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电动汽车变速箱迎来新挑战：如何减少能耗，降低成本？
2018-03-15 21:25:20·
目前世界汽车行业迎来一个重大挑战，就是如何在没有重大技术创新，同时也不增加汽车部件成本的基础上，提升电动汽车的能效。然而，变速箱工程设计咨询公司DSD的设计主管Matthew Hole却有独到的见解。在他看来，如果能研发出新的变速箱润滑情况分析技术，就可以大大节省能耗，并最终极大地降低汽车的制造成本。Hole表示，DSD
目前世界汽车行业迎来一个重大挑战，就是如何在没有重大技术创新，同时也不增加汽车部件成本的基础上，提升电动汽车的能效。然而，变速箱工程设计咨询公司DSD的设计主管Matthew Hole却有独到的见解。在他看来，如果能研发出新的变速箱润滑情况分析技术，就可以大大节省能耗，并最终极大地降低汽车的制造成本。
Hole表示，DSD正在和另外两家专业公司共同开展相关项目。其中一家是仿真软件专家Altair，另一家则是德国专攻流体活性计算软件与硬件的公司FluiDyna。通过进一步深入研究新的建模方案，发掘变速箱设计的潜力，就有可能开发出前面提到的分析技术。
“从一辆普通电动车的稳态测试结果看，在从低速到时速大约80公里的范围内，传动系统都是整辆车里最耗能的部分。”Hole表示，“在研发能效更高的电动汽车传动系统的过程中，必须尽可能确保在真实工况下的续航里程最大化，同时不要产生其他附加成本。”
叶轮可使变速箱的每个角落都能得到有效润滑。
Hole表示，尽管轴承和齿轮摩擦所带来的能量损失已经得到了较为透彻的研究，但很长时间来，旋转部件与变速箱油之间的相互作用机理却一直不容易分析清楚。
Hole解释说，“用有限体积的CFD（计算流体力学）方法建模需要较长的运算时间。每次测试过后，我们都需要花几个星期时间进行计算，才能获得几秒钟的实时数据。”而新的模型则能将这一运算时间从几周减少到几天，这多亏了平滑粒子流体力学（SPH）方法的应用（代码：nanoFluidX）。
光滑粒子流体动力学方法（SPH）模拟仿真图。
nanoFluidX因子
Hole告诉我们，SPH方法是由FluiDyna研发的，是一种无网格的计算方法，可以替代目前常用的有限体积CFD代码计算方法。
“一台普通的无变速电动汽车传动系统内部大约有1000万个粒子，要获得几秒钟的实时数据，分析运算的时间不超过两天，运算成本也不高。和之前的技术相比，可以说有了巨大的飞跃。”Hole说，“这一技术还一并解决了图形处理器的性价比问题，从而对于人工智能的发展也裨益良多。”
DSD首先是把nanoFluidX应用在一台行星齿轮变速箱的设计上，所搭载的电动汽车名称并未公开。Hole解释说，行星齿轮组会有一些润滑问题，比如：传输到齿轮系统正中间恒星齿轮时，啮合过程会不顺畅。此外，行星齿轮的轴承常以高速运转，因此需要更稳定的润滑油供给。
Hole透露，公司已经将nanoFluidX应用在了一台电动车的行星齿轮变速箱上。“通过精确观察并分析润滑油的使用效果，以及同旋转组件的相互作用，我们研发出了一套高度优化的被动润滑系统，可将能耗降到最低。”
Hole解释说，为了增加润滑油量，以获得更好的热能管理效果，同时不产生太多搅拌和空阻损失，需要在变速箱体内隔出一个距离较远的密闭空间作为油底壳。通过叶轮叶片的转动，可以将润滑油收集到油底壳。这个依附在行星齿轮架上的油底壳成本很低，叶轮叶片能清扫旋转部件之间的凹槽，并把这些地方的油集中到油底壳中，“而无需增加电泵成本，也不必增加封装重量”。
油底壳中的残余压力会把出口处的润滑油往外挤，通过一系列隔板，最终到达行星齿轮轴的中心，而这里恰好是最需要润滑的地方。
DSD的Matt Hole表示：“我们研发出一套高度优化的被动润滑系统，可能耗降到最低。”
接下来的研发计划
Hole表示，在实体元件上做测试通常视线会受到限制，但采用nanoFluidX模型测试时，全程都能准确检测核心部件，确保有足够的润滑油进入部件的各个区域。同时，这也有助于确认泵送是否可以充分快速地完成，确保其他部件正常工作。
在对一套简化系统做了流体运动和阻力损失的实体测试后，根据预测结果和实测数据的对比结果，研究人员证实了这一设计的可行性。旋转台架上的斜齿轮还带有一个扭矩传感器和一台高速摄影机，可以获取更充足的数据，让研究人员可以信心十足地使用SPH方法分析复杂行星齿轮系统的工作情况。
Hole指出，nanoFluidX模型可以让我们更好地了解润滑情况，使DSD更有信心做好设计上的升级。
