集成式電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展及應(yīng)用

馮玲

摘要：集成式電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)即電動(dòng)汽車三合一電驅(qū)系統(tǒng)技術(shù)（電驅(qū)動(dòng)橋）是指將電機(jī)、電控、變速器集于一體;本文對(duì)純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，探討了五種純電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)模式的優(yōu)缺點(diǎn);介紹了電動(dòng)汽車三合一電驅(qū)系統(tǒng)技術(shù)（電驅(qū)動(dòng)橋）的發(fā)展現(xiàn)狀以及應(yīng)用情況，簡(jiǎn)要分析了其結(jié)構(gòu)、工作過(guò)程和特點(diǎn);最后對(duì)該技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行了分析。集成式電驅(qū)動(dòng)橋有著高度集成化、傳動(dòng)效率高、設(shè)計(jì)平臺(tái)靈活等優(yōu)勢(shì)，是車輛新型驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展方向和研究熱點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：集成式;電驅(qū)動(dòng)橋;純電動(dòng)汽車;驅(qū)動(dòng)模式

0 引言

和傳統(tǒng)燃油汽車相比，電動(dòng)汽車具有能源效率高、環(huán)境污染小、能源多樣化的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為汽車行業(yè)發(fā)展的必然選擇，其發(fā)展也得到世界各國(guó)政府的重視與支持[2]。汽車零部件中，車橋起著傳動(dòng)、承載和制動(dòng)的關(guān)鍵作用，是汽車構(gòu)造重要的組成部分。集成式電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)即電動(dòng)汽車三合一電驅(qū)系統(tǒng)技術(shù)（電驅(qū)動(dòng)橋）是指將原來(lái)獨(dú)立的電機(jī)、變速箱和電控模塊集成到一個(gè)外殼當(dāng)中，使得整個(gè)電驅(qū)動(dòng)橋成本更低、體積更小和效率更高[3]。

1 集成式電驅(qū)動(dòng)（電驅(qū)動(dòng)橋）國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

國(guó)外的GKN和BOSCH相對(duì)走在集成式電驅(qū)動(dòng)這一領(lǐng)域的前列，并已在部分車型上有所應(yīng)用。吉?jiǎng)P恩（GKN）正在進(jìn)行最新電驅(qū)動(dòng)橋（eDrive） 技術(shù)的研究，將電動(dòng)機(jī)、逆變器和e-Axle、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，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。博世（BOSCH）近段時(shí)間發(fā)布了新動(dòng)力系統(tǒng)e-Axle電動(dòng)軸，將電機(jī)、電力電子及變速箱合而為一，形成精密的單一機(jī)組。博世e-Axle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。

國(guó)內(nèi)比亞迪創(chuàng)造性的將驅(qū)動(dòng)電機(jī)、四檔自動(dòng)變速器和驅(qū)動(dòng)橋有機(jī)的結(jié)合在一起，組成全球首創(chuàng)的電動(dòng)集成橋總成，其結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省空間，利于電池包的布置。同時(shí)，電機(jī)直接安裝在驅(qū)動(dòng)橋前，提高了傳動(dòng)效率，一方面降低了制造成本，另一方面也提高了動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。

2.純電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模式

1）傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模式

早期的電動(dòng)車采用此驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，與傳統(tǒng)汽車結(jié)構(gòu)基本相同，只是用電動(dòng)機(jī)取代了發(fā)動(dòng)機(jī)，包含了離合器、變速器、傳動(dòng)軸、主減速器、差速器等[8]。由于傳統(tǒng)汽車驅(qū)動(dòng)方案已經(jīng)趨于成熟，因此如果采用此模式可直接在現(xiàn)有成熟底盤上直接用電動(dòng)機(jī)替換發(fā)動(dòng)機(jī)，具有設(shè)計(jì)周期短，改動(dòng)小，造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)用現(xiàn)有技術(shù)就能夠?qū)崿F(xiàn)批量生產(chǎn)，但缺點(diǎn)是這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有著較大的總質(zhì)量和較低的傳動(dòng)效率，很難滿足純電動(dòng)汽車的性能要求以及整體設(shè)計(jì)[9]。

2）電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)橋組合模式

這種模式把電動(dòng)機(jī)輸出軸直接和固定速比的減速器和差速器集成為一個(gè)整體，通過(guò)兩個(gè)半軸來(lái)驅(qū)動(dòng)車輪，此模式的整個(gè)傳動(dòng)長(zhǎng)度比較短，傳動(dòng)裝置體積小，占用空間小，容易布置，可以進(jìn)一步降低整車的質(zhì)量。這種結(jié)構(gòu)具有緊湊的結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)效率較高，安裝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，但這也要求電機(jī)性能和控制器的控制質(zhì)量相應(yīng)的提高。

3）機(jī)電一體化驅(qū)動(dòng)模式

機(jī)電一體化驅(qū)動(dòng)模式，該布置形式最大的特點(diǎn)是取消了機(jī)械式差速器，采用2個(gè)電機(jī)，通過(guò)固定的減速，分別驅(qū)動(dòng)2個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，每個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以獨(dú)立控制，通過(guò)電子差速器來(lái)解決左右半軸的差速問(wèn)題。此模式使得電動(dòng)汽車更加靈活，在復(fù)雜的路況上可以獲得更好的整車性能，由于采用電子差速器，傳動(dòng)體積進(jìn)一步減小，節(jié)省了空間，有助于傳動(dòng)效率的提高。但是，由于增加了電動(dòng)機(jī)和功率轉(zhuǎn)換器，因此增加了生產(chǎn)成本，且在實(shí)際行駛過(guò)程中，對(duì)2個(gè)電機(jī)進(jìn)行精確控制的可靠性，也需要進(jìn)一步改進(jìn)，對(duì)控制器的各項(xiàng)要求有所提高。

