今天，我们一起对断开单元的来龙去脉进行下梳理，主要想澄清下面几点问题：
为什么需要断开单元?
电驱动系统的损耗类型有哪些？哪一类是可以被断开单元优化的？
在什么位置布局断开单元，以优化系统以减少损失并提高效率的？
断开单元，究竟是放在前驱还是后驱？哪种拓扑更好更好？
断开单元的类型和特征？
断开单元从打开到结合同步的整个过程中发生了什么？又是如何让整车从2WD变为4WD的？
当BEV遇到了断开机构，会发什么？
目录
1. 驱动系统的能量损耗有哪些部分组成？(知识星球发布)
2. 动力系统的损失从哪里来？到哪里去？
2.1 从效率分布看动力断开的必要性
2.2 两驱行驶下的EDU的扭矩损耗如何？
2.3 拖曳转矩对整车能耗的影响几何？
2.4 拖曳损耗的三种优化方法，及效果对比分析
3. 动力断开单元在传动系统中的最佳拓扑是什么？(知识星球发布)
3.1 断开单元在传动链中，如何布局最合理？
Case1：车轮处断开
Case2：中间轴或电机断开
Case3：EDU输出断开
Case4：差速器轴断开
3.2 断开单元在前驱/后驱布局的利弊分析
4. 三种断开单元的类型和特征说明
4.1 狗齿离合器 (Dog Clutch)
4.2 动态可控离合器
4.3 摩擦离合器
5. 一张图说明断开单元动态结合过程发生了什么？(动态仿真分析)
6. 断开单元在整车续航里程中的贡献如何？(知识星球发布)
6.1 BEV续航里程分析方法说明
6.2 断开单元地介入策略
6.3 断开系统对电动汽车续航里程的影响
6.4 整车综合能耗分析
5.4.1 组件损耗分析
5.4.2 系统损耗分析
5.4.3 整车损耗分析
5.4.4 续航里程提升的原因
7. 断开单元在不同驾驶模式下的道路负载情况说明 (知识星球发布)
8. 总结
注：以上黑体内容节选，完整内容知识星球发布
02
动力系统的损失从哪里来？到哪里去？
我们从先从驱动系统的效率分布切入。下图展示了FEV EDU在不同转矩和转速下的平均工作效率分布情况。颜色区域从红色到绿色，表示效率从低到高的变化。红色区域代表低效区，而绿色区域则代表高效区。
图中下方画了两个⭕，下面那个⭕代表的是城市工况中，AWD模式下前后驱的平均运行点（假设动力平均分配），可以发现，在此模式下，驱动系统工作在低效区，不可避免的会产生较多的损耗。但是如果我们切换到2WD，只允许主驱EDU工作、辅驱待机状态，此时因为只有一个EDU工作，所有的路面负载需要这个EDU承受，那么下面那个⭕可以上移至较高效区。所以，这里面的关键是：我们需要一套动力分离单元，可以适时地在AWD和2WD之间切换。
那么，选择什么样的动力分离单元最合适呢？如何有效、高效地完成动力断开和闭合呢？
假设我们开了一辆配置前后两个EDU的电动汽车，车辆在两驱模式下运行。此时，只有一个驱动系统在工作(EDU-1)，而另一个EDU不工作但仍会产生拖曳转矩(EDU-2)。那么，不工作的辅驱EDU拖曳转矩主要来自哪里呢？主要有以下几方面：
齿轮箱损失：齿轮转动时的摩擦转矩 齿槽转矩损失：永磁电机特有的，由磁场变化在转子与定子齿槽间产生的阻力 电机机械损失：电机转动过程中的摩擦和其他因素产生的阻力 密封损失：密封件摩擦产生的阻力 风阻损失：旋转部件与空气摩擦产生的阻力
图片来源：FEV
进一步的，我们从整车角度看看上述拖曳转矩对车辆的整体性能和效率带来的影响如何？
图片来源：FEV
那么，是否有办法消除或优化这一部分损耗呢？
