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电驱动桥典型案例及开发难度分析

电动知家 2021-06-28 11:29
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导读

电控、减速器”或者相类似的电机电控与其他部件的集成产品，是新能源车型的关键部件。在产品重量减小、成本降低的需求下，电机和电控功能集成化是确定性的发展趋势，而电驱动桥是电机和电控集成化趋势下的行业新趋势。


1

介绍

目前，在产品重量减小、成本降低的需求下，电机、电控功能是电机、电控行业一大确定性技术趋势，国内国外企业均在这一部分有所涉猎，而电驱动桥是电机和电控集成化趋势下的行业新趋势。

电驱动桥，是指由“电机、电控、减速器”或者相类似的电机电控与其他部件的集成产品，是新能源车型的关键部件。

国际方面，博世、博格华纳、采埃孚、吉凯恩、麦格纳等零部件巨头均已在电驱动桥行业布局，其类似产品已经给主机厂供应。国内方面，汇川技术、方正电机、精进电动、上海大郡、上海电驱动等都有“多合一”产品。

2

典型产品介绍

BOSCH eAxle VS GKN eAxle 

博世 eAxle--高集成度、宽工作范围。它把电机、逆变器、电机控制器和减速箱等集成一个动力系统模块，模化的设计可以降低成本和缩短开发周期。根据应用场景不同，功率范围可设置在 50-300KW，输出扭矩可以为1000-6000NM，从而在纯电动汽车与混合动力汽车上均可使用。

图：博世 eAxle电驱动

采埃孚混动电驱+纯电电驱
混合动力电驱是复杂的集成系统。采埃孚混合动力电驱的前端是由电机、分离离合器和可以平衡内燃机外部不规则振动的扭转减振器集合而成，后面匹配原有的 8 挡自动变速器，从而搭建起复杂却紧凑的插电式混合动力电驱系统。其中前端的集成模块可以匹配到其他的变速器上，从而实现混合动力下的多档位驱动。 

采埃孚的Electric Axle Drive集电机、带有差速器的变速器、壳体、冷却设备和带控制软件的功率电子为一体，输出功率为90-150kw，最大扭矩为1700Nm,目前采埃孚电驱动也用于小型和紧凑车。

图：采埃孚混动电驱系统

纯电电驱结构相对简单。对于纯电动车，采埃孚提供了轻巧、紧凑的电驱桥系统。该系统包括了电机、两级减速机和一体化的功率电子系统三大部分。

图：采埃孚纯电电驱系统

吉凯恩GKN eAxle
吉凯恩从 2002 年起开始进行电驱系统的研发，截止目前已经出货 30 万套，配套车型包括 BMWi8、Volvo XC90 以及保时捷 918 Spyder 等。公司现有产品包括单速比及多速比 eAxle。目前设计的全新eAxle系统（eTwinsterX）结合了吉凯恩的 Twinster 双离合驱动模块，可将更多扭矩无缝地分布到一个车轮中，帮助车辆更快地转弯，极大地提高过弯反应 (扭矩矢量控 制)。GKN电驱动集合电机、逆变器、减速箱为一体，最大功率为65kw，最大输出扭矩为2000NmGKN 。
图：GKN 新一代 eAxle 产品- eTwinsterX

传统的混合动力汽车只有 30% 的能量是来源于 电池，吉凯恩预计在未来的车辆中，小型、强大的扭矩矢量控制电桥能够输出 60- 70% 的动力。eTwinsterX 是实现向该方向迈进的一款产品。

麦格纳 eDrive 
麦格纳 eDrive 涵盖品类丰富。麦格纳电力驱动系统批量生产能力涵盖了现代电 驱动系统所有的关键组件，多样化的产品组合能完整覆盖全系列变速器、齿轮箱、 传动轴、电机、逆变器、控制软件和工程解决方案。电驱动系统按动力类型分为 轻度混合动力、插电式混合动力、纯电驱动三大类，各个电驱类型在产品设计及 安装位置上均有不同，同时电驱动系统还包括一些电气化组件，麦格纳拥有完整 的产品覆盖，竞争优势明显。

图：麦格纳动力总成产品

博格华纳eDM
博格华纳eDM集成了eGearDrive变速电子驱动桥和电机的减速器，右侧为体积较大的电机，左侧经过了固定传动比齿轮后将动力传送到差速器，再由差速器分配到两侧后轮，输出功率在80kw到135kw，扭矩范围在1450到2500，不仅能满足轻量化的要求，而且传动效率更高。

