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专家观点一:聚焦混合动力变速器
发表时间:2020-09-03 10:07来源:中国工业新闻网 字体:[][][] [打印] [关闭]

  邦奇动力中国区研发总监Saphir FAID

  为什么电气化会带来节油的效果,我们开车的时候你有没有想过能量到底是怎么消耗的,车辆加速的时候要使用能量,这个车越重,使用的能源就会越多。还有系统,包括底盘以及制动系统的摩擦。我们来看一下红色的地方,这是我们真正想要处理的地方,因为电气化并不能取消空气阻力或者底盘的摩擦阻力,但是这个地方可以进行回收动能,包括电动化,电动化我们还可以做发动机的小排量化,以及在变速箱方面进行一个调整。

  集成式混合动力变速箱,如果我是一个燃油车,我在哪里加这个电气化,在变速器方面可以是P2、P2.5、P3,在变速器这里加一个输出轴,或者是P4,P4是从车辆的后部,从整个传动系统来讲,要先靠这些齿轮,还有我们传动系统要考虑到怎么样去回收动能,如果说这个电气化是靠近车轮这个地方是有道理的,但是你还要考虑到其他的配置,包括我们的动力总成,你可以去做集成,集成有集成的好处,而且它的性价比也会更高。

  还有其他的好处,我们看一下集成式的混合动力变速器还有什么好处呢?在变速箱当中有电机,有几个好处。首先我们可以看一下,对于电动车来说,这种高速电机可以说是我们未来的趋势,从之前的8000,现在已经到14000、15000,以后我们会看到18000、20000,在混动车也会看到这样一个趋势,高速电机是未来的趋势,也可以是用在现在的传动轴上。另外集成过程当中我们并不需要太多的电机特色,因为它并不会接触我们刚才所提到的这些设备,它们是单独放置的,你可以用变速箱中的油来进行冷却,从电机角度来讲这些都是有集成的好处,而且也不会有整个皮带传动的那些损耗,所以这些优势都进一步驱动了集成式电驱动。

  FEV中国有限公司业务部总监沙迎递

  FEV首先给大家介绍一下,整个是动力总成,也就是说DCT。首先我们面向最终用户,到底最终用户喜欢什么样的车型,这个样本不是特别绝对,面向北上广深,考虑到法规限制,只能买新能源牌照,可以看到整个北上广深趋势非常明显,尤其是新能源这块达到了80%的用户需求下一辆车可能会往这个方面发展。在小的城市,在纯电动或者混动认可度反而比二三线城市高一些,这是我们现在市场上TOP 10新能源卖的比较火的原因。

  FEV的工程开发能力,我们目前内部也做了整合,是传统的变速箱系统,然后电子电器系统,集成做成一个产品线,目前在我们的展台也可以看一下,这是我们集成式的EDU方案,内部设计的限制,是轻型商用车,这是系统集成,低模组,还有从仿真的角度,国内在座的已经是跟我们有合作的业务。传动链不重点展开了,我们今天展示的7档DCT也是比较新颖,一会儿重点介绍。

  然后电机这块,传统是永磁电机和异步电机,还有轴向磁通电机,尤其是低速问题我们使用两档解决,散热也有相应的解决方案。

  整个从DCT这块,然后扩展到混动,其实整个这块以48V为例,并没有强混,强混也是适用的。我们来看P2、P3、P2.5的优势对比,刚才Saphir FAID先生已经跟大家从P0-P4,以及48V的优势重点介绍了,我这边只是把P2和P2.5再重复一遍。

  从助力角度来讲,P3非常快,但是P3在停车充电这块是无法满足相应的需求。另外在纯电驱动这块来讲,由于P3相应的速比问题,没有一个齿轮放大,这块相应的纯电的最高车速有限制的,我们去年做了一个P3的车,最高车速在15公里以下可以纯电行驶。从控制性角度来讲,P2也讲到了,换挡过程中有动力的中断,同时考虑到P2电机发动机启动的问题,包括滑摩都带来挑战,不仅是机器背景,还有电气背景大家一块合作,不只是在变速箱本身,当然今天是变速箱相关的主题,可能更多的发动机同事在配合过程中也应该参与。

  联合汽车电子有限公司张宽宽

  联合汽车电子紧跟这个行业发展的潮流,然后去给各个整车厂提供一个基于混动这块的一个服务和产品。我今天这个题目是基于P2混动架构的一个P4的功能安全开发。

  P2 DHT是一个比较典型的混动架构,它的增加了一个动力源电机,同时会增加一个C0离合器,它带来一些新的特征,同时也会带来一些新的功能,针对这些功能我们分析下来也会带来一些新的危害,针对这些危害我们从安全的角度做一些考量。

  首先来看DCT的系统概述,这幅图是典型的P2-DCT方案,它有两个动力源,一个发动机,一个是电机,两个之间是C0离合器。再一个是DCT变速箱,再一个是动力电池,它负责给PEU供电,还有DC/DC高低压转换。

