動(dòng)力總成，英文名稱Powertrain，或者Powerplant，指的是車輛上產(chǎn)生動(dòng)力，并將動(dòng)力傳遞到路面的一系列零部件組件。廣義上包括發(fā)動(dòng)機(jī)，變速箱，驅(qū)動(dòng)軸，差速器，離合器等等，但通常情況下，動(dòng)力總成，一般僅指發(fā)動(dòng)機(jī)，變速器，以及集成到變速器上面的其余零件，如離合器/前差速器等。

?集成動(dòng)力總成?是指將車輛中的多個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)組件集成到一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)更高的功率密度、可靠性和成本效益。集成動(dòng)力總成通常包括車載充電器(OBC)、高壓直流/直流轉(zhuǎn)換器(HV DCDC)、逆變器和配電單元(PDU)等終端設(shè)備。這些組件通過共享電源開關(guān)和磁性元件，減少電源電路中的元件數(shù)量，從而降低成本，但需要更復(fù)雜的控制算法來實(shí)現(xiàn)高效管理?1。

集成動(dòng)力總成的優(yōu)勢(shì)

?提高功率密度?：通過集成多個(gè)組件，可以在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的功率輸出。

?提高可靠性?：減少組件數(shù)量和連接點(diǎn)，降低了故障風(fēng)險(xiǎn)。

?優(yōu)化成本?：通過共享組件和簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，降低了制造成本。

?簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和組裝?：集成設(shè)計(jì)使得組裝過程更加標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，提高了生產(chǎn)效率?1。

集成動(dòng)力總成的市場(chǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀和技術(shù)趨勢(shì)

在電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車中，集成動(dòng)力總成已經(jīng)成為一種重要的技術(shù)趨勢(shì)。市場(chǎng)上有多種實(shí)現(xiàn)集成動(dòng)力總成的方法，包括形成獨(dú)立的系統(tǒng)、共享機(jī)械外殼和冷卻系統(tǒng)、控制級(jí)集成等。最新的趨勢(shì)是向超集成的智能e驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(如11合1系統(tǒng))進(jìn)化，這進(jìn)一步精簡(jiǎn)了控制架構(gòu)，提升了系統(tǒng)效能?12。

用更少的器件實(shí)現(xiàn)更多的汽車應(yīng)用，既能減輕車重、降低成本，又能提高可靠性。這是集成電動(dòng)汽車(EV)和混合動(dòng)力汽車(HEV)設(shè)計(jì)背后的理念。

什么是集成動(dòng)力總成?

集成動(dòng)力總成旨在將車載充電器(OBC)、高壓直流/直流(HV DCDC)轉(zhuǎn)換器、逆變器和配電單元(PDU)等終端設(shè)備結(jié)合到一起。機(jī)械、控制或動(dòng)力總成級(jí)別均可進(jìn)行集成，如圖1所示。

圖1：電動(dòng)汽車典型架構(gòu)概述

為什么動(dòng)力總成集成有利于混合動(dòng)力汽車/電動(dòng)汽車?

集成動(dòng)力總成終端設(shè)備組件能夠?qū)崿F(xiàn)以下優(yōu)勢(shì)：

· 提高功率密度。

· 提高可靠性。

· 優(yōu)化成本。

· 簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和組裝，并支持標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化。

市場(chǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀

實(shí)現(xiàn)集成動(dòng)力總成的方法有很多。圖2以車載充電器和高壓直流/直流轉(zhuǎn)換器集成為例，簡(jiǎn)要介紹了用于在結(jié)合動(dòng)力總成、控制電路和機(jī)械組件時(shí)實(shí)現(xiàn)高功率密度的四種常見方法。它們分別是：

· 方法1：形成獨(dú)立的系統(tǒng)。這種方法已不如幾年前流行。

· 方法2：可分為兩個(gè)步驟：

· 直流/直流轉(zhuǎn)換器和車載充電器共享機(jī)械外殼，但擁有各自獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)。

· 同時(shí)共享外殼和冷卻系統(tǒng)(最常選用的方法)。

· 方法3：進(jìn)行控制級(jí)集成。這種方法正在演變?yōu)榈?種方法。

· 方法4：相比于其他三種方法，此方法由于減少了電源電路中的電源開關(guān)和磁性元件，所以成本優(yōu)勢(shì)更大，但它的控制算法也更復(fù)雜。

圖2：車載充電器和直流/直流轉(zhuǎn)換器集成的四種常見方法

表1概括了目前市場(chǎng)上的集成架構(gòu)：

可降低電磁干擾(EMI)的高壓三合一集成：車載充電器、高壓直流/直流轉(zhuǎn)換器和配電單元的集成(方法3)集成架構(gòu)：車載充電器和高壓直流/直流轉(zhuǎn)換器的集成(方法4)43kW充電器設(shè)計(jì)：車載充電器、牽引逆變器和牽引電機(jī)的集成(方法4)

· 6.6kW車載充電器

· 2.2kW直流/直流轉(zhuǎn)換器

· 配電單元

*第三方數(shù)據(jù)報(bào)告顯示，這類設(shè)計(jì)能夠使體積和重量減少大概40%，并且使功率密度提高大概40%· 6.6kW車載充電器

· 1.4kW直流/直流轉(zhuǎn)換器

· 磁集成

· 共享電源開關(guān)

· 共享控制單元

(一個(gè)微控制器[MCU]控制的功率因數(shù)校正級(jí)，一個(gè)微控制器控制的直流/直流級(jí)，以及一個(gè)高壓直流/直流轉(zhuǎn)換器)·交流充電功率高達(dá)43kW

·共享電源開關(guān)

·共享電機(jī)繞組

表1：集成動(dòng)力總成的三種成功實(shí)現(xiàn)

