL48VMildHybridSolutionsRoadmap-3Generations offunctionalitiesAddOnSolutions DedicatedPropulsionFunxionaliy: Functionality:Low-EndTorqueFill LIRecuperation(combustionenginedecoupled)0 Boost ExtendedCoasting(Enginedecoupled)Recuperation(combustionengineoff) e-Drive(incl.LaunchandCreepe.g.3Dkph)0 ExtendRdCoasting Autonomousparking(electrical)0 EngineStart(LawTemptbc.) E)EngineStart(LowTemptbc.)GeneratingwhilestandstillD AdvancedEmissionManagementtoday20200 AC-D AdvancedEmissionManagementtoday2020

FullScaleEEAncillariesFunctiDnBlity:HeatingBrakingOSteering0 E-ClosureSoiutionOverview48V M)HEVAdd?nSolutionsBenefit6 12/?

Modular&DedicatedBenefit12- PO+eSCBest electric5upRrcharger

PO+P4 P2Belt eAxla ParallelNodule

VehicleLevelAuxiliaries20172020Benefit20172020CatalystheatingelementElectricalcoolantpumpEliminationofFEADOilcooler/filtermodulewithe-pump

ElectiieSuperchargerElectricCamphaser48V20kWe-Motor19Ommdiameter,15Ommlength,48VDC,68oArms,N3OUH160 139,9 32505

35000Iu?Iu?ffbJoyoy0

26593

30000250002000010000500000 2000 4000 6000 8000 10000Speed(rpm)Torque,52,20°C Torque,S1,20OC,,C ,S,0-C”

.-”'Idealbaseenginefor48v”” Minimisedoverallweightincreasejg ggProduction engine

4,5kgElectrified baseengine48Velectrification 48VelectrificationIntegratedsolutionswillhaveamassbenefit489 rlutirnsin emarketbenz.benz.html-V?rcefle.3-?en-zTheBSA fuel-saving hybrid functions:48V Water PumpEasy startBoostupto2500rpmEnergy recovery upto 12.5kWShiftingoftheloadpointCoasting withengineoPextended stop/start withintelligentengineshutoffevenatlow speedsThesix-cylindergasolineengineM256features:48Velectricalsystem.Electricauxiliarycompressor(eZV)(300ms0to70.000rpm),IntegratedStarter-Alternator(ISG)provideexcellentdrivabilitywithnoturbolag.Boost(15kW)Almostimperceptiblerestartoftheengine.-?.-??':'!?tEIeCtrifiC6?iOrITeChFlOlOgi9S PasSRrigerCarsLargeLargeNediumSmallAdvantages:Re-Useof&TransitiontoBEVEntryLargeETectrificationLargeETectrificationPassengerCars48VAdvantages:SimilarfuelconsumptionasHVLowercostthanHVCustomerMediumSmallNediumNediumLuxuryI'dakinga Difference intime WorldSecr?reCity Access forTcmorro?<123gCO2/HighestEFiciencyBased123gCO2/Technology9OgCO2/kioaE—Axle2OkW,9OgCO2/kioa7SqCO2/km

ElectricAxle3OkWElectricRange15—XXkmE—Speed65kph<6OgCO2/km(TARGET)PowerModule PowerModuleInsideInverter InsideInverter2D16

2017

201848VBSGPlug-in48VBSGPlug-inChargingsocket4CylinderEngine“ 1 E-Driveonrearaxle:48VE-NotorReductiongearSeperatorclutchDiKeren?algear由P4構(gòu)型48V電后橋構(gòu)成的全輪驅(qū)動FunctionAdvanced stopstartCharqingatstandstillCharqingatdrivingRecuperationBoostSailingCoastinqeCreepElectricdriveEngineshutdownassistEnginestallprotectioneAWD5,76kWh

P2 PO/P3 P0/P4( Degree offulfillment30kW￥ Peak

250A 3S0A

AVLNodularInverterScalingRangeby13CellsPowerOutputLimited1Module13Cells 48V1Module13Cells 2,88kWh

AVLIntegratedPowerNodule6-9Phases-+I'RReductionoflossestolessthananquarterModularsystemdesignforpowerandtorquesCaldbility —3PowerLevels(M)HEV/CityAccess E-machinedesign <2OOmm?20Omm?135Nm

134.5NM 315%?3?5kW>O.9?105O0rpm

16.6%1tJ?i’u0i;cnn

OngoingAchievedAchievedAchievedAchievedi?420/o?48V?35kVA

Developmentservicesandcompetencesforadvancede-DrivesHowtoselectaHowtoselectacoolingsystemforpower

electronics?2ii@@ii$§$l582ii@@ii$§$l58ModulechoiceTopology(y,cyetemCoolingsystemElectricalModulechoiceTopology(y,cyetemCoolingsystem'-I"”"! Requirements&LoadprofileAmbientairHTCsCoolingofpowerelectronicsCoolingofpowerelectronicsisasystemtopic混動化與48V系統(tǒng)P0 動系統(tǒng)上P1 P2 P3 電機(jī)與變速箱輸出端相連接P4 電動后橋?qū)?8V/變速箱側(cè)AVL48V電橋的主要組件AVL48V電橋系統(tǒng)4874874401901906*ń@?g/36*ń?ü?@10,500rpm32.5kW? 27.6kWm*$ùj?€v?80°c?048V??{?1?????@

