Como sistema de transmisión de potencia en vehículos eléctricos, el reductor puede reducir la velocidad y aumentar el par para satisfacer la demanda de potencia normal de los usuarios. Incluye principalmente sistema de engranajes, rodamientos, diferencial, carcasa y otros accesorios. Sus principales atributos y requisitos de rendimiento son el espacio, el peso, la eficiencia y el ruido, la vibración y la aspereza (NVH). Los reductores de potencia eléctricos actuales presentan predominantemente un diseño de eje paralelo de una sola velocidad y dos etapas, que ofrece una estructura simple y una alta rentabilidad, convirtiéndolos en la solución dominante indiscutible. Sin embargo, a medida que los usuarios exigen cada vez más espacio y autonomía en los vehículos, la presión sobre los diversos subsistemas aumenta significativamente. Como componente crítico, los reductores de potencia eléctricos se enfrentan ahora a importantes desafíos en cuanto a espacio, peso y eficiencia. Los principales fabricantes de equipos originales (OEM) y los gigantes internacionales de la tecnología de propulsión están explorando activamente arquitecturas innovadoras, como los engranajes planetarios. Actualmente, los modelos de producción en masa con engranajes planetarios se encuentran predominantemente en vehículos de gama media y alta de marcas internacionales como Audi e-tron, Jaguar Land Rover I-Pace y Lucid Air. En China, solo la marca Jike y algunos modelos Geely adoptarán esta tecnología a partir de 2024. Mientras tanto, el mercado de la cadena de suministro de engranajes planetarios para automóviles de pasajeros está dominado casi en su totalidad por gigantes globales como Schaeffler y ZF. Fabricantes nacionales como Xingqu están expandiendo activamente su presencia en este campo. En el futuro, se espera que los engranajes planetarios coaxiales ganen una tracción significativa en el mercado, particularmente en los segmentos de vehículos de gama media a alta. El requisito de alta compacidad en los sistemas de transmisión ▶ situación actual Como componente clave del tren motriz, el tren motriz afecta en gran medida el diseño del vehículo. Con la creciente demanda del público por el espacio interior y el espacio del maletero, y la plataformización del vehículo y el tren motriz, se requiere que el tren motriz tenga una alta adaptabilidad al diseño del vehículo. Por lo tanto, se requiere que el espacio y la regularidad del tren motriz sean mayores. Como se muestra en la figura a continuación, el tamaño del sistema de transmisión afecta directamente la dirección X (dirección longitudinal del vehículo) del tren motriz y, por lo tanto, afecta el espacio en el automóvil o el espacio en el maletero. Figura 1 Diagrama esquemático del diseño del sistema de transmisión Fuente: Información pública El sistema de transmisión actual emplea predominantemente configuraciones de ejes paralelos, donde las dimensiones del eje X están directamente influenciadas por la distancia entre los ejes de entrada y salida. Los estándares de la industria para las dimensiones del eje X son generalmente como se describe en la tabla a continuación. Aunque las cajas de engranajes planetarios actualmente tienen una pequeña participación de mercado, se proyecta que su demanda crezca significativamente en el futuro. Schaeffler, un defensor líder de las cajas de engranajes planetarios, ha desarrollado modelos con dimensiones de eje X 30% a 40% más pequeñas que los sistemas de ejes paralelos tradicionales. salida de par <3000 Nm 3000-4000 Nm 4000-5000 Nm Dimensión del eje X <400 mm 400-600 mm 460-480 mm ▶ lanzar el guante El sistema de transmisión actual comprime el espacio al extremo. Después de reducir la distancia central, enfrenta riesgos de resistencia del eje al diente y NVH (ruido, vibración y aspereza). La distancia central reducida impone restricciones en los parámetros macroscópicos de los dientes del engranaje, incluyendo limitaciones del módulo, riesgos de flexión de la raíz y desafíos de resistencia de contacto de la superficie del