三合一電驅動系統的整合化設計

原創 吳慶國 電動新視界

電驅動三合一是乘用車入門級的標配，沒有三合一很難敲開乘用車廠的大門。下面，我們先看看我們行業的生存環境。

2020年4月，新能源汽車產銷分別完成8。0萬輛和7。2萬輛，環比增長31。6%和9。7%，同比下降22。1%和26。5%，同比降幅較上個月分別收窄34。8個百分點和26。7個百分點。

1-4月，新能源汽車產銷均為20。 5萬輛，新能源乘用車累計銷售15。5萬輛，佔75。6%的新能源汽車銷量市場份額。

可以看到，行業的寒冬正在消逝，隨著市場信心的恢復，我們終會沐浴在盛夏的暖陽下。所以，讓我們立足於本職工作，看看怎麼做三合一電驅動總成吧。

三合一電驅整合化的優勢

①適應性：

三合一電驅需要頂層設計，從車型平臺上進行規劃，這樣可以大幅縮短開發週期，並能在較低成本的代價滿足不同客戶多樣化需求。

②低成本：

減少動力內部的高壓線數量、聯結器等部件，降低總成的質量，節約聯結器及線束成本。

③省空間：

在相對尺寸較小的殼體內整合電機、逆變器、減速器及動力傳輸模組，解放空間、利於整車佈置。

④高能效：

減少或縮短逆變器與電機之間的連線配線，降低了連線部位的電力損耗，提升了驅動系統效率。

⑤易維護：

縮減供應商數量；簡化主機廠的裝配，提高產品合格率。雖然產品複雜，拆裝困難，維修不便，但少了多家供應商的推諉扯皮，效率反而高了，所以說更易維護了。

⑥高可靠性：

共殼體及同軸設計極大的提高了整機的NVH效能，從而提高了總成的可靠性。

三合一電驅整合化的劣勢

①高轉速帶來的NVH挑戰；

②冷卻概念和軸承壽命；

③EMC複雜性提高；

④跨部門零部件開發協同難度增加等。

三合一的主要構型常見的如上圖這幾種，其中國內比較流行的是第一種和第五種。

平臺化設計

做三合一，必須有頂層設計的理念，從車型平臺上進行規劃，這樣才能延長產品的生命週期，降低整車開發費用。

模組化設計

根據車型規劃的動力性需求，奧迪e-tron電驅系統採用了模組化的開發策略，各個模組排列組合，獲得了豐富的產品線，不僅研發進度快，還節約了開發成本，為模組化開發做出了完美的詮釋。

上面是系統級的模組設計，下面介紹的是整車級的模組設計，來自ZF公司的電驅橋模組。

三合一殼體整合化設計路線示例

寶馬第五代電驅系統做到了電機、電控、減速器共殼體的設計，是目前最為熱衷的方案之一。我們舉例看下各種技術方案的演化過程。

從方案⑧中可知，在部件產品力未經充分驗證的情況下，貿然整合反而會因系統故障率高而丟掉所有整合化帶來的經濟效益，正所謂過猶不及，適可而止。所以，整合要看自己所能掌控技術和裝置能否滿足設計需要，適合的才是最好的。我最初工作的單位，做了三種車型的AMT，最終都倒在了耐久性試驗那關，專案都失敗了。

總結一下三合一的設計技巧或方案

先看看比亞迪是怎麼做的：

電機、電控端子直連，取消三相線。降低成本。

電機、電控水道直連，取消水管。降低成本。

電機轉子軸和減速器輸入軸共用。提高同軸度，減少噪音。

電機殼體和減速器殼體共用。降低成本，提高同軸度，提高裝配精度。

總成效果圖

方正電機三合一結構設計範例

電機、減速器及控制器三合為一，高度整合化設計；

模組組合化設計，電機、減速器與二合一模組同平臺；

簡化電機與控制器的高壓線纜，聯結器等部件；

電機軸與減速器輸入軸合為一體，減少軸承支撐；

減速器殼體與電機殼體合為一體，

電機端蓋與控制器殼體合為一體；

動力系採用平行式結構；

採用錐齒輪結構差速器；

機械式里程錶輸出（可選）；

電子駐車機構（可選）；

整合整車控制單元（可選）；

整合電子駐車系統（可選）。

以上兩家的產品均已量產，在市場上均取得了不錯的口碑，證明結構方案是可行的，具有學習和推廣的價值。

接下來，讓我們欣賞一下國際大廠奧迪e-tron的電驅產品設計方案：

APA250

AKA320

APA250轉子軸水道

奧迪e-tron三合一總結

1、奧迪e-tron的平行軸三合一系統選擇電機與減速機的共殼體方案，電機控制器做為單獨的模組與電機殼體共享連線埠，進行銅排直連；

2、電機控制器作為通用模組可以應用與四種不同的產品型號中；

3、轉子運用空心軸技術，在輕量化的同時還能被充分冷卻；

4、最大的亮點無疑是對交流非同步電機無處不在的充分冷卻，水路先後經過電機控制器、軸承座板、轉子軸、定子外殼、對面的軸承座板後流出到散熱器；

5、大量的運用行星排減速器、外外齧合雙星行星排差速器，結構緊湊規整；

6、奧迪在後軸雙電機方案上採用的電子差速器代替機械差速器，提高了傳動效率，降低了硬體成本。

吉凱恩三合一電驅爆炸圖

賓士EQ3的電驅爆炸圖

這二者的方案，與國內流行的三合一方案高度一致，巨一、上汽、精進等都有類似電驅總成產品。

目前，大多動力總成搭載的都是單速比的減速器，在某些工況電機不能在經濟區工作，導致系統能耗高，續駛里程低。2擋以上的變速箱則能很好的解決這一問題，並提供更加可觀的動力性表現。

EV兩擋方案的技術路線

總結一下未來整合的可能趨勢

多套熱管理系統整合；

大規模集拓撲電路整合；

多功能複合結構設計，工藝整合；

減少物理性連線，降低成本；

汽車智慧化，部分機械部件被取消，如機械差速器。

。。。 。。。

免責宣告

：以上觀點僅代表作者個人看法，與本平臺無關，圖片均來源於網路，如有侵權請於30日內聯絡平臺刪除或者商討版權授權事宜。

掃描二維碼，關注本公眾號