150mm[Nm][Nm]

Performance-Peak(S2)andContinous

(S1)23(S1)239111,2659139,3297403500Power[W]0Power[W]30000250002000000 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 10000Speed[rpm]S2,20°C S1,20°C S2,20°C

000

Power,S1,20°C→若要在城市中實現(xiàn)零排放駕駛，需要能量達(dá)到5kWh以上且峰值功率超過30kW。AVL48V電橋系統(tǒng)Peakoperationcomparison040VmaxPeakoperationcomparison040Vmax180301601401202010080—Baseline1560—Hairpin Design(dow 10402000Torque[Nm]Power[kW]0 Torque[Nm]Power[kW]

8000Speed[rpm]

12000 16000RelatlveMateria?DlstrlbutlonToscaStructure.topologyOptlmlzatlonResult.Job:Topo_Opt?Procass?L?N-21Group:ALL_E?EMENT5Rt￥tn'eMatt bu

+?@@lb,1??8fi1f?4Fr4M01/15GptimizationStep0-OriginalModel相較于傳統(tǒng)的48V驅(qū)動系統(tǒng)，AVLP4構(gòu)型的電橋布置有其優(yōu)勢所在，該布置可幫助客戶實現(xiàn)純電動驅(qū)動模式下的車輛駕駛，同時具備比現(xiàn)行市場上其他系統(tǒng)更優(yōu)的性能。標(biāo)布置空間，盡可能減少對整車做出修改。諸如電橋軸承支撐、四驅(qū)系統(tǒng)車輪半軸等機(jī)械接口應(yīng)可重復(fù)使用。此外，可通過共軸設(shè)計使布置空間達(dá)到最小。電機(jī)扭矩和傳動比的定義是在電機(jī)可用布置空間、電機(jī)最高轉(zhuǎn)速（10500rpm）以及所需電橋扭矩定值（1280Nm）之間權(quán)衡所得出的折中方案。整體速比達(dá)9.45時，分為兩步，中間軸上配備了解耦元件。該電橋應(yīng)可支持速度高達(dá)130kph的動力總成，同時，還能在速度超過130 kph時從車輪解耦，從而提升整體的效率。為了使功率密度達(dá)到同類最佳水平，同時保證較低的扭矩波紋，將采用帶分布式繞組的六相電機(jī)設(shè)計。六相技術(shù)使48V系統(tǒng)的電氣化水平進(jìn)一步提升，同時還實現(xiàn)了純電動驅(qū)動功能。逆變器包含2個模塊，每個模塊分別控制電機(jī)的三相繞組并與電橋高度集成，由此在內(nèi)部實現(xiàn)各路線間的完全連接。逆變器和電機(jī)的冷卻系統(tǒng)以串聯(lián)的方式連接。本文將簡要介紹48V電橋系統(tǒng)，說明技術(shù)解決方案以及其特性。未來嚴(yán)格的二氧化碳限值以及傳統(tǒng)車輛的地方駕駛限制不僅要求對要求。相對于現(xiàn)行的12V供電系統(tǒng)和高壓混動系統(tǒng)解決方案系統(tǒng)可能是兩者間比較具有吸引力的一種折中方案。48V起停等通用功能，甚至還能夠滿足有限的電動行駛特性，同時保證系統(tǒng)的價格經(jīng)濟(jì)實惠。30kW以上的48V車的功能，以適中的成本達(dá)到令人驚艷的駕駛性能。相較于傳統(tǒng)的48V驅(qū)動系統(tǒng)，AVL的新型P4構(gòu)型電橋應(yīng)能讓客戶在純電動驅(qū)動模式下駕駛車輛。對比當(dāng)前市面上所提供的其他系統(tǒng)，該方案對性能提出了更高的要求。為了實現(xiàn)高性能，需考慮采用新技術(shù)。新的48V電橋不僅能夠使動力總成的價格變得經(jīng)濟(jì)實惠，還能充分實現(xiàn)駕駛性能，同時也是滿足現(xiàn)實二氧化碳排放限值的關(guān)鍵要求。如圖3所示，總體而言，48V是降低二氧化碳水平及排放的主流方案。過去，48V方案僅能在輕混和微混車輛上實現(xiàn)，而如今，48V的組件可以支持在強(qiáng)混和插電式混動車輛上的應(yīng)用，且隨著新技術(shù)的應(yīng)用，性能也得到了一定的提升。圖3：混動化與48V系統(tǒng)動力總成配置如圖4所示，通過將傳動系的電驅(qū)動系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)解耦功能相結(jié)合，可最大程度地實現(xiàn)48V系統(tǒng)的潛力，使車輛實現(xiàn)純電動行駛，由此降低二氧化碳排放，達(dá)到與高壓強(qiáng)混系統(tǒng)相近的減排效果。