diente. Además, la mayor respuesta de torque y las frecuentes demandas de frenado regenerativo en vehículos de nueva energía imponen requisitos de resistencia más estrictos en los dientes del engranaje y diferenciales. Se requiere optimización en la selección de materiales, procesos de tratamiento térmico y técnicas de fortalecimiento de superficies. La necesidad de sistemas de transmisión livianos ▶ situación actual Para los vehículos de nueva energía, particularmente los modelos eléctricos puros, la autonomía es una preocupación clave para los usuarios, mientras que el peso impacta significativamente la autonomía de conducción. El accionamiento eléctrico representa aproximadamente el 5% del peso total del vehículo, y el sistema de transmisión representa aproximadamente el 50% del peso del accionamiento eléctrico. Dado que el peso del sistema de transmisión afecta directamente tanto el costo como las dimensiones, el bajo peso también es un requisito crítico para el accionamiento eléctrico. Actualmente, los reductores de ejes paralelos dominan el mercado con una adopción superior al 95%, donde el peso se correlaciona con el par de salida, como se muestra en la tabla a continuación. La serie Zhi Ji L7/L6 incorpora carcasas de aleación de magnesio y aluminio, lo que permite un peso 30% menor que las carcasas de aleación de aluminio convencionales. Si bien los reductores planetarios actualmente tienen una pequeña cuota de mercado, se prevé un crecimiento significativo de su demanda. Como pioneros en la tecnología de reductores planetarios, las soluciones de Schaeffler reducen el peso entre 30% y 40% en comparación con los reductores de ejes paralelos tradicionales. par de salida <3000 Nm 3000-4000 Nm 4000-5000 Nm Peso (peso en seco) <25 kg 25-30 kg 30-35 kg ▶ arrojar el guante Para satisfacer la demanda de sistemas de transmisión livianos, los reductores generalmente se optimizan a través del diseño estructural y la selección de materiales. La optimización estructural reduce directamente el uso del material, pero este enfoque también introduce riesgos de resistencia y confiabilidad, así como problemas de NVH (ruido, vibración y aspereza). Si bien las carcasas de aleación de magnesio y aluminio son rentables, sufren de fluencia a alta temperatura y poca rigidez, lo que exacerba aún más los riesgos de NVH. La necesidad de una transmisión eficiente ▶ situación actual Otro factor crítico que afecta el rango del vehículo es la eficiencia de la transmisión eléctrica. Más allá de los estándares CLTC (Prueba y certificación de vehículos de nueva energía de China), la eficiencia de velocidad constante a alta velocidad se ha convertido en una preocupación clave para los usuarios. Las condiciones habituales de conducción a alta velocidad, como 100 km/h y 120 km/h, requieren sistemas de transmisión de alta velocidad y alta eficiencia con bajo par. Los factores clave incluyen la arquitectura de la transmisión, la disposición del eje, la selección de rodamientos, la precisión de los engranajes, el diseño de la cavidad de la carcasa y la elección del lubricante. Gracias a la adopción de aplicaciones de ensamblaje por parte de los fabricantes de equipos originales (OEM), las condiciones operativas optimizadas y los avances en la tecnología de componentes, la eficiencia CLTC de las cajas de cambios ha mejorado constantemente. Antes de 2020, la eficiencia CLTC rondaba generalmente los 97,%, y algunos fabricantes alcanzaban los 97,5%. Por ejemplo, el G9 de XPeng Motors (modelo 2022) demostró una eficiencia CLTC medida superior a 97,5%, mientras que el G6 (modelo 2023) alcanzó los 97,6%1. ▶ Arrojar el guante En la actualidad, el reductor de alta eficiencia se basa básicamente en la reducción de la pérdida de par y la pérdida de velocidad. Reduzca la pérdida de par mejorando la precisión del engrane de los engranajes, reduciendo la rugosidad de la superficie de los dientes y la tasa de deslizamiento, y utilizando rodamientos de bolas de baja resistencia a la rodadura. Reducción de la pérdida de velocidad: El