Como sistema de transmissão de potência em acionamentos elétricos, o redutor pode reduzir a velocidade e aumentar o torque para atender à demanda normal de potência dos usuários. Ele inclui principalmente sistema de engrenagens, rolamentos, diferencial, carcaça e outros acessórios. Os principais atributos e requisitos de desempenho são tamanho, peso, eficiência e NVH (ruído, vibração e aspereza). Os redutores de acionamento elétrico atuais apresentam predominantemente um design de eixo paralelo de dois estágios e velocidade única, que oferece uma estrutura simples e alta relação custo-benefício, tornando-se a solução dominante indiscutível. No entanto, à medida que os usuários exigem cada vez mais espaço e autonomia nos veículos, a pressão sobre vários subsistemas aumenta significativamente. Como um componente crítico, os redutores de acionamento elétrico agora enfrentam desafios substanciais em termos de espaço, peso e eficiência. As principais montadoras e gigantes internacionais de sistemas de propulsão estão explorando ativamente arquiteturas inovadoras, como arranjos de engrenagens planetárias. Atualmente, os modelos de produção em massa com engrenagens planetárias são encontrados principalmente em veículos de gama média a alta de marcas internacionais como Audi e-tron, Jaguar Land Rover I-Pace e Lucid Air. Na China, apenas a marca Jike e alguns modelos da Geely adotarão essa tecnologia a partir de 2024. Enquanto isso, o mercado da cadeia de suprimentos de engrenagens planetárias para carros de passeio é quase inteiramente dominado por gigantes globais como Schaeffler e ZF. Fabricantes nacionais como a Xingqu estão expandindo ativamente sua presença nesse setor. No futuro, espera-se que as engrenagens planetárias coaxiais ganhem significativa tração no mercado, principalmente nos segmentos de veículos de médio a alto padrão. A necessidade de alta compactação em sistemas de transmissão ▶ situação atual Como um componente chave do trem de força, o motor elétrico afeta consideravelmente o layout do veículo. Com a crescente demanda do público por espaço interno e no porta-malas, e com a plataformaização do veículo e do trem de força, o trem de força precisa ter alta adaptabilidade ao layout do veículo. Portanto, o espaço e a regularidade do motor elétrico precisam ser maiores. Como mostrado na figura abaixo, o tamanho do sistema de transmissão afeta diretamente a direção X (direção longitudinal do veículo) do motor elétrico e, consequentemente, o espaço no carro ou no porta-malas. Figura 1 Diagrama esquemático do layout do sistema de transmissão Fonte: Informação pública O sistema de transmissão atual emprega predominantemente configurações de eixos paralelos, onde as dimensões do eixo X são diretamente influenciadas pela distância entre os eixos de entrada e saída. Os padrões da indústria para as dimensões do eixo X são geralmente os descritos na tabela abaixo. Embora as caixas de engrenagens planetárias atualmente detenham uma pequena participação de mercado, sua demanda deverá crescer significativamente no futuro. A Schaeffler, uma das principais defensoras das caixas de engrenagens planetárias, desenvolveu modelos com dimensões do eixo X de 30% a 401111111111 menores do que os sistemas tradicionais de eixos paralelos. Torque de saída <3000Nm 3000-4000Nm 4000-5000Nm Dimensão do eixo X <400mm 400-600mm 460-480mm ▶ lançando o desafio O sistema de transmissão atual comprime o espaço ao extremo. Após a redução da distância entre centros, surgem riscos relacionados à resistência do eixo ao dente e ao NVH (Ruído, Vibração e Aspereza). A distância reduzida entre centros impõe restrições aos parâmetros macroscópicos dos dentes da engrenagem, incluindo limitações de módulo, riscos de flexão da raiz e desafios quanto à resistência do contato da superfície do dente. Além disso, a resposta de torque aprimorada e as frequentes demandas de frenagem regenerativa em veículos de novas energias impõem requisitos de resistência mais rigorosos aos dentes da engrenagem e aos diferenciais. É necessária otimização na seleção de materiais, nos processos de tratamento térmico e nas técnicas de reforço superficial. A necessidade de sistemas de transmissão leves ▶ situação atual Para veículos de novas energias, particularmente os modelos puramente elétricos, a autonomia é uma preocupação fundamental para os usuários, enquanto o peso impacta significativamente a autonomia. O sistema de propulsão elétrica representa aproximadamente 511.111.111.111 do peso total do veículo, sendo que o sistema de transmissão representa cerca de 501.111.111.111 do peso do sistema de propulsão elétrica. Como o peso do sistema de transmissão afeta diretamente o custo e as dimensões, o baixo peso também é um requisito crítico para o sistema de propulsão elétrica. Atualmente, os redutores de eixos paralelos dominam o mercado com mais de 95% de adoção, onde o peso se correlaciona com o torque de saída, conforme mostrado na tabela abaixo. A série Zhi Ji L7/L6 apresenta carcaças em liga de magnésio-alumínio, alcançando um peso 30% menor do que as carcaças convencionais em liga de alumínio. Embora as caixas de engrenagens planetárias detenham atualmente uma pequena participação de mercado, sua demanda deverá crescer significativamente. Como pioneira na tecnologia de redutores de engrenagens planetárias, as soluções da Schaeffler reduzem o peso em 30% a 40% em comparação com os redutores de eixos paralelos tradicionais. Torque de saída <3000Nm 3000-4000Nm 4000-5000Nm Peso (peso seco) <25kg 25-30kg 30-35kg ▶ lançando o desafio Para atender à demanda por sistemas de transmissão leves, os redutores são normalmente otimizados por meio do projeto estrutural e da seleção de materiais. A otimização estrutural reduz diretamente