目录1.动力断开系统的应用需求传动系统架构中的动力断开设计动力断开系统的工作状态

2.动力断开系统的解决方案执行器类型与动力断开系统方案动力断开系统的性能表现3.总结

动力断开系统的应用需求动力断开系统的核心特征

动力断开系统可通过两种工作状态的切换，实现车辆传动系统扭矩传递的控制，输入轴与输出轴的状态分为：

连接状态：实现机械能的完全传递断开状态：无机械能传递

动力断开系统的典型组成部件：

离合器元件：实现旋转输入轴与输出轴的分离执行系统：控制离合器元件的工作状态

动力断开系统的执行环节可由机电系统实现，支持驾驶员手动控制或系统自动操作。

电气化传动系统架构电气化布置形式

P0：皮带启动发电机

P1：曲轴端启动发电机

P2：发动机与变速器之间的电机

P2.5：专用混动变速器

P3：变速器与差速器之间的电机

P4：桥端电机

P5：轮毂电机

动力断开系统的潜在应用场景（适配上述各类电气化布置形式）电机技术概述

目前有多种电机技术可适配车辆应用，不同技术的适用场景存在差异：

内置式永磁同步电机（IPMSM）

核心优势：功率密度与性能表现优异，是汽车领域的主流技术，怠速时拖曳损耗低应用要求：副驱动端需配备动力断开系统

电励磁同步电机（EESM）

核心优势：效率与性能表现良好，无需永磁体，怠速时拖曳损耗低技术特点：转子装配与转子励磁装置增加了系统复杂度，无需配备动力断开系统

感应电机 / 异步电机（ASM）

核心优势：结构可靠、制造工艺简单，无永磁体部件技术短板：功率 / 扭矩密度与效率偏低，无需配备动力断开系统

同步磁阻电机及永磁辅助电机

技术短板：无法匹配纯电动汽车的功率 / 扭矩需求

效率特性补充：永磁同步电机的高效区间占比超 85%，电励磁同步电机与感应电机的高效区间、性能表现则相对偏低。

内燃机四驱传动系统架构

（适配东西 / 南北向发动机布置形式，核心部件包括）FDU：前驱动单元PTU：动力传输单元RDU：后驱动单元

产品发动机布置适配性动力传输单元（PTU）东向后驱动单元（RDU）西向前驱动单元（FDU）北向后驱动单元（RDU）南向动力断开系统的潜在应用场景（适配上述内燃机四驱传动系统架构）

系统工作特性 —— 常态为单稳态还是双稳态？两种系统的工作条件概述

双稳态系统

核心特征：具备两个稳定工作状态，无外部激励时保持当前状态，仅在状态切换时消耗能量适用场景：系统在两个状态下的工作时长分布相对均匀的应用场景

单稳态系统

核心特征：仅具备一个稳定状态和一个不稳定状态，无能量输入时自动恢复至稳定状态，维持不稳定状态需持续输入能量适用场景：以短时状态切换为主要需求的应用场景失效安全设计

系统可在无供电状态下实现失效安全模式，满足功能安全要求，主要形式包括：

常开式：例如保护电机、避免扭矩对制动系统造成影响等常闭式：需防范动力中断风险、考虑驻车锁止的联动配合

选型建议：若无额外设计要求，双稳态系统因能耗更低，为更优选择。

动力断开系统的换挡时序

核心状态循环：断开→连接→断开，包含结合与分离两个切换过程

状态切换的耗时由技术方案决定各状态的持续时长主要由整体控制策略决定（基于实际应用场景推导）不同场景下，系统在各状态的功能与性能要求存在差异核心控制动作（时序关联）

结合：车辆 / 控制系统发出结合请求→同步控制→扭矩控制→怠速 / 空转→结合完成

分离：车辆 / 控制系统发出分离请求→扭矩归零→转速控制至 0 转 / 分钟→怠速 / 空转→分离完成

关联部件状态同步：换挡过程中，凸轮环、爪式离合器的位置与状态随上述控制动作同步切换，最终实现爪式离合器的齿对齿啮合（连接）或分离（断开）。

结合过程的设计考量

同步控制

同步方式：外部同步 / 内部同步（纯电 / 四驱车型可采用外部同步，内部同步超出设计范畴）结合转速差：仅允许在小范围转速差区间完成结合，禁止高转速差下结合能耗与效率同步能耗：不属于动力断开系统本身的能耗，但需纳入整体控制策略考量换挡执行能耗：常开式系统除外，需考虑执行系统的换挡能耗功能安全需兼顾常闭式设计与外部同步的配合要求