cárter de aceite seco minimiza la pérdida por agitación de aceite y se recomiendan lubricantes de baja viscosidad. La alta precisión de engrane y la baja rugosidad de la superficie de los dientes plantearán mayores requisitos para la tecnología de mecanizado de engranajes de eje y el ritmo de producción, y también significarán un mayor costo de producción. La capacidad de protección del cojinete del engranaje del eje se reducirá cuando se seleccione un aceite lubricante de baja viscosidad, lo que plantea un mayor desafío para la confiabilidad del cojinete del engranaje del eje. La necesidad de una transmisión silenciosa ▶ Situación actual A medida que los consumidores priorizan cada vez más el silencio del vehículo, la falta de enmascaramiento del ruido del motor en los sistemas de transmisión eléctrica hace que su ruido sea más perceptible. Además, el ruido de las cajas de cambios de transmisión eléctrica generalmente se encuentra en el rango de frecuencia medio-alto que los usuarios pueden percibir fácilmente. Con los recientes avances en los procesos de fabricación de vehículos nacionales y la calidad de los materiales, la calidad general del sonido de los vehículos ha mejorado significativamente, lo que ha acentuado aún más el silbido de los sistemas de propulsión eléctrica. En los sistemas de transmisión modernos, los problemas de NVH se han expandido más allá del chirrido del eje al diente. Los clientes ahora priorizan la comodidad de conducción y la calidad acústica, al tiempo que notan ruidos metálicos y transiciones bruscas durante los cambios de par. Esto refleja la creciente complejidad de los desafíos de NVH en la ingeniería automotriz. En los sistemas de transmisión estándar, la cámara semihúmeda generalmente produce un nivel de ruido promedio de 5 decibeles (dB) a 1 metro de distancia y alrededor de 70 dB (A) en condiciones de par máximo, con algunos fabricantes logrando niveles de ruido por debajo de 65 dB (A). ▶ arrojar el guante En comparación con los vehículos convencionales, los vehículos de nueva energía enfrentan mayores desafíos de desarrollo de NVH (ruido, vibración y aspereza) debido a la ausencia del efecto de enmascaramiento de los motores de combustión interna y la creciente demanda de los usuarios de un habitáculo silencioso. El ruido del sistema de transmisión en estos vehículos se compone principalmente de sonidos de frecuencia media a alta, particularmente sensibles al oído humano. Con numerosos componentes rotatorios y desafíos significativos en la producción en masa y la estabilidad del ensamblaje, el ruido de la transmisión se ha convertido en una fuente importante de quejas de los clientes. El NVH (ruido, vibración y aspereza) es una percepción subjetiva estrechamente vinculada a consideraciones de costo. Dado que las expectativas de los usuarios varían según el segmento de vehículos, el establecimiento de objetivos de desarrollo de NVH debe alinearse primero con el posicionamiento del vehículo y la demografía del usuario objetivo. La resolución de los problemas de NVH abarca todo el ciclo de vida del desarrollo del vehículo. Una vez identificados, el proceso incluye pruebas, análisis, simulaciones computacionales, categorización de problemas, formulación de soluciones y validación. Más allá de un proceso de desarrollo sólido, la experiencia práctica juega un papel fundamental para abordar estos desafíos. Para abordar el chirrido del sistema de transmisión, la excitación estructural es la causa raíz, mientras que el control de la trayectoria es igualmente crítico. Las estrategias de mejora de NVH que abordan tanto la fuente como la trayectoria a menudo entran en conflicto con los requisitos de aligeramiento, a la vez que incrementan los costos. Más allá de la complejidad inherente y las demandas cambiantes de los desafíos de NVH, lograr un equilibrio multidimensional entre las medidas de mitigación de NVH, la reducción de peso y el control de costos plantea un desafío importante en la toma de decisiones para los OEM y los proveedores en todos los niveles.
