電動(dòng)汽車三合一電驅(qū)系統(tǒng)技術(shù)是指將電控、電機(jī)和減速器集成為一體的技術(shù)，隨著電動(dòng)汽車技術(shù)的不斷演進(jìn)，集成化設(shè)計(jì)將無可爭辯地成為未來發(fā)展的趨勢，在這一領(lǐng)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(yīng)用；本文通過解讀具體產(chǎn)品向各位同學(xué)介紹技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，了解其先進(jìn)之處，更新我們的知識(shí)儲(chǔ)備，以便日后應(yīng)用到工作中。

1、GKN吉?jiǎng)P恩（納鐵福）

GKN吉?jiǎng)P恩中國合資企業(yè)（納鐵福）將在上海工廠進(jìn)行最新電驅(qū)動(dòng)橋(eDrive) 技術(shù)的生產(chǎn)，將電動(dòng)機(jī)、逆變器和eAxle減速箱置于同一封裝空間。



采用輕量化設(shè)計(jì)的傳動(dòng)部件實(shí)現(xiàn)了12.5:1的傳動(dòng)比，該系統(tǒng)可提供高達(dá)2000?Nm的轉(zhuǎn)矩和70?kW的功率，足以使車輛在純電動(dòng)模式下達(dá)到125?km/h的最高速度。

此外，在全輪驅(qū)動(dòng)(AWD)模式下，純電動(dòng)模式比傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)的提速能力強(qiáng)很多。整套裝置的重量只有20.2?kg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。

GKN還對齒輪和軸承布置進(jìn)行了優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)更高的效率、更好地NVH性能和耐久性。通過優(yōu)秀的制造工藝(包括齒輪的低齒隙影響、高性能傳輸差速器)，以及先進(jìn)的控制算法，確保了驅(qū)動(dòng)模式從純電動(dòng)、混合動(dòng)力以及雨雪模式之間的順暢切換。



▲GKN吉?jiǎng)P恩三合一電驅(qū)系統(tǒng)（電控+電機(jī)+減速器）

GKN吉?jiǎng)P恩電力傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)合了成熟的保時(shí)捷918 Spyder的和寶馬i8的插電式混合動(dòng)力車和福克斯RS上采用的Twinster扭矩分配系統(tǒng)技術(shù)。

盡管電動(dòng)馬達(dá)提供瞬時(shí)扭矩和極快的加速，但大多數(shù)汽車制造商使用的是一個(gè)限制最高速度的單速變速箱。盡管特斯拉Model S的最高時(shí)速為130英里/小時(shí)，但是寶馬i8能夠以每小時(shí)155英里的速度行駛，這要?dú)w功于GKN的兩速eAxle，它既可以加速，又能提高最高速度。

▲GKN雙速三合一電驅(qū)系統(tǒng)

埃隆·馬斯克(Elon Musk)最近將Model S P85D的最高速度提高到了155英里每小時(shí)，3.2秒的沖刺速度達(dá)到了60英里每小時(shí)，但它仍然采用了單速的固定齒比減速器。但寶馬i8使用了一個(gè)緊湊的雙速變速箱，除了提升最高車速作用明顯以外，雙速減速器對速度、扭矩的調(diào)節(jié)，也節(jié)省了電機(jī)的能量，使其動(dòng)力輸出曲線更加合理，使得續(xù)航里程有了明顯增加。

2、BOSCH 博世

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



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

博世BOSCH eAxle電驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品系列按照平臺(tái)設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)輸出功率從50kW到300kW，扭矩從1000NM到6000NM不同的變型產(chǎn)品。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(cè)為大功率永磁同步電機(jī)。

電機(jī)上部為電機(jī)功率控制逆變器。中間黑色接插件為低壓通訊控制信號(hào)接插件。右側(cè)橘紅色接插件為高壓直流母線。從左側(cè)的特寫中可以看到電機(jī)功率控制逆變器的大功率交流驅(qū)動(dòng)母線已被集成到電機(jī)左側(cè)，長度大幅減短。電機(jī)的右側(cè)為變速箱（減速齒輪結(jié)構(gòu)）和輸出軸。



博世BOSCH電驅(qū)動(dòng)橋特點(diǎn)：

◆高度集成化

博世BOSCH充分利用其完整的產(chǎn)品線，進(jìn)行高度整合后將動(dòng)力電機(jī)、電機(jī)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(dòng)力布局。

◆簡化冷卻管路和功率驅(qū)動(dòng)線纜

高度集成的另一好處就是電機(jī)和逆變器的液冷冷卻管路整合而簡化了管線布置。模塊內(nèi)部集成大功率交流驅(qū)動(dòng)母線進(jìn)一步降低了線纜成本。

◆平臺(tái)化設(shè)計(jì)靈活適配不同車型

如之前提到的平臺(tái)化設(shè)計(jì)，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

三合一電驅(qū)系統(tǒng)將原來獨(dú)立的電機(jī)、變速箱和包括逆變器在內(nèi)的功率電子模塊集成到一個(gè)外殼當(dāng)中將使得整個(gè)電驅(qū)動(dòng)橋成本更低、體積更小和效率更高。生產(chǎn)成本降低的同時(shí)，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(dòng)卡車合作，率先將其電驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品應(yīng)用在重型新能源卡車之中。該車型將配備雙電驅(qū)動(dòng)橋，動(dòng)力電機(jī)確定延續(xù)至博世BOSCH的SMG(separate motor generator)高性能動(dòng)力電機(jī)并集成入電驅(qū)動(dòng)橋eAxle。

3、ZF三合一電驅(qū)系統(tǒng)

