集成式电驱动系统发展及应用

冯玲

摘要：集成式电驱动系统即电动汽车三合一电驱系统技术（电驱动桥）是指将电机、电控、变速器集于一体;本文对纯电动汽车驱动系统进行了简要分析，探讨了五种纯电动车驱动模式的优缺点;介绍了电动汽车三合一电驱系统技术（电驱动桥）的发展现状以及应用情况，简要分析了其结构、工作过程和特点;最后对该技术的发展前景进行了分析。集成式电驱动桥有着高度集成化、传动效率高、设计平台灵活等优势，是车辆新型驱动技术的发展方向和研究热点。

关键词：集成式;电驱动桥;纯电动汽车;驱动模式

0 引言

和传统燃油汽车相比，电动汽车具有能源效率高、环境污染小、能源多样化的优点，已经成为汽车行业发展的必然选择，其发展也得到世界各国政府的重视与支持[2]。汽车零部件中，车桥起着传动、承载和制动的关键作用，是汽车构造重要的组成部分。集成式电驱动系统即电动汽车三合一电驱系统技术（电驱动桥）是指将原来独立的电机、变速箱和电控模块集成到一个外壳当中，使得整个电驱动桥成本更低、体积更小和效率更高[3]。

1 集成式电驱动（电驱动桥）国内外现状

国外的GKN和BOSCH相对走在集成式电驱动这一领域的前列，并已在部分车型上有所应用。吉凯恩（GKN）正在进行最新电驱动桥（eDrive） 技术的研究，将电动机、逆变器和e-Axle、减速箱置于同一封装空间，采用轻量化设计的传动部件，该系统可提供高达2000 Nm的转矩和70 kW的功率，足以使车辆在纯电动模式下达到125 km/h的最高速度。博世（BOSCH）近段时间发布了新动力系统e-Axle电动轴，将电机、电力电子及变速箱合而为一，形成精密的单一机组。博世e-Axle电驱动桥产品系列按照平台设计可实现输出功率从50kW到300kW，扭矩从1000Nm到6000Nm不同的变型产品。

国内比亚迪创造性的将驱动电机、四档自动变速器和驱动桥有机的结合在一起，组成全球首创的电动集成桥总成，其结构紧凑，节省空间，利于电池包的布置。同时，电机直接安装在驱动桥前，提高了传动效率，一方面降低了制造成本，另一方面也提高了动力性和经济性。

2.纯电动车驱动系统模式

1）传统驱动模式

早期的电动车采用此驱动系统，与传统汽车结构基本相同，只是用电动机取代了发动机，包含了离合器、变速器、传动轴、主减速器、差速器等[8]。由于传统汽车驱动方案已经趋于成熟，因此如果采用此模式可直接在现有成熟底盘上直接用电动机替换发动机，具有设计周期短，改动小，造价低等优点，运用现有技术就能够实现批量生产，但缺点是这种驱动系统有着较大的总质量和较低的传动效率，很难满足纯电动汽车的性能要求以及整体设计[9]。

2）电动机驱动桥组合模式

这种模式把电动机输出轴直接和固定速比的减速器和差速器集成为一个整体，通过两个半轴来驱动车轮，此模式的整个传动长度比较短，传动装置体积小，占用空间小，容易布置，可以进一步降低整车的质量。这种结构具有紧凑的结构、传动效率较高，安装简单的特点，但这也要求电机性能和控制器的控制质量相应的提高。

3）机电一体化驱动模式

机电一体化驱动模式，该布置形式最大的特点是取消了机械式差速器，采用2个电机，通过固定的减速，分别驱动2个驱动轮，每个电机的转速可以独立控制，通过电子差速器来解决左右半轴的差速问题。此模式使得电动汽车更加灵活，在复杂的路况上可以获得更好的整车性能，由于采用电子差速器，传动体积进一步减小，节省了空间，有助于传动效率的提高。但是，由于增加了电动机和功率转换器，因此增加了生产成本，且在实际行驶过程中，对2个电机进行精确控制的可靠性，也需要进一步改进，对控制器的各项要求有所提高。

