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GKN eTwinsterX-新能源汽车两档变速器

2020-05-31 23:09:06·  来源：EDC电驱未来  
　
原创EDC电驱未来 昨天点击上方右侧EDC电驱未来可订阅哦！下载方式，详见文末！！！eTwinsterX 的第一个字母e，不由分说，说的是电驱动产品。Twinster 是吉凯恩四
eTwinsterX 的第一个字母“e”，不由分说，说的是电驱动产品。“Twinster” 是吉凯恩四驱双湿式离合器系统的产品名字，用来在四驱车上实现矢量扭矩分配（Torque Vectoring）。最后一个字母 “X”，显得不伦不类。要了解它的含义，你得知道吉凯恩怎么称呼它的两款电轴：单档电轴叫 “eTwinster”，两档的叫 “eTwinsterX”。所以，“X” 在吉凯恩的命名字典里是两档的意思，这有些不寻常。

总的说来，通过这个单词我们能看出，吉凯恩在这款叫 eTwinsterX 的产品里集成了众多技术：

电驱动、四驱、矢量扭矩分配、两个档位。

事实上，这款电轴里还有很多其他很有意思的新技术。我们今天就来看看它的前身以及前前身产品。看了这两个前身产品后，再回头看 eTwinsterX，你就能完整地了解吉凯恩的这款两档电轴。

第一代单档电轴亮点大于不足

在为宝马 i8 和保时捷 Spyder 918 提供两档变速器后，吉凯恩在电驱动领域积累了很多经验。2016年时，吉凯恩对外公布了它的第一款电轴，并于当年装配在了沃尔沃 XC90 T8 插电混动车型的后轴上，实现了P4混动。

 
作为吉凯恩的第一款电轴，它的结构简单却有独特的亮点。由于只有一个档位，电轴里没有了复杂的换档装置。电机的扭矩通过第一级齿轮组向上传递到平行轴上，通过第二级齿轮组向下又回到了与电机同心的差速器上（总传动比 10.008），从这里再传递到左右两个半轴上。通过这个“一上一下”的结构，电轴的输入（电机）及输出端（差速器、左右半轴）都同轴。

在吉凯恩之后的所有电轴上，包括 eTwinsterX，我们都会看到这个“一上一下”的同轴布置形式。同轴布置带来的好处是更小的尺寸，电轴的安装空间需求更低。
 
GKN eTwinsterX-新能源汽车两档变速器
图3：吉凯恩第一代电轴原理图 | 图片@obasic.net

第一代电轴内只有一个档位，这为车辆的运行带来了一些限制。这款电轴里的电机最高转速为 13,000 转/分钟。当车速到达大约 170 km/h 的时候，电机就已经逼近最高转速，而沃尔沃 XC90 设计最高车速为 230 km/h。因此，车辆必须在 170 km/h 左右时断开电机，保护其不会转速过载。

如果你仔细看上面那张图的话，你会发现在差速器的一侧有一个不常见的装置。这个装置就是吉凯恩为了断开电机而为其配备的 EDD（Electronic Disconnect Differential）装置。其作用是断开差速器与电机间的动力传输。

总结来说，这款单档电轴的两个方面将影响吉凯恩之后的产品：由于只有一个档位，高车速的时候由于电机转速的限制必须将电机与驱动轴脱离，这为将来的两档埋下了伏笔。为了压缩产品的尺寸，吉凯恩将在之后的电轴产品中一直采用同轴的结构，我们之前提到的“一上一下”的结构将贯穿之后的所有产品。

以上的这些亮点都集成在了这款电轴里，吉凯恩也通过这个电轴获得了2017年 Automotive News 颁发的 PACE Award。

eTwinster：第二代电轴与矢量扭矩分配

吉凯恩的第二个电轴可以说是第一代的翻版。就连渲染图（下图）都跟第一代电轴做得特别像。仔细看的话，你能发现之前提到的 EDD 装置和差速器都不见了，取而代之的是两个湿式离合器。这个就是吉凯恩的 “Twinster” 四驱双湿式离合器系统，在这里用在了电轴上，所以加了一个字母 “e”，取名叫做 “eTwinster”。
图4：吉凯恩第二代电轴 eTwinster 实物图 | 图片@吉凯恩

用两个湿式离合器取代差速器后，左右车轮的扭矩能够自由的分配。例如在弯道中，车辆可以将更多的扭矩传递到弯道外侧的轮子上去，从而提高车辆的过弯性能。这样的扭矩分配系统被称为矢量扭矩分配系统（Torque Vectoring）。
图5：吉凯恩第二代电轴 eTwinster 原理图 | 图片@obasic.net

总结来说，第二代电轴保留了第一代的“一上一下”同轴结构，同时用两个离合器实现了矢量扭矩分配。同时，由于有了两个离合器，当车速升高导致电机转速逼近最高转速时时，两个离合器打开，电机就与车轮分开了，从而实现了第一代电轴里 EDD 装置的功能。从这个角度来看，这个双离合器系统是一举两得。

eTwinsterX：浑身都是亮点的两档电轴

吉凯恩的这种持续不满意的态度终于在 eTwinsterX 上有了成效：在第二代电轴的基础上，吉凯恩终于为电轴配备了第二个档位。eTwinster 终于进化成了 eTwinsterX。到了这一步，这个 eTwinsterX 电轴含括了之前提到的所有功能：同轴的布置、矢量扭矩分配、两个档位。产品的迭代得很是精彩。
图6：吉凯恩第三代电轴 eTwinsterX 结构截面图 | 图片@吉凯恩

吉凯恩在两个档位的实现上也走了不寻常的道路。eTwinsterX 内安装了一个不常见的行星齿轮组，它由两个太阳轮（下图中S1及S2）和一个行星齿轮架组成，没有齿圈。

图7：吉凯恩第三代电轴 eTwinsterX 原理图

在第一档时，第一个太阳轮（S1）通过一个可控式单向离合器被锁死（如下图左侧），行星齿轮架推动第二个太阳轮（S2）及其所在轴转动。此时行星齿轮组的的传动比较大，为 1.79，整个电轴系统的传动比为 17.0。

第二档时，变速器内的换档离合器（如下图右侧）关闭，单向离合器打开。此时，整个行星齿轮组被短路，两个太阳轮及行星齿轮架转速一致。此时，行星齿轮组的传动比为 1.0，整个电轴的传动比为 9.5。两个档位间的换档实现了无动力中断，保证了换档时的驾驶舒适性。在传动比区间（ratio spread）上，吉凯恩采用了 1.79，与其 TorqueShift 两档变速器里的传动比区间几乎一致。
图8：吉凯恩第三代电轴 eTwinsterX 第一档（左侧）及第二档（右侧）功率流 | 图片

eTwinsterX 的定位思考

说到这，我要问，你觉得三代电轴里哪一代最好？你可能觉得这还用说，当然是最新一代 eTwinsterX 最好。

在我看来，吉凯恩的第一代电轴功能最为清晰，代表着所有电轴厂商的必经之路，那就是一个档位，外加一个电机断开装置。这两个是所有（P4混动车用的）电轴都必须提供的功能。

到了第二代，矢量扭矩分配功能的加入使得吉凯恩的这款 eTwinster 电轴上升为市场上功能最为强大的电轴。通过矢量扭矩分配，吉凯恩强调并突出了车辆的操稳性的提升。然而，这个功能的需求更多的在于高端、运动车型上，市场的需求必然不如第一代电轴高。
 
 
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