4）輪轂電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式

此種布置形式將驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接安裝在車輪上，進(jìn)一步縮短了電機(jī)和車輪之間的機(jī)械傳動(dòng)路徑，另外也節(jié)省了大量的空間來(lái)做其它部件的布置。通過(guò)控制器獨(dú)立的控制調(diào)節(jié)功能，使各個(gè)電動(dòng)機(jī)達(dá)到電子差速度的目的，因以此模式同樣對(duì)電機(jī)性能和控制器的要求很高。

5）電動(dòng)汽車三合一電驅(qū)系統(tǒng)（電驅(qū)動(dòng)橋）模式

這種方式可分為同軸式和雙聯(lián)式兩種。同軸式是電動(dòng)機(jī)有一個(gè)特制的空心軸，電機(jī)的動(dòng)力輸出軸處聯(lián)結(jié)減速齒輪和差速器，再由差速器帶動(dòng)左半軸和通過(guò)電機(jī)空心軸的右半軸來(lái)達(dá)到驅(qū)動(dòng)車輪的目的。雙聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)則是有左右兩個(gè)電動(dòng)機(jī)直接通過(guò)半軸聯(lián)結(jié)驅(qū)動(dòng)輪，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)之間則通過(guò)一個(gè)電控的差速器來(lái)控制。此驅(qū)動(dòng)模式高度集成化，結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省大量空間，傳動(dòng)鏈短，傳動(dòng)效率高，有助于提高車輛經(jīng)濟(jì)性。雖然將電機(jī)、控制器和減速器集成在同一空間內(nèi)，提高了集成度，降低了成本，但是高度集成化帶來(lái)的是需要裝配工藝以及生產(chǎn)工藝上的進(jìn)一步提高。

3 電動(dòng)汽車三合一電驅(qū)系統(tǒng)技術(shù)

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)。①利用一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)②通過(guò)減速器③實(shí)現(xiàn)降速增扭，驅(qū)動(dòng)扭矩將通過(guò)差速器分配給左右驅(qū)動(dòng)半軸。把半軸安裝在空心的驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸里面，其一端通過(guò)螺栓與驅(qū)動(dòng)輪輪轂連接，另一端半軸齒輪內(nèi)花鍵連接，這種無(wú)需改變動(dòng)力傳遞方向橫置的驅(qū)動(dòng)電機(jī)機(jī)構(gòu)更加緊湊，但要求零件剛度、強(qiáng)度大，裝配與加工精度高具有良好的通用性和互換性。

整個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)，功率電子裝置將來(lái)自電池的直流電轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)所需要的交流電，電機(jī)工作產(chǎn)生機(jī)械能，然后電機(jī)將扭矩傳遞給變速箱，變速箱將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為傳動(dòng)軸所需的水平，同時(shí)實(shí)現(xiàn)增扭。

4 發(fā)展前景分析

全球汽車技術(shù)正在經(jīng)歷著變革，汽車零部件的分布式結(jié)構(gòu)向著集中式演進(jìn)是汽車技術(shù)發(fā)展的一大趨勢(shì)。分散的零部件走向集成化，一方面簡(jiǎn)化了主機(jī)廠的裝配內(nèi)容，降低了裝配裝配難度、提高了產(chǎn)品合格率;另一方面由于產(chǎn)品集成化，大規(guī)?？s減了供應(yīng)商數(shù)量，節(jié)省了管理成本。車橋的集成電動(dòng)化設(shè)計(jì)將無(wú)可爭(zhēng)辯地成為未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，是推動(dòng)新能源汽車地盤電動(dòng)化、車身輕量化變革的有力支撐。我國(guó)汽車行業(yè)關(guān)鍵零部件的高端技術(shù)尚未形成競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，與國(guó)際先進(jìn)水平尚有一定差距。作為整車的重要部件，輕量化、高效性、智能化、低噪聲的電動(dòng)化車橋集成技術(shù)取代傳統(tǒng)車橋技術(shù)將成為行業(yè)發(fā)展的方向。

5 總結(jié)

本文對(duì)純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，探討了五種純電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模式的優(yōu)缺點(diǎn);介紹了集成式電驅(qū)動(dòng)即電動(dòng)汽車三合一電驅(qū)系統(tǒng)技術(shù)（電驅(qū)動(dòng)橋）的發(fā)展現(xiàn)狀以及應(yīng)用情況，以博世（BOSCH）的一款電驅(qū)橋產(chǎn)品為例簡(jiǎn)要分析了其結(jié)構(gòu)、工作過(guò)程和特點(diǎn);最后對(duì)該技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行了分析。

參考文獻(xiàn)

[1]王志遠(yuǎn). 電驅(qū)動(dòng)橋發(fā)展前景分析[J]. 現(xiàn)代零部件 2013; （09）： 66-8.

[2]范思廣. 電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其控制技術(shù)的研究[J]. 汽車零部件 2011; （08）：50-4.

[3]彭斐. 采埃孚創(chuàng)新產(chǎn)品打開全球新市場(chǎng)[J]. 汽車與配件 2014; （45）： 28-30.

[4]徐向陽(yáng). 節(jié)能與新能源汽車傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展[J]. 汽車安全與節(jié)能學(xué)報(bào) 2017; （04）：323-32.

[5]張同. 純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)研究 [碩士]： 武漢理工大學(xué); 2011.

[6]祁炳楠， 張利鵬. 車輛電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)型特點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 汽車科技 2009; （03）：11-3+26.

[7]周德明. 電動(dòng)車輛電機(jī)—變速器一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)及控制策略研究 [碩士]： 合肥工業(yè)大學(xué); 2014.