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



其驅(qū)動(dòng)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(dòng)力電源是與電驅(qū)裝置集成為一體的。

采埃孚(ZF)推出了全新配置的驅(qū)動(dòng)概念即功能增強(qiáng)版：電源被集成在電驅(qū)橋中，輸出功率增至120千瓦。輪邊電驅(qū)動(dòng)電動(dòng)扭轉(zhuǎn)梁(eTB)是采埃孚(ZF)研發(fā)的另一項(xiàng)電驅(qū)技術(shù)，它將半獨(dú)立懸掛系統(tǒng)與傳動(dòng)系統(tǒng)集成為一體，左右輪各擁有一套緊湊的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，將變速器和電機(jī)集成在一個(gè)單獨(dú)的鋁制外殼中。



采埃孚(ZF)的電驅(qū)模塊的核心是一個(gè)異步電機(jī)，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(gè)結(jié)構(gòu)緊湊的單速比傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、動(dòng)力電源和一套控制程序。

得益于兩級(jí)減速的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和創(chuàng)新的高轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)，采埃孚(ZF)電驅(qū)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速可達(dá)21,000 轉(zhuǎn)/分鐘，同時(shí)還具備電能轉(zhuǎn)化效率高和性能優(yōu)異的特點(diǎn)。在車輛剛起步時(shí)，電驅(qū)系統(tǒng)就可產(chǎn)生17,00 牛·米的扭矩，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。

對于許多純電動(dòng)車來說，電動(dòng)馬達(dá)和逆變器共同運(yùn)行在一個(gè)特定行駛工況時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的能量損失，而采埃孚(ZF)推出的電驅(qū)裝置則解決了這個(gè)問題。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(zhuǎn)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(shè)立了重量標(biāo)桿，而采埃孚(ZF)還在對此不斷研發(fā)以進(jìn)一步提升其輸出/重量比。


采埃孚(ZF)采用了全新配置的增強(qiáng)版電驅(qū)系統(tǒng)：電動(dòng)馬達(dá)的輸出功率增至120 千瓦和2,500 牛•米的扭矩。集成化的動(dòng)力電源是這款裝置的一大特點(diǎn)。同時(shí)，采埃孚(ZF)也在研發(fā)適用于各個(gè)輸出級(jí)別的模塊化系統(tǒng)，以更好的滿足不同客戶和車輛的需求。未來，采埃孚(ZF)的電驅(qū)系統(tǒng)將不再僅僅適用于小型車和緊湊型車，而將依托車橋混合動(dòng)力模塊，將產(chǎn)品線進(jìn)一步拓展到中高級(jí)別的前輪驅(qū)動(dòng)轎車。

采埃孚已經(jīng)開發(fā)了輪邊電驅(qū)動(dòng)電動(dòng)扭轉(zhuǎn)梁的原型，其核心系統(tǒng)都已完成調(diào)校。輪邊電驅(qū)動(dòng)電動(dòng)扭轉(zhuǎn)梁的核心在于半獨(dú)立懸掛系統(tǒng)與傳動(dòng)系統(tǒng)的集成：左右輪各擁有一套緊湊的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，將變速器和電機(jī)集成在一個(gè)單獨(dú)的輕量化鋁制外殼中。另外，利用多面壓合連接技術(shù)來實(shí)現(xiàn)鋁制推力桿與鋼制橫結(jié)構(gòu)的鏈接，也是這個(gè)項(xiàng)目的另一大亮點(diǎn)設(shè)計(jì)。


采埃孚的這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)是專為微型車和小型車研發(fā)的。其單個(gè)電機(jī)裝置可提供40千瓦的動(dòng)力，總輸出動(dòng)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(jī)構(gòu)，并可以實(shí)現(xiàn)左右輪不同的扭矩分配。

輪邊電驅(qū)動(dòng)電動(dòng)扭轉(zhuǎn)梁的設(shè)計(jì)沿襲了采埃孚中央電驅(qū)模塊的輕量化和高速設(shè)計(jì)。同時(shí)，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(huì)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(dòng)，帶來駕駛平順性。

▲ZF低地板客車電驅(qū)動(dòng)橋（系統(tǒng)）

（1）傳承ZF公交車橋一貫的輕量化設(shè)計(jì)理念
（2）內(nèi)置一體式電機(jī)設(shè)計(jì)，高度集成在車橋內(nèi)部，沒有獨(dú)立的電機(jī)外殼
（3）水冷高轉(zhuǎn)速電機(jī)與大減速比減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使得電機(jī)尺寸更小，系統(tǒng)高效區(qū)更寬
（4）在整車設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)，不需要傳動(dòng)軸等機(jī)械硬連接，經(jīng)測算重量一般能輕250-500kg


▲ZF電驅(qū)系統(tǒng)

輪邊電驅(qū)動(dòng)電動(dòng)扭轉(zhuǎn)梁的集成化設(shè)計(jì)有效節(jié)約了安裝空間，電機(jī)直接固定在車體上，不再需要額外的機(jī)械驅(qū)動(dòng)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(jìn)行個(gè)性化的設(shè)計(jì)提供發(fā)揮的空間。這套裝置與車身的連接點(diǎn)與傳統(tǒng)的車橋系統(tǒng)相似，因而可以輕松實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有的技術(shù)模塊的對接，此外，它也可以匹配傳統(tǒng)車型所用的制動(dòng)系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)輪彀尺寸。

▲ZF三合一電驅(qū)系統(tǒng)（前置前驅(qū)）

4、HONDA本田三合一電驅(qū)系統(tǒng)



5、Porsche保時(shí)捷

6、Daimler Benz 電動(dòng)汽車前置前驅(qū)三合一電控系統(tǒng)