動(dòng)力總成集成方框圖

圖3為一個(gè)動(dòng)力總成的方框圖，該動(dòng)力總成實(shí)現(xiàn)了電源開關(guān)共享和磁集成的架構(gòu)。

圖3：集成架構(gòu)中的電源開關(guān)和磁性組件共享

如圖3所示，車載充電器和高壓直流/直流轉(zhuǎn)換器都連接至高壓電池，因此車載充電器和高壓直流/直流轉(zhuǎn)換器的全橋額定電壓相同。這樣，便可以通過全橋使得車載充電器和高壓直流/直流轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電源開關(guān)共享。

此外，將圖3所示的兩個(gè)變壓器集成在一起還可以實(shí)現(xiàn)磁集成。這是因?yàn)樗鼈冊(cè)诟邏簜?cè)的額定電壓相同，能夠最終形成三端變壓器。

性能提升

圖4展示了如何通過內(nèi)置降壓轉(zhuǎn)換器來幫助提升低壓輸出的性能。

圖4：提升低壓輸出的性能

當(dāng)這個(gè)集成拓?fù)湓诟邏弘姵爻潆姉l件下工作時(shí)，高壓輸出可得到精確控制。但是，由于變壓器的兩個(gè)端子耦合在一起，所以低壓輸出的性能會(huì)受到限制。有一個(gè)簡(jiǎn)單的方法可以提升低壓輸出性能，那就是添加一個(gè)內(nèi)置降壓轉(zhuǎn)換器。但這樣做的代價(jià)就是會(huì)導(dǎo)致成本增加。

共享組件

像車載充電器和高壓直流/直流轉(zhuǎn)換器集成一樣，車載充電器中的功率因數(shù)校正級(jí)和三個(gè)半橋的額定電壓非常接近。這樣，便可以通過由兩個(gè)終端設(shè)備組件共享的三個(gè)半橋來實(shí)現(xiàn)電源開關(guān)共享，如圖5所示。這可以降低成本并提高功率密度。

圖5：動(dòng)力總成集成設(shè)計(jì)中的組件共享

由于一個(gè)電機(jī)一般有三個(gè)繞組，因此也可以將這些繞組用作車載充電器中的功率因數(shù)校正電感器，借此實(shí)現(xiàn)磁集成。這也有助于降低設(shè)計(jì)成本和提高功率密度。

從低級(jí)別的機(jī)械集成到高級(jí)別的電子集成，集成的發(fā)展仍在繼續(xù)。隨著集成級(jí)別的提高，系統(tǒng)的復(fù)雜性也將增加。但是，每種架構(gòu)變體都會(huì)帶來不同的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，包括：

· 為進(jìn)一步優(yōu)化性能，必須精心設(shè)計(jì)磁集成。

· 采用集成系統(tǒng)時(shí)，控制算法會(huì)更加復(fù)雜。

· 設(shè)計(jì)高效的冷卻系統(tǒng)，以適應(yīng)更小型系統(tǒng)的散熱需求。

靈活性是動(dòng)力總成集成的關(guān)鍵。眾多方法任您選擇，您可以任意地探索各種級(jí)別的集成設(shè)計(jì)。

動(dòng)力總成是汽車中負(fù)責(zé)產(chǎn)生并傳遞動(dòng)力至路面的關(guān)鍵組件集合。從廣泛意義上來講，動(dòng)力總成涵蓋了諸如發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、驅(qū)動(dòng)軸、差速器以及離合器等多個(gè)部分。其中，發(fā)動(dòng)機(jī)作為將其他形式能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的核心，包含了曲柄連桿機(jī)構(gòu)、正時(shí)系統(tǒng)、配氣機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑系統(tǒng)等復(fù)雜部件，并輔以進(jìn)氣、排氣、冷卻及供油系統(tǒng)，同時(shí)還包括發(fā)動(dòng)機(jī)懸置、線束控制單元以及增壓機(jī)械等輔助設(shè)備。

變速箱則分為手動(dòng)和自動(dòng)兩大類，其主要功能在于調(diào)節(jié)傳動(dòng)比以適應(yīng)不同的行駛條件，同時(shí)利用空擋來實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的中斷，從而協(xié)助發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、變速以及動(dòng)力輸出。變速箱的構(gòu)成包括變速器本體、換擋控制機(jī)構(gòu)，對(duì)于自動(dòng)變速器而言，還包含了液壓系統(tǒng)或控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及變速器控制單元。

驅(qū)動(dòng)軸在裝載機(jī)的推進(jìn)過程中起著至關(guān)重要的作用，它能夠確保驅(qū)動(dòng)輪以不同的角速度進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)承受著多種交變應(yīng)力的考驗(yàn)，并會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)和彎曲振動(dòng)，其軸頸與軸承之間還存在著滑動(dòng)摩擦。

在四輪驅(qū)動(dòng)的車輛中，差速器則扮演著分配動(dòng)力給前后驅(qū)動(dòng)輪的重要角色。

一般而言，動(dòng)力總成常常特指發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器以及與之集成的其他零部件，如離合器和前差速器等。發(fā)動(dòng)機(jī)被喻為汽車的“心臟”，而變速箱則是動(dòng)力傳輸與變換的“中樞神經(jīng)系統(tǒng)”。動(dòng)力總成的性能直接決定了汽車的動(dòng)力表現(xiàn)、經(jīng)濟(jì)效益以及環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。由于其結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜、零部件數(shù)量眾多、對(duì)機(jī)械精度要求極高且成本不菲，因此動(dòng)力總成技術(shù)一直是汽車制造業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力所在，同時(shí)也是市場(chǎng)和消費(fèi)者密切關(guān)注的焦點(diǎn)之一。