4）轮毂电动机驱动模式

此种布置形式将驱动电机直接安装在车轮上，进一步缩短了电机和车轮之间的机械传动路径，另外也节省了大量的空间来做其它部件的布置。通过控制器独立的控制调节功能，使各个电动机达到电子差速度的目的，因以此模式同样对电机性能和控制器的要求很高。

5）电动汽车三合一电驱系统（电驱动桥）模式

这种方式可分为同轴式和双联式两种。同轴式是电动机有一个特制的空心轴，电机的动力输出轴处联结减速齿轮和差速器，再由差速器带动左半轴和通过电机空心轴的右半轴来达到驱动车轮的目的。双联式驱动系统则是有左右两个电动机直接通过半轴联结驱动轮，两台电动机之间则通过一个电控的差速器来控制。此驱动模式高度集成化，结构紧凑，节省大量空间，传动链短，传动效率高，有助于提高车辆经济性。虽然将电机、控制器和减速器集成在同一空间内，提高了集成度，降低了成本，但是高度集成化带来的是需要装配工艺以及生产工艺上的进一步提高。

3 电动汽车三合一电驱系统技术

电动汽车三合一电驱系统技术是指将电控、电机和减速器集成为一体的技术。①利用一个驱动电机②通过减速器③实现降速增扭，驱动扭矩将通过差速器分配给左右驱动半轴。把半轴安装在空心的驱动电机输出轴里面，其一端通过螺栓与驱动轮轮毂连接，另一端半轴齿轮内花键连接，这种无需改变动力传递方向横置的驱动电机机构更加紧凑，但要求零件刚度、强度大，装配与加工精度高具有良好的通用性和互换性。

整个系统工作时，功率电子装置将来自电池的直流电转换成电动机所需要的交流电，电机工作产生机械能，然后电机将扭矩传递给变速箱，变速箱将电动机的转速转化为传动轴所需的水平，同时实现增扭。

4 发展前景分析

全球汽车技术正在经历着变革，汽车零部件的分布式结构向着集中式演进是汽车技术发展的一大趋势。分散的零部件走向集成化，一方面简化了主机厂的装配内容，降低了装配装配难度、提高了产品合格率;另一方面由于产品集成化，大规模缩減了供应商数量，节省了管理成本。车桥的集成电动化设计将无可争辩地成为未来发展的趋势，是推动新能源汽车地盘电动化、车身轻量化变革的有力支撑。我国汽车行业关键零部件的高端技术尚未形成竞争优势，与国际先进水平尚有一定差距。作为整车的重要部件，轻量化、高效性、智能化、低噪声的电动化车桥集成技术取代传统车桥技术将成为行业发展的方向。

5 总结

本文对纯电动汽车驱动系统进行了简要分析，探讨了五种纯电动车驱动系统模式的优缺点;介绍了集成式电驱动即电动汽车三合一电驱系统技术（电驱动桥）的发展现状以及应用情况，以博世（BOSCH）的一款电驱桥产品为例简要分析了其结构、工作过程和特点;最后对该技术的发展前景进行了分析。

参考文献

[1]王志远. 电驱动桥发展前景分析[J]. 现代零部件 2013; （09）： 66-8.

[2]范思广. 电动汽车电机驱动系统及其控制技术的研究[J]. 汽车零部件 2011; （08）：50-4.

[3]彭斐. 采埃孚创新产品打开全球新市场[J]. 汽车与配件 2014; （45）： 28-30.

[4]徐向阳. 节能与新能源汽车传动技术的发展[J]. 汽车安全与节能学报 2017; （04）：323-32.

[5]张同. 纯电动汽车动力系统研究 [硕士]： 武汉理工大学; 2011.

[6]祁炳楠， 张利鹏. 车辆电驱动系统构型特点与发展趋势[J]. 汽车科技 2009; （03）：11-3+26.

[7]周德明. 电动车辆电机—变速器一体化系统设计及控制策略研究 [硕士]： 合肥工业大学; 2014.