o uso de material, mas essa abordagem também introduz riscos de resistência e confiabilidade, bem como problemas de NVH (Ruído, Vibração e Aspereza). Embora as carcaças de liga de magnésio-alumínio sejam econômicas, elas sofrem com fluência em altas temperaturas e baixa rigidez, o que agrava ainda mais os riscos de NVH. A necessidade de transmissão eficiente ▶ situação atual Outro fator crítico que afeta a autonomia do veículo é a eficiência da propulsão elétrica. Além dos padrões CLTC (Teste e Certificação de Veículos de Nova Energia da China), a eficiência em alta velocidade constante tornou-se uma preocupação fundamental para os usuários. Condições comuns de condução em alta velocidade, como 100 km/h e 120 km/h, exigem sistemas de transmissão de alta velocidade e alta eficiência com baixo torque de saída. Considerações importantes incluem a arquitetura da transmissão, o layout do eixo, a seleção dos rolamentos, a precisão das engrenagens, o projeto da cavidade da carcaça e a escolha do lubrificante. Com as montadoras adotando aplicações de montagem, condições operacionais refinadas e avanços nas tecnologias de componentes, a eficiência CLTC das caixas de câmbio tem melhorado constantemente. Antes de 2020, a eficiência CLTC geralmente girava em torno de 97,5%, com alguns fabricantes atingindo 97,5%. Por exemplo, a G9 da XPeng Motors (modelo 2022) demonstrou uma eficiência CLTC medida superior a 97,5%, enquanto a G6 (modelo 2023) alcançou 97,6%. ▶ lançando o desafio Atualmente, o redutor de alta eficiência é obtido basicamente pela redução da perda de torque e da perda de velocidade. Reduzir a perda de torque aprimorando a precisão do engrenamento, reduzindo a rugosidade da superfície dos dentes e a taxa de deslizamento, e utilizando rolamentos de esferas de baixa resistência ao rolamento. Reduzir a perda de velocidade: O cárter de óleo seco minimiza a perda por agitação do óleo, e lubrificantes de baixa viscosidade são recomendados. A alta precisão de engrenamento e a baixa rugosidade da superfície dos dentes impõem maiores exigências à tecnologia de usinagem das engrenagens do eixo e ao ritmo de produção, o que também significa um custo de produção mais elevado. A capacidade de proteção do rolamento da engrenagem do eixo será reduzida quando se selecionar óleo lubrificante de baixa viscosidade, o que representa um desafio maior para a confiabilidade do rolamento da engrenagem do eixo. A necessidade de transmissão silenciosa ▶ situação atual À medida que os consumidores priorizam cada vez mais o silêncio do veículo, a falta de mascaramento do ruído do motor nos sistemas de acionamento elétrico torna seu ruído mais perceptível. Além disso, o ruído das caixas de câmbio de acionamento elétrico normalmente se situa na faixa de frequência média a alta, que os usuários podem perceber facilmente. Com os recentes avanços nos processos de fabricação de veículos nacionais e na qualidade dos materiais, a qualidade sonora geral dos veículos melhorou significativamente, o que acentuou ainda mais o ruído de assobio dos sistemas de acionamento elétrico. Nos sistemas de transmissão modernos, os problemas de NVH (Ruído, Vibração e Aspereza) vão além do ruído de contato entre o eixo e os dentes da engrenagem. Os clientes agora priorizam o conforto de condução e a qualidade acústica, mas também percebem ruídos de batida e transições bruscas durante as mudanças de torque. Isso reflete a crescente complexidade dos desafios de NVH na engenharia automotiva. Em sistemas de transmissão padrão, a câmara semi-amortecida normalmente produz um nível médio de ruído de 5 decibéis (dB) a 1 metro de distância e cerca de 70 dB(A) sob condições de torque máximo, com alguns fabricantes atingindo níveis de ruído abaixo de 65 dB(A). ▶ Lançando o desafio: Comparados aos veículos convencionais, os veículos de novas energias enfrentam maiores desafios de desenvolvimento de NVH devido à ausência do efeito de mascaramento dos motores de combustão interna e à crescente demanda dos usuários por silêncio na cabine. O ruído do sistema de transmissão nesses veículos envolve predominantemente sons de média a alta frequência, que são particularmente sensíveis aos ouvidos humanos. Com inúmeros componentes rotativos e desafios significativos na produção em massa e na estabilidade da montagem, o ruído da transmissão tornou-se uma das principais fontes de reclamações dos clientes. NVH (Ruído, Vibração e Aspereza) é uma percepção subjetiva intimamente ligada a considerações de custo. Como as expectativas dos usuários variam entre os diferentes segmentos de veículos, o estabelecimento de objetivos de desenvolvimento de NVH deve estar alinhado, em primeiro lugar, com o posicionamento do veículo e o perfil demográfico do usuário-alvo. A resolução de problemas de NVH abrange todo o ciclo de desenvolvimento do veículo. Uma vez identificados, o processo envolve testes, análises, simulações computacionais, categorização do problema, formulação da solução e validação. Além de um processo de desenvolvimento robusto, a experiência prática desempenha um papel fundamental no enfrentamento desses desafios. Para solucionar o ruído agudo do sistema de transmissão, a excitação estrutural é a causa raiz, enquanto o controle do caminho é igualmente crítico. Estratégias de melhoria de NVH que visam tanto a fonte quanto o caminho frequentemente entram em conflito com os requisitos de redução de peso, ao mesmo tempo que elevam os custos. Além da complexidade inerente e das demandas em constante evolução dos desafios de NVH, alcançar um equilíbrio multidimensional entre medidas de mitigação de NVH, redução de peso e controle de custos representa um desafio significativo de tomada de decisão para OEMs e fornecedores em todos os níveis.
