電動汽車三合一電驅(qū)系統(tǒng)技術詳解

電動汽車三合一電驅(qū)系統(tǒng)技術是指將電控、電機和減速器集成為一體的技術，隨著電動汽車技術的不斷演進，集成化設計將無可爭辯地成為未來發(fā)展的趨勢，在這一領域國內(nèi)廠商也有涉及，國外的GKN、ZF和BOSCH相對走在前列，并已在部分車型上有所應用；本文通過解讀具體產(chǎn)品向各位同學介紹技術參數(shù)和設計結構，了解其先進之處，更新我們的知識儲備，以便日后應用到工作中。

1、GKN吉凱恩（納鐵福）

GKN吉凱恩中國合資企業(yè)（納鐵福）將在上海工廠進行最新電驅(qū)動橋（eDrive） 技術的生產(chǎn)，將電動機、逆變器和eAxle減速箱置于同一封裝空間。

經(jīng)過優(yōu)化的電動軸驅(qū)動系統(tǒng)已裝備于小型汽車，采用輕量化設計的傳動部件實現(xiàn)了12.5:1的傳動比，該設計可適應更高的電動機轉速。該系統(tǒng)可提供高達2000Nm的轉矩和70kW的功率，足以使車輛在純電動模式下達到125km/h的最高速度。此外，在全輪驅(qū)動（AWD）模式下，純電動模式比傳統(tǒng)機械系統(tǒng)的提速能力強很多。整套裝置的重量只有20.2kg且體積較小，長寬高分別為457mm、229mm、259mm，便于在有限空間內(nèi)安裝。

在不需要純電動或混合動力驅(qū)動時，可以通過一個集成的切斷裝置將電動機從傳動系統(tǒng)中斷開，該裝置采用了機電驅(qū)動離合器。GKN還對齒輪和軸承布置進行了優(yōu)化，實現(xiàn)更高的效率、更好地NVH性能和耐久性。

GKN吉凱恩三合一電驅(qū)系統(tǒng)（電控+電機+減速器）

GKN汽車工程總裁Peter Moelgg先生說：“隨著市場對全輪驅(qū)動和插電式混合動力汽車的需求逐步加大，GKN的eAxle技術正在經(jīng)歷自身發(fā)展的關鍵階段，該系統(tǒng)也對混合動力汽車提供了電動全輪驅(qū)動的解決方案?！眅Axle直接將電動機的轉矩傳遞到汽車輪胎上，提供更及時的動態(tài)響應和加速能力。目前，eAxle已經(jīng)可以實現(xiàn)14000r/min的輸入轉速，且在接下來的幾年中，輸入轉速有望達到甚至超過20000r/min，混合驅(qū)動模式時轉速可能更高。

GKN雙速三合一電驅(qū)系統(tǒng)

2、Bosch 博世

博世Bosch近日發(fā)布了新動力系統(tǒng)e-axle電動軸，使電動軸驅(qū)動可提供更佳的續(xù)航力。

BOSCH e-axle將3個動力系統(tǒng)零件：馬達、電力電子及變速箱合而為一，形成精實的單一機組。由于這些零件具備極高的靈活性，電動軸可安裝在油電混合動力車和電動車、小型車、SUV，甚至是輕型卡車上

可配備永磁同步電機，也可適配交流感應電機。具體產(chǎn)品系列按照平臺設計可實現(xiàn)輸出功率從50kW到300kW，扭矩從1000NM到6000NM不同的變型產(chǎn)品。用以覆蓋混合動力與純電動車型對電驅(qū)動橋的不同需求。

電驅(qū)動橋eAxle產(chǎn)品輸出功率為150kW，扭矩3800NM。從展示剖面照片和左右特寫可以看到左側為大功率永磁同步電機。電機上部為電機功率控制逆變器。中間黑色接插件為低壓通訊控制信號接插件。右側橘紅色接插件為高壓直流母線。從左側的特寫中可以看到電機功率控制逆變器的大功率交流驅(qū)動母線已被集成到電機左側，長度大幅減短。電機的右側為變速箱（減速齒輪結構）和輸出軸。

博世BOSCH電驅(qū)動橋特點：

1.高度集成化

進行高度整合后將動力電機、電機功率控制逆變器和變速箱合三為一。體積上的大幅減少更能支持新能源車型緊湊的動力布局。

2.簡化冷卻管路和功率驅(qū)動線纜

模塊內(nèi)部集成大功率交流驅(qū)動母線進一步降低了線纜成本。

3.平臺化設計靈活適配不同車型

如之前提到的平臺化設計，使得不同功率的產(chǎn)品可快速開發(fā)并適配于不同車型。

扭矩范圍1000~6000牛米

功率范圍50~300kW

重量約90kg（e.g。輸出功率150kW）

可用于總質(zhì)量7.5噸以內(nèi)的車型

如下博世BOSCH的官方宣傳資料更清晰的說明了未來電驅(qū)動橋產(chǎn)品的發(fā)展趨勢以及集成化的優(yōu)點。將原來獨立的電機、變速箱和包括逆變器在內(nèi)的功率電子模塊集成到一個外殼當中將使得整個電驅(qū)動橋成本更低、體積更小和效率更高。生產(chǎn)成本降低的同時，其體積將降低超過20%。