  基于我们这个拓扑图,我们可以分析出来对于P2-DCT来讲,TCU这块负责的功能包含五点,第一点是驻车功能,起步功能,当驾驶员有起步的意图,TCU要控制变速箱,使车箱向前或者向后蠕行。第三是滑行,还有换挡功能,无论是在传统还是P2-DCT系统当中,换挡功能都是非常重要的功能,我们有两种,第一种是根据我们的换挡线和换挡工况,来实现一个升档或者降档的控制,这是针对行驶工况。第二个工况是针对制动能量回收模式下我们去控制升档和降档,为了满足我们更好的实现制动能量回收。最后一个功能是动力源切换,TCU通过控制C0、C1、C2离合器,使它们互相配合,达到平缓切合动力源的目的。

  看完我们的功能以后,我们会做一个基于功能的危害分析,这里我们会直接给出来我们一个分析的结论,主要是把它归纳为五点危害,第一点是非期望的加速,第二点是非期望的移动,第三点是非期望的减速,第四点是非期望的移动方向,最后一点是变速箱锁死啊导致的非期望的急减速。基于这五点我们会进行安全等级评估,也会导出相应的安全等级,还有导出安全目标。对于非期望加速,驾驶员在拐弯的时候加速产生一个比较大的危害。对于非期望移动,是指较高车速撞到行人。第三个是非期望减速,考虑到拐弯时的湿滑路面,这时候会造成难以控制。第四个是非期望驾驶方向,最后一个是比较严重的安全风险,它的安全达到C或D,主要是考虑前驱的车和后驱的车对驾驶员的稳定和可控性不同,一般我们认为后驱车安全等级更高一些。这个材料里面列出来的安全等级,主要是为这次演讲案例分析参考的。

  我们分析完了危害和安全目标以后,我们会利用一种故障数的分析方法对我们的安全目标进行更深入的分解,希望得到更详细的安全需求和对应的架构。接下来我们主要对两点进行分析,一个是非期望减速,里面包含了P2-DCT的C0离合器控制错误带来的影响,第二点是变速器锁死这块,因为对DCT来讲这是必须要考虑的一点,因为它所产生的危害就会对你的安全等级要求比较高。

  针对这两点我们做一个分析,首先我们关注变速箱锁死,影响因素两点,目标电流故障导致两个离合器结合,再一点是实际电流故障导致两个离合器结合。第一点目标电流故障又可以分为两个,一个是目标电流故障未被检测到的,第二个是目标电流故障影响未被预防的。对于分析出来的这两点,这里有一个分解的过程,这两个地方的安全等级可以分解。看完了这个检测事项,我们再看一下,虽然检测到了,但是影响没有被预防,这个点主要是考虑电池阀没有有效的关断。

  我们看实际电流故障,也是看实际电流故障未被检测,或者虽被检测到,但是失效未被预防。主要是实际电流的故障未被检测到,这一块需要开发一个实际电流故障的检测措施,如果再往下展开的话还可以继续展开,做更详细更复杂的分析。

  第二个安全目标,由于C0离合器的控制故障,导致非期望的减速,这一块的安全等级稍微低一点。分为两类,一个是目标电流故障,再一个是实际电流故障。目标电流故障考虑到由于离合器压力信号故障未被检测到,还有一个是转速信号故障未被检测到。针对这一点来讲,它跟传统的DCT来讲不一样的地方,就是我框出的这两点,一个是我们需要开发一个针对转速合理性故障的检测措施,还有一个是要对发动机的转速信号以及电机的转速信号提出一个安全要求,这就是它特别的地方。

  在分析完两个安全目标定的故障数分析以后,我们看一下导出的失效原因。对于非期望减速的话,我们考虑由于C0离合器的控制异常导致的非期望减速,失效原因可以归结为五点,包括离合器的压力信号故障,离合器的电磁阀控制故障等等。然后我们可以导出我们的安全需求,需要开发压力信号故障检测措施,需要开发实际电流故障检测措施,检测到电流故障需要关断地边控制,包括关断高边,需要开发转速信号合理性故障检测措施。

  对于变速箱锁死导致的非期望急减速,有两个离合器同时结合导致变速箱锁死,失效原因有离合器信号故障、离合器电磁阀控制故障、目标电流信号故障。功能安全需求,需要开发压力信号故障检测措施,需要开发电流合理性故障检测措施,检测到电流故障后需要关断低边控制和高边控制,需要开发实际电流故障检测措施。

  最后一个,关于驱动极设置,通过主芯片、监控芯片设置高低边,能够确保发生故障的时候一定能够关断。这里我们首先设置了一个高边HSD开关,同时设置了一个LSD,我还需要设计主芯片和监控芯片,主芯片可以通过正常的控制控制高低边的关断,同时我的监控芯片也会有一个特别的关断路径,相当于也是可以关高边和低边,具体关的逻辑,在TCU工作正常的时候,我通过主芯片的路径关掉它,也就是黑色的路径。如果是主芯片出现了故障,监控芯片这个时候发现了主芯片故障以后,它可以去关断高边和低边。

  相对于我们传统的DCT而言,P2-DCT增加了影响功能安全目标的一些故障类型,需要去增加额外的一些危害分析。基于我们这个分析所得到的危害类型,我们也要通过故障数分析以后,我们需要增加一些P2-DCT的安全需求。第三点,基于我们所设计的这样一个架构,能够满足P2-DCT最高这样一个功能要求。

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责任编辑: 张泽月