為了使效率達(dá)到最高以及實現(xiàn)純電動驅(qū)動，目標(biāo)車輛的布置應(yīng)為P0或P4構(gòu)型。圖4：48V動力總成配置AVL48V電橋系統(tǒng)定義：路緣爬坡：由靜止開始爬坡，在120mm高的路緣處，1個車輪的傾斜角為45°（僅限平整路面）。車輛出庫：坡度為15%（僅限蠕行）。WLTC市區(qū)工況下的整車零排放行駛（內(nèi)城區(qū)禁令）：22km行駛里程（歐洲大城市間行駛），最大坡度為10%。和RDE和RDE要求（僅限市區(qū)），130kph。）μ運(yùn)行。搭載48V電橋的目標(biāo)車輛為D級車。表1為電橋的基本參數(shù)。48V電橋系統(tǒng)規(guī)范項目單位規(guī)范目標(biāo)車輛-D級車電橋峰值扭矩（1s）[Nm]1260電橋峰值功率（1s）[kW]31電橋恒定功率[kW]15系統(tǒng)正常電壓[V]48電機(jī)最高轉(zhuǎn)速[rpm]10.500傳動比-9,45解耦設(shè)備-機(jī)電電驅(qū)動支持最高轉(zhuǎn)速[kph]130變速箱架構(gòu)-中間軸/共軸潤滑-飛濺潤滑冷卻系統(tǒng)l/min@°C8l/min@60°C逆變器-全集成式如圖5所示，所設(shè)計的電橋系統(tǒng)要滿足目標(biāo)車輛的布置需求，同時可與傳統(tǒng)的四驅(qū)后橋相集成。車輛集成了專門的解耦系統(tǒng)，目的是在低速區(qū)最大程度地從電氣系統(tǒng)的支持中受益。當(dāng)速度超過130kph時，電驅(qū)動可從動力總成上解耦，從而避免產(chǎn)生拖曳損失，提升總體效率。圖5：48V電橋主尺寸逆變器和電機(jī)采用水冷。冷卻系統(tǒng)以串聯(lián)的方式相連接，但逆變器的冷卻圖6：電機(jī)特性出口直接與電機(jī)的水套進(jìn)水口相連，以實現(xiàn)電橋各個元件的最大化集成。圖6：電機(jī)特性IPM（內(nèi)置式永磁）電機(jī)采用帶分布式繞組的六相電機(jī)，旨在滿足低電壓水平和低NVH性能下的高功率需求。所采用的電機(jī)為永磁同步電機(jī)（PMSM），其中帶有6個磁極和36個槽，如圖6所示。最高轉(zhuǎn)速為10500rpm。電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的疊片選擇采用相互粘結(jié)的0.3mm薄鋼板，鐵損密度低以便提升電機(jī)的熱性能和NVH性能。由5.5%（峰值到峰值）矩波紋。電機(jī)定子的外徑為190mm，電機(jī)的有效長度為150mm圖6為電機(jī)在峰值扭矩達(dá)到約140Nm、峰值功率超過32kW，且受系統(tǒng)內(nèi)部最大電流限制時所表現(xiàn)出的特性。將高功率電驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計成六相系統(tǒng)，使其盡可能與繞組回路相平行，從而使電流保持在較低的水平。表2為電機(jī)目標(biāo)值與實際值的對比。電氣系統(tǒng)的效率與48V混合動力總成全部潛力的發(fā)揮有著最為密切的關(guān)聯(lián)。圖7為不同溫度條件下的電機(jī)效率分布圖，該圖顯示90%以上的高效率區(qū)域占比達(dá)到75%。此外，鑒于該電機(jī)的布置目的是在城市駕駛工況下為車輛提供驅(qū)動力，由此，設(shè)計了滿足城市駕駛要求的最高效率區(qū)域，從而使純電動行駛的效率盡可能達(dá)到最佳水平。表2：電機(jī)參數(shù)電機(jī)設(shè)計要求參數(shù)仿真參數(shù)有效軸向長度≤200mm150mm定子外徑≤200mm190mm電機(jī)扭矩（S2）≥135Nm142Nm@20°C136Nm@80°C電機(jī)最大扭矩條件下的扭矩波紋（S2）≤15%5.5%@20°C5.3%@80°C電機(jī)功率（S2）≥31kW32.5kW@80°C,48VDC26.6kW@80°C,40VDC電機(jī)功率（S1）≥5kW27.6kW@80°C,48VDC22.0kW@80°C,40VDC電機(jī)最高轉(zhuǎn)速10500rpm0.8mm直徑銅線的槽滿率≤42%40.1%逆變器直流電壓≤48V36-52VDC圖7：電機(jī)效率map圖變速箱變速箱的布置選擇采用中間軸共軸設(shè)計，以便在有限的后橋布置空間內(nèi)完成布置。相較于圖8中的其他布置結(jié)構(gòu)，該布置從尺寸緊湊性和軸向?qū)挾鹊慕嵌榷跃鶠樽罴训姆桨?。圖8：電橋變速箱布置在定義電機(jī)扭矩和傳動比時，常常需要從系統(tǒng)可用布置空間、電機(jī)最高轉(zhuǎn)速以及電橋扭矩輸出所