图：博格华纳eDM电驱模块

总的来说，电驱动桥集成化的优点有以下几个方面：
①高度集成，节约布置空间；
②动力传动路径短，效率高；
③集成后，零部件数量减少；
④中央集成和轮边驱动回馈力矩大，综合效率高；

但是缺点也比较明显：
①全新结构，零部件开发成本高；
②部件复杂程度高，制造难度加大；
③需同时掌握电机、电控技术（动力控制及匹配），对于工程师的要求比较高。

3

电驱动桥开发难度分析

首先是在中央电机驱动桥开发难度方面，中央电机驱动桥取消了变速箱和传动轴，工程上可以取消某一个零部件，但是其功能必须保留。

①变速箱和传动轴的功能，一是改变传动比，使发动机在有利的工况下工作；二是在发动机旋转方向不变情况下，使汽车能倒退行驶；三是用空挡，中断动力传递，以发动机能够起动、怠速，并便于变速器换档或进行动力输出。

②电动机的替代变速箱的可能性分析，有启停、顺转、反向转，工况区域。这就从原理上告诉了大家，发动机系统必须要有变速箱，电动机可以不要变速箱。原理上逻辑通了，工程上要科学（工艺）设计，要保障电机取消变速箱，产品质量不能低于以前的产品。

图：传统汽车驱动系统典型布置形式对比

③电机替代变速箱的靠谱方案方面，许多专家认为，目前电机水准取消变速箱以后，电动汽车新产品的性能与传统汽车的性能是下降的。将（5-6）档变速箱换成（2-3）变速箱。当然，如果电机能安装到桥手上，传动轴的长度可以是0。实际产品案例：
a）特斯拉乘用车中央电机安装后桥上，传动轴的长度是0；
b）国内纯电动公交车，中央电机为后置，其传动轴比传统车更短。

2）轮边双电机驱动桥开发难度分析，轮边双电机驱动桥比中央电机驱动桥更先迈了一步，不仅取消传统汽车变速箱、传动轴、还是取消传统汽车的主减速器和差速器。同理，零部件可以取消，但是不能取消其功能。

①主减速器和差速器功能：主减速器和差速器一般是一个总成，主减速器主要作用就是减速增扭，提高驱动力，后驱车还通过主减速器的锥齿和伞齿改变动力的传动方向！差速器的左作用就是使动力分配给左右两个车轮，保证车辆在转弯时，使左右两个车轮以不同的速度旋转。

②轮边电机驱动桥：其主减速器和差速器功能呢？原理上，轮边电机桥，是一个中央电机分解成2个电机，但是减速器和差速器省了，但是其功能如何保障？这就是轮边电机桥研发的困难所在。国内BYD开始在纯电动客车上尝试，但是其性能，是不是比中央电机驱动桥性能要优秀？目前还没有看到权威机构的报告；

③轮毂电机驱动桥：原来的轮边减速器也给省了，轮毂电机驱动桥比轮边电机桥更激进。但是轮毂电机驱动桥把变速箱、传动轴、主减速器、差速器、轮边减速器等功能完美替代？目前还没有看到权威机构的报告。

④将电机安装到驱动桥上产生新问题：传统汽车的发动机由底架支撑的，底架通过悬挂来支撑的。专业人员是知道，传统发动机的质量，是簧上质量，但是电机安装到驱动桥上以后，电机质量是簧上质量。电机是激烈的运动件，其震动量如何保障驱动桥的寿命、成员舒适性？这些指标，如何超越传统驱动桥？目前还没有看到权威机构的报告。

图：2018-2020年新能源乘用车的需求量

发展新能源汽车是国家战略，为了破解动力电池这个瓶颈，中央政府一直在进行资金支持，但目前这个瓶颈还没有彻底地得到解决。发展纯电动汽车第二瓶颈是动力电机。严格地说，工业电机离汽车电机要求比较远，而目前满足汽车用的电机不多。在没有满足汽车用电动的前提下，电驱动桥研发是十分困难的。当然，电驱动桥研发对提高电机水平是有拉动作用的。因此，开发电驱动桥是内外要求的统一，虽然急切但不宜浮躁。来源：ATC

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