分离过程的设计考量

1.分离力要求

带载分离爪式离合器会提升执行机构的作用力要求，需通过电机 / 离合器控制降低残余扭矩

2.能耗与效率

常开式系统除外，需考虑执行系统的换挡能耗

连接 / 断开状态的设计考量能耗与效率机械效率：换挡元件维持工作状态时无需消耗能量（主流方案为爪式离合器）断开元件布置：布置位置对效率至关重要，断开状态下应尽量靠近旋转输入端执行能耗：由系统 “常态” 决定，同时需兼顾功能安全要求系统核心工作状态定义断开状态：输入转速≠输出转速，无扭矩传递连接状态：输入转速 = 输出转速，实现扭矩完全传递

动力断开系统的解决方案

核心功能

提升四驱传动系统（内燃机车型 / 纯电车型）的效率为电机提供安全保护，适配电机最高 / 瞬态转速要求

关键设计特征

针对功耗与换挡时长做优化设计离合器扭矩容量可适配多类应用场景半轴转速支持最高 2000 转 / 分钟可在残余拖曳扭矩下完成换挡

执行器核心特性

输出作用力大支持单稳态 / 双稳态设计支持常开 / 常闭设计

主流布置形式

轴间断开、差速器断开、半轴断开

执行机构类型电磁线圈执行器输出作用力：低换挡能力：无法在拖曳扭矩下完成换挡设计形式：常开式：弹簧力实现断开，电磁线圈力实现结合，需 1.3A 保持电流常闭式：电磁线圈力实现断开，弹簧力实现结合，最大需 2A 保持电流稳态类型：单稳态：电磁线圈力结合、弹簧力断开，需持续保持电流双稳态：电磁线圈力实现断开与结合，无需保持电流电机式斜坡执行机构输出作用力：高换挡能力：可在最高 30Nm 拖曳扭矩下完成换挡设计形式：常开 / 常闭均可，通过弹簧 + 电机斜坡机构实现断开与结合，无需保持电流稳态类型：双稳态，特性由斜坡斜率与弹簧力决定，通过斜坡机构实现爪式离合器的断开或释放

主流动力断开方案对比

差速器断开（电磁线圈执行）

优势：效率高、双稳态执行器无端部位置功耗、电控单元 / 软件开发成本低短板：效率略低于其他方案、断开能力有限，需 12W 保持功率

差速器断开（斜坡执行）

优势：断开性能优异（车轮端拖曳扭矩 3.2Nm）、双稳态无端部位置功耗短板：需投入电控单元 / 软件开发成本

半轴断开（斜坡执行）

优势：断开性能优异（车轮端拖曳扭矩 0.5Nm）、效率最高、双稳态无端部位置功耗短板：需投入电控单元 / 软件开发成本轴间断开（斜坡执行）优势：断开性能优异（车轮端拖曳扭矩 3.2Nm）、双稳态无端部位置功耗短板：需投入电控单元 / 软件开发成本效率水平（断开状态）

以车轮转速（rpm） 为横轴，系统效率为纵轴，不同断开方案的效率随车轮转速变化呈现差异化趋势，涉及的对比方案包括：

差速器断开（2400Nm）差速器断开（4200Nm）轴间断开（TRB）轴间断开（NRB）半轴断开（计算值）

（整体趋势：随车轮转速提升，各方案效率呈现规律性变化，半轴断开方案效率表现最优）

动力断开系统应用实例参数表

选型说明：可根据实际应用需求选择标准动力断开系统，也可基于客户需求进行定制化调整。

功能集成潜力动力断开 + 两挡换挡集成方案

为两挡换挡与动力断开功能集成的应用实例，核心设计特征：

整体式结构，无同步器的爪式离合器弹性换挡拨叉1 挡 - 空挡 - 2 挡三稳态定位同步控制目标：转速差＜30rpm换挡时长（指令发出至端部位置信号反馈）：挡间切换约 90-150ms；挡位至断开（空挡）约 90ms扭矩参数：1 挡峰值扭矩 2960Nm，2 挡峰值扭矩 1400Nm耐久性设计：断开状态下轴端最高转速 2900rpm

总结

动力断开系统可实现车辆传动系统扭矩传递的精准控制；动力断开系统在内燃机与纯电动汽车的传动系统架构中均有明确的应用场景；效率与安全考量是推动动力断开系统需求与设计优化的核心因素；主流解决方案均基于爪式离合器设计：啮合后传递扭矩无能耗，需配合外部同步控制；现有多种执行机构方案，可适配不同的设计理念与应用需求；系统具备进一步的功能集成潜力，例如可与差速锁集成设计。

       原文标题 : GKN纯电动汽车的动力断开系统技术分享PPT