動力總成，英文名稱Powertrain，或者Powerplant，指的是車輛上產生動力，并將動力傳遞到路面的一系列零部件組件。廣義上包括發(fā)動機，變速箱，驅動軸，差速器，離合器等等，但通常情況下，動力總成，一般僅指發(fā)動機，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。

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

集成動力總成的優(yōu)勢

?提高功率密度?：通過集成多個組件，可以在有限的空間內實現更高的功率輸出。

?提高可靠性?：減少組件數量和連接點，降低了故障風險。

?優(yōu)化成本?：通過共享組件和簡化設計，降低了制造成本。

?簡化設計和組裝?：集成設計使得組裝過程更加標準化和模塊化，提高了生產效率?1。

集成動力總成的市場應用現狀和技術趨勢

在電動汽車和混合動力汽車中，集成動力總成已經成為一種重要的技術趨勢。市場上有多種實現集成動力總成的方法，包括形成獨立的系統(tǒng)、共享機械外殼和冷卻系統(tǒng)、控制級集成等。最新的趨勢是向超集成的智能e驅動系統(tǒng)(如11合1系統(tǒng))進化，這進一步精簡了控制架構，提升了系統(tǒng)效能?12。

用更少的器件實現更多的汽車應用，既能減輕車重、降低成本，又能提高可靠性。這是集成電動汽車(EV)和混合動力汽車(HEV)設計背后的理念。

什么是集成動力總成?

集成動力總成旨在將車載充電器(OBC)、高壓直流/直流(HV DCDC)轉換器、逆變器和配電單元(PDU)等終端設備結合到一起。機械、控制或動力總成級別均可進行集成，如圖1所示。

圖1：電動汽車典型架構概述

為什么動力總成集成有利于混合動力汽車/電動汽車?

集成動力總成終端設備組件能夠實現以下優(yōu)勢：

· 提高功率密度。

· 提高可靠性。

· 優(yōu)化成本。

· 簡化設計和組裝，并支持標準化和模塊化。

市場應用現狀

實現集成動力總成的方法有很多。圖2以車載充電器和高壓直流/直流轉換器集成為例，簡要介紹了用于在結合動力總成、控制電路和機械組件時實現高功率密度的四種常見方法。它們分別是：

· 方法1：形成獨立的系統(tǒng)。這種方法已不如幾年前流行。

· 方法2：可分為兩個步驟：

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

· 同時共享外殼和冷卻系統(tǒng)(最常選用的方法)。

· 方法3：進行控制級集成。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和磁性元件，所以成本優(yōu)勢更大，但它的控制算法也更復雜。

圖2：車載充電器和直流/直流轉換器集成的四種常見方法

表1概括了目前市場上的集成架構：

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/直流轉換器和配電單元的集成(方法3)集成架構：車載充電器和高壓直流/直流轉換器的集成(方法4)43kW充電器設計：車載充電器、牽引逆變器和牽引電機的集成(方法4)

· 6.6kW車載充電器

· 2.2kW直流/直流轉換器

· 配電單元

*第三方數據報告顯示，這類設計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/直流轉換器

· 磁集成

· 共享電源開關

· 共享控制單元

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

·共享電源開關

·共享電機繞組

表1：集成動力總成的三種成功實現

動力總成集成方框圖

圖3為一個動力總成的方框圖，該動力總成實現了電源開關共享和磁集成的架構。

圖3：集成架構中的電源開關和磁性組件共享

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/直流轉換器實現電源開關共享。

此外，將圖3所示的兩個變壓器集成在一起還可以實現磁集成。這是因為它們在高壓側的額定電壓相同，能夠最終形成三端變壓器。

性能提升

圖4展示了如何通過內置降壓轉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

當這個集成拓撲在高壓電池充電條件下工作時，高壓輸出可得到精確控制。但是，由于變壓器的兩個端子耦合在一起，所以低壓輸出的性能會受到限制。有一個簡單的方法可以提升低壓輸出性能，那就是添加一個內置降壓轉換器。但這樣做的代價就是會導致成本增加。

共享組件

像車載充電器和高壓直流/直流轉換器集成一樣，車載充電器中的功率因數校正級和三個半橋的額定電壓非常接近。這樣，便可以通過由兩個終端設備組件共享的三個半橋來實現電源開關共享，如圖5所示。這可以降低成本并提高功率密度。

圖5：動力總成集成設計中的組件共享

由于一個電機一般有三個繞組，因此也可以將這些繞組用作車載充電器中的功率因數校正電感器，借此實現磁集成。這也有助于降低設計成本和提高功率密度。

從低級別的機械集成到高級別的電子集成，集成的發(fā)展仍在繼續(xù)。隨著集成級別的提高，系統(tǒng)的復雜性也將增加。但是，每種架構變體都會帶來不同的設計挑戰(zhàn)，包括：

· 為進一步優(yōu)化性能，必須精心設計磁集成。

· 采用集成系統(tǒng)時，控制算法會更加復雜。

· 設計高效的冷卻系統(tǒng)，以適應更小型系統(tǒng)的散熱需求。

靈活性是動力總成集成的關鍵。眾多方法任您選擇，您可以任意地探索各種級別的集成設計。

動力總成是汽車中負責產生并傳遞動力至路面的關鍵組件集合。從廣泛意義上來講，動力總成涵蓋了諸如發(fā)動機、變速箱、驅動軸、差速器以及離合器等多個部分。其中，發(fā)動機作為將其他形式能量轉化為機械能的核心，包含了曲柄連桿機構、正時系統(tǒng)、配氣機構、潤滑系統(tǒng)等復雜部件，并輔以進氣、排氣、冷卻及供油系統(tǒng)，同時還包括發(fā)動機懸置、線束控制單元以及增壓機械等輔助設備。

變速箱則分為手動和自動兩大類，其主要功能在于調節(jié)傳動比以適應不同的行駛條件，同時利用空擋來實現動力的中斷，從而協助發(fā)動機的啟動、變速以及動力輸出。變速箱的構成包括變速器本體、換擋控制機構，對于自動變速器而言，還包含了液壓系統(tǒng)或控制驅動電機以及變速器控制單元。

驅動軸在裝載機的推進過程中起著至關重要的作用，它能夠確保驅動輪以不同的角速度進行轉動，同時承受著多種交變應力的考驗，并會產生扭轉和彎曲振動，其軸頸與軸承之間還存在著滑動摩擦。

在四輪驅動的車輛中，差速器則扮演著分配動力給前后驅動輪的重要角色。

一般而言，動力總成常常特指發(fā)動機、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)動機被喻為汽車的“心臟”，而變速箱則是動力傳輸與變換的“中樞神經系統(tǒng)”。動力總成的性能直接決定了汽車的動力表現、經濟效益以及環(huán)保標準。由于其結構錯綜復雜、零部件數量眾多、對機械精度要求極高且成本不菲，因此動力總成技術一直是汽車制造業(yè)的核心競爭力所在，同時也是市場和消費者密切關注的焦點之一。