博世BOSCH在法蘭克福車展宣布與Nikola電動卡車合作，率先將其電驅(qū)動橋產(chǎn)品應用在重型新能源卡車之中。

3、ZF三合一電驅(qū)系統(tǒng)

采埃孚（ZF）在傳動系統(tǒng)電驅(qū)化領域的貢獻頗豐：采埃孚（ZF）研發(fā)的適用于小型和中型轎車的電動車驅(qū)動產(chǎn)品，能很好的適應未來的城市交通狀況。

其驅(qū)動單元安裝于車橋中部，最大輸出功率為120千瓦，能保證在低速情況下就能輸出高扭矩值。并且，其動力電源是與電驅(qū)裝置集成為一體的。

采埃孚已經(jīng)開發(fā)了輪邊電驅(qū)動電動扭轉梁的原型，其核心系統(tǒng)都已完成調(diào)校。輪邊電驅(qū)動電動扭轉梁的核心在于半獨立懸掛系統(tǒng)與傳動系統(tǒng)的集成：左右輪各擁有一套緊湊的驅(qū)動系統(tǒng)，將變速器和電機集成在一個單獨的輕量化鋁制外殼中。另外，利用多面壓合連接技術來實現(xiàn)鋁制推力桿與鋼制橫結構的鏈接，也是這個項目的另一大亮點設計。

采埃孚（ZF）的電驅(qū)模塊的核心是一個異步電機，無需使用帶釹或鏑等稀有元素的接地材料。此外，這樣裝置還包括了一個結構緊湊的單速比傳動機構、動力電源和一套控制程序。

采埃孚（ZF）電驅(qū)系統(tǒng)的轉速可達21，000 轉/分鐘，同時還具備電能轉化效率高和性能優(yōu)異的特點。在車輛剛起步時，電驅(qū)系統(tǒng)就可產(chǎn)生17，00 ?！っ椎呐ぞ?，使車輛可在9 秒內(nèi)完成百公里加速。該電驅(qū)系統(tǒng)的峰值功率為90 千瓦。

采埃孚（ZF）通過對整套電驅(qū)系統(tǒng)的性能優(yōu)化，使得電能轉換效率提升6%。這款電驅(qū)裝置的重量約45 公斤，在同等輸出產(chǎn)品中設立了重量標桿，而采埃孚（ZF）還在對此不斷研發(fā)以進一步提升其輸出/重量比。

采埃孚（ZF）采用了全新配置的增強版電驅(qū)系統(tǒng)：電動馬達的輸出功率增至120 千瓦和2，500 牛米的扭矩。

采埃孚的這項創(chuàng)新技術是專為微型車和小型車研發(fā)的。其單個電機裝置可提供40千瓦的動力，總輸出動力為80千瓦。該輪邊電驅(qū)可與后橋集成一體，擁有高度模塊化的機構，并可以實現(xiàn)左右輪不同的扭矩分配。同時，在場工程師表示，相對輪上電驅(qū)裝置，輪邊電驅(qū)的裝載方式對車輛的非簧載質(zhì)量不會產(chǎn)生明顯的影響，即輪邊電驅(qū)相對輪上電驅(qū)能抗擊震動，帶來駕駛平順性。

輪邊電驅(qū)動電動扭轉梁的集成化設計有效節(jié)約了安裝空間。例如，中央電機直接固定在車體上，不再需要額外的機械驅(qū)動部件，因此有效釋放了車輛中央的裝載空間，為汽車制造商們進行個性化的設計提供發(fā)揮的空間。這套裝置與車身的連接點與傳統(tǒng)的車橋系統(tǒng)相似，因而可以輕松實現(xiàn)與現(xiàn)有的技術模塊的對接，此外，它也可以匹配傳統(tǒng)車型所用的制動系統(tǒng)和標準輪彀尺寸。

ZF低地板客車電驅(qū)動橋（系統(tǒng)）

傳承ZF公交車橋一貫的輕量化設計理念

內(nèi)置一體式電機設計，高度集成在車橋內(nèi)部，沒有獨立的電機外殼

水冷高轉速電機與大減速比減速機構的設計，使得電機尺寸更小，系統(tǒng)高效區(qū)更寬

在整車設計應用時，不需要傳動軸等機械硬連接，經(jīng)測算重量一般能輕250-500kg

ZF電驅(qū)系統(tǒng)

ZF三合一電驅(qū)系統(tǒng)（前置前驅(qū)）