“实际上这个泵虽然有效，但还未达到必不可少的程度。我们会修正叶轮，减少叶片数量，进行几何形状的修改。”Hole说，“在不用影响润滑的基础上，我们成功地降低了阻力，此后又把润滑油的总量减少了100毫升，并进一步减少了阻力。最终通过反复尝试，阻力损失减少了近30%，而并没有影响变速箱里任何一个部件的润滑效果。”
Hole表示，DSD正在和另外两家专业公司共同开展相关项目。其中一家是仿真软件专家Altair，另一家则是德国专攻流体活性计算软件与硬件的公司FluiDyna。通过进一步深入研究新的建模方案，发掘变速箱设计的潜力，就有可能开发出前面提到的分析技术。
“从一辆普通电动车的稳态测试结果看，在从低速到时速大约80公里的范围内，传动系统都是整辆车里最耗能的部分。”Hole表示，“在研发能效更高的电动汽车传动系统的过程中，必须尽可能确保在真实工况下的续航里程最大化，同时不要产生其他附加成本。”
叶轮可使变速箱的每个角落都能得到有效润滑。
Hole表示，尽管轴承和齿轮摩擦所带来的能量损失已经得到了较为透彻的研究，但很长时间来，旋转部件与变速箱油之间的相互作用机理却一直不容易分析清楚。
Hole解释说，“用有限体积的CFD（计算流体力学）方法建模需要较长的运算时间。每次测试过后，我们都需要花几个星期时间进行计算，才能获得几秒钟的实时数据。”而新的模型则能将这一运算时间从几周减少到几天，这多亏了平滑粒子流体力学（SPH）方法的应用（代码：nanoFluidX）。
光滑粒子流体动力学方法（SPH）模拟仿真图。
nanoFluidX因子
Hole告诉我们，SPH方法是由FluiDyna研发的，是一种无网格的计算方法，可以替代目前常用的有限体积CFD代码计算方法。
“一台普通的无变速电动汽车传动系统内部大约有1000万个粒子，要获得几秒钟的实时数据，分析运算的时间不超过两天，运算成本也不高。和之前的技术相比，可以说有了巨大的飞跃。”Hole说，“这一技术还一并解决了图形处理器的性价比问题，从而对于人工智能的发展也裨益良多。”
DSD首先是把nanoFluidX应用在一台行星齿轮变速箱的设计上，所搭载的电动汽车名称并未公开。Hole解释说，行星齿轮组会有一些润滑问题，比如：传输到齿轮系统正中间恒星齿轮时，啮合过程会不顺畅。此外，行星齿轮的轴承常以高速运转，因此需要更稳定的润滑油供给。
Hole透露，公司已经将nanoFluidX应用在了一台电动车的行星齿轮变速箱上。“通过精确观察并分析润滑油的使用效果，以及同旋转组件的相互作用，我们研发出了一套高度优化的被动润滑系统，可将能耗降到最低。”
Hole解释说，为了增加润滑油量，以获得更好的热能管理效果，同时不产生太多搅拌和空阻损失，需要在变速箱体内隔出一个距离较远的密闭空间作为油底壳。通过叶轮叶片的转动，可以将润滑油收集到油底壳。这个依附在行星齿轮架上的油底壳成本很低，叶轮叶片能清扫旋转部件之间的凹槽，并把这些地方的油集中到油底壳中，“而无需增加电泵成本，也不必增加封装重量”。
油底壳中的残余压力会把出口处的润滑油往外挤，通过一系列隔板，最终到达行星齿轮轴的中心，而这里恰好是最需要润滑的地方。
DSD的Matt Hole表示：“我们研发出一套高度优化的被动润滑系统，可能耗降到最低。”
接下来的研发计划
Hole表示，在实体元件上做测试通常视线会受到限制，但采用nanoFluidX模型测试时，全程都能准确检测核心部件，确保有足够的润滑油进入部件的各个区域。同时，这也有助于确认泵送是否可以充分快速地完成，确保其他部件正常工作。
在对一套简化系统做了流体运动和阻力损失的实体测试后，根据预测结果和实测数据的对比结果，研究人员证实了这一设计的可行性。旋转台架上的斜齿轮还带有一个扭矩传感器和一台高速摄影机，可以获取更充足的数据，让研究人员可以信心十足地使用SPH方法分析复杂行星齿轮系统的工作情况。
Hole指出，nanoFluidX模型可以让我们更好地了解润滑情况，使DSD更有信心做好设计上的升级。
“实际上这个泵虽然有效，但还未达到必不可少的程度。我们会修正叶轮，减少叶片数量，进行几何形状的修改。”Hole说，“在不用影响润滑的基础上，我们成功地降低了阻力，此后又把润滑油的总量减少了100毫升，并进一步减少了阻力。最终通过反复尝试，阻力损失减少了近30%，而并没有影响变速箱里任何一个部件的润滑效果。”
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