为了解决这一问题，传统的做法有两种：1. 感应电机式EDU；2. 采用带动力断开单元的EDU。那么，这些方案的实际效果如何呢？
图片来源：FEV
| SysPro注释：电机去磁后减少的损耗主要是齿槽损失。
下面，对比分析通用的几种断开单元形式，包括狗齿离合器、同步器式系统和摩擦式离合器，我们看看他们各自长什么样子？又有什么利弊？
4.1 狗齿离合器 (Dog Clutch)
下图为Dog Clutch示意图。这种断开装置在没有打开时，离合器不会发生打滑现象，以确保了动力传递的连续性和稳定性，降低了能量损失。然而，Dog Clutch的设计相对复杂，需要更精确的同步控制来避免在换挡过程中的冲击和损坏。此外，其维护和更换成本也可能相对较高。
Hoerbigger：全面焕新的狗齿离合器 Hoerbigger：为高效和低成本变速箱而生的创新型电磁爪式离合器 InnoShiftIng：狗齿离合器分析啮合概率的实验验证 安施德：用于电动车传动系统断开的新型多功能离合器
以下是Amsted DDC离合器结合状态的示意图。DDC的特征在于它是一种机电式E-axle断开系统，能够无缝接合和分离前后电动传动系统，实现近乎瞬时的扭矩矢量分配，从而延长车辆续航里程。此外，可以根据系统的设计，添加额外的功能，如坡道起步辅助或停车锁定。
|SysPro备注：感兴趣的朋友可以查看知识星球「SysPro导航 | 全球动力系统研讨会报告·解读」中关于相关方案报告：Amsted：适用于EV传动系统的混合动态可控离合器。
摩擦式离合器通过摩擦力的作用来实现离合器的断开与连接。其优点在于设计灵活，可以根据需要增加额外的功能，如坡道起步辅助、驻车锁止或扭矩矢量分配等。这些功能的加入，进一步提升了车辆的驾驶性能和安全性。然而，摩擦式离合器也存在一些潜在的问题。首先，由于摩擦力的存在，会产生一定的能量损失和热量，需要采取有效的散热措施。其次，摩擦材料的选择和维护也至关重要，以防止因材料磨损或污染而导致的性能下降。
总结下：狗牙离合器和动态可控离合器在打开时没有阻力，但需要在换挡前同步速度。而摩擦离合器虽然打开时有阻力，但无需同步即可接合，并可以添加更多功能。然而，它也存在被油污染的风险。我们在设计电动驱动单元断开系统时，需要根据具体需求和应用场景来选择最合适的系统。
断开单元动态结合过程的仿真与说明
（知识星球发布）
下面通过一张图片说明：断开机构从打开到结合同步的整个过程中发生了什么？又是如何让整车从2WD变为4WD的？| SysPro备注：下面上图是转矩-时间关系图，下图是转速-时间变化图；上图中粉色为主驱电机扭矩，蓝色为辅驱电机扭矩
以下内容知识星球发布
3. 动力断开单元在传动系统中的最佳拓扑是什么？
Case1：车轮处断开 Case2：中间轴或电机断开 Case3：EDU输出断开 Case4：差速器轴断开
6.1 BEV续航里程分析方法说明 6.2 断开单元地介入策略 6.3 断开系统对电动汽车续航里程的影响 6.4 整车综合能耗分析 6.4.1 组件损耗分析 6.4.2 系统损耗分析 6.4.3 整车损耗分析 6.4.4 续航里程提升的原因
Hoerbigger：全面焕新的狗齿离合器
Hoerbigger：为高效和低成本变速箱而生的创新型电磁爪式离合器
InnoShiftIng：狗齿离合器分析啮合概率的实验验证
Amsted：用于电动车传动系统断开的新型多功能离合器
Scheaffler：电磁离合器
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