集成化开发的背景及关键技术

关于汽车产业的发展趋势，在经历了前期新能源汽车的持续推广和不断探索后，目前已经形成了电动化、智能化、网联化和共享化发展的广泛共识。在汽车产业“新四化”发展的浪潮中，车辆的智能化、网联化以及共享化均是建立在实现整车电动化的基础上，电动化的最显著特征便是车辆动力系统的电动化。因此，可以说整车动力系统的电动化是实现汽车产业“新四化”发展的关键和前提。

整车动力系统电动化最显著的特征便是以电池、电机 电控的动力组合取代了传统燃油车中油箱、发动机及复杂的变速传动系统，极大地简化了整车动力系统的复杂程度，同时也更容易实现对整车动力及能量流的管理，实现更高的驱动效率。出于日益严苛的排放法规要求，目前各主流OEM厂商均以推广纯电动汽车作为企业未来的发展重点，各自推出的雄心勃勃的汽车开发计划均以纯电动汽车开发为主。纯电动汽车中，电池、电机及电控组成的三电系统作为车辆的核心，其开发技术难度及成本在整车开发中的占比均超过40%，而纯电动汽车有别于其他形式混合动力驱动类型车辆的根本区别在于其仅以车载电池为动力源，依靠电驱动系统驱动车辆行驶。因此，本文主要就电驱动系统开发的相关问题进行展开。

在新能源汽车发展的前期阶段，由于汽车发展路线不甚明朗且相关技术不够成熟，为了能尽快推出相关的整车产品，市场上大多数的纯电动汽车均是基于燃油车底盘二次开发而来，最终的结局大多以失败而告终。这其中的典型代表如奥迪的e-tron和奔驰的EQC，均酿成了上市半年销量不过千的惨案。油改电纯电动汽车销量在被一众全新架构的纯电动汽车吊打的同时也宣告了其技术路线的失败。在Tesla销量一路狂奔的当口，吸取了油改电失败技术路线的教训，各主机厂均不约而同地开始大力推广其面向下一代汽车打造的基于纯电动架构的整车平台，以期依靠平台和规模优势，缩小其在新能源汽车赛道上落后的距离。

纯电动架构下整车平台的开发主要是围绕电池及电驱动系统进行的底盘架构开发，而电驱动系统的开发则主要是根据纯电动整车平台的架构特点及其布置空间需求，选择合适的驱动系统构型，确定相对应的系统结构和方案，进而完成适合且匹配整车架构需求的驱动系统方案开发。目前，各主流OEM均推出了纯电动架构的整车平台，如大众的MEB、丰田的e-TNGA、通用的BEV3、VOLVO的CMA、BYD的E平台等，其中大众的MEB是的典型代表，承载了大众这家老牌传统汽车巨头对于新能源汽车发展的所有想象，其平台方案架构及布局如图1所示。

图1 MEB平台架构及布局图示

由图1可知，由于纯电动架构底盘中的电池及电驱动系统在空间上相对独立，整车由电池供能，通过电驱动系统带动半轴直接驱动车辆行驶，不存在传统车辆上的中间传动轴，因此在结构和空间布局上赋予了底盘极大的灵活性。同时，电驱动系统的布置方案也呈现出有别于燃油车动力系统布置的特点，这种布置方案的区别转化为具体的设计语言就表现为电驱动系统对应的构型特点，在产品层面则表现为驱动系统对应的结构类型及其零部件采用的技术与方案。以下将主要围绕纯电动架构平台下电驱动系统的布置特点及产品构型、电驱动系统的主流结构以及电驱动系统发展的关键技术进行说明。

一、电驱动系统的布置特点及产品构型

在纯电动架构底盘的开发过程中，由于整车前舱及后舱对驱动系统有不同的布置要求，由此便产生了前/后电驱动系统不同的布置特点。

前驱动系统布置时，需要满足严苛的整车碰撞安全空间要求及小三电、空压机、水泵等搭载件的物理布置空间需求。在整车布置环境下，该空间即可理解为整车分配的前电驱动系统的布置空间，其呈现出的特点表现为高瘦结构，即具有较小的X向尺寸，允许相对有较大尺寸的Z向高度，据此提取出的前驱动系统构型特点可表示为如图2所示结构。

图2 前电驱动系统开发构型图示

后驱动系统布置时，需要确保能够提供足够的整车座舱空间。在整车布置环境下，该空间呈现出的特点表现为矮平结构，即具有较小的Z向尺寸，而X向尺寸要求则相对宽松。据此提取出的后驱动系统构型特点可表示为如图3所示结构。

图3 后电驱动系统开发构型图示

在有限的整车环境下完成电驱动系统的空间布置，同时尽可能地提供较大的车内使用空间，转化为设计语言即是要求电驱动系统尽可能地做到小型化。要实现电驱动系统包含电机、电控小型化的有效途径便是集成化，顾名思义，就是将电机、电控进行集成化开发，尽可能地减少过渡结构连接，缩小冗余空间尺寸，从而取得较小的整机包络尺寸，更有利于进行电驱动系统的整车布置。小型化开发的另一条途径便是高速化，即提高电机转速，减小电机尺寸，辅以减速器进行调速，可以有效降低电驱动系统的包络尺寸；高速化的另一个特点是有利于驱动系统的降本，由于电驱动系统中驱动电机所占的整机成本比重远高于减速器，电机的高速化开发可以通过减小电机尺寸而极大地降低电机的制造成本，从而降低电驱动系统的整体制造成本。因此，集成化和高速化是目前电驱动系统实现小型化和降低成本的最佳选择，其也代表了电驱动系统发展的方向和趋势。

二、电驱动系统集成化开发的主流结构

由上述分析可知，满足纯电架构整车平台的电驱动系统构型可总结为前驱要求瘦高，后驱相对矮平。这种瘦高和矮平的开发语言转化为产品结构可以映射为同轴结构和平行轴结构的电驱动系统构型。目前各主机厂推出的纯电动架构整车平台匹配的电驱动系统均是基于上述的电驱动系统构型理念开发而来。如大众的MEB平台和通用的BEV3平台，分别如图4、图5所示。

图4  MEB平台搭载的电驱动系统

图5  BEV 3平台搭载的电驱动系统

由以上图示可以看出，MEB和BEV 3平台四驱布置方案均采用了前驱同轴、后驱平行轴的驱动系统布局方案。前驱同轴竖直布置方案可以最大程度的减小对整车X向空间的使用，后驱平行轴水平布置方案可以有效降低整车底板高度，确保座舱取得较大使用空间。以下将对MEB平台电驱动系统的结构特点进行详细说明。

1、MEB前驱动系统结构说明

MEB前驱动系统采用同轴结构的三合一系统，垂直布置于底盘前轴。同轴结构可以实现较小的包络边界，垂直布置可以最大程度地减小前驱动系统在X向的布置空间，有利于提升整车内部空间。结构如图6所示：

图6 前驱动系统结构

MEB前驱动系统采用同轴布局结构的三合一方案。电机采用异步感应电机方案，有利于降低成本；减速器采用平行轴布局的偏置式同轴结构，技术上规避了使用行星轮同轴结构，有利于降低齿轴的制造成本；电机控制器机械集成在电机上方，和减速器形成三合一的布局结构。该同轴三合一结构有利于取得系统在X向较小的包络尺寸，可充分保证整车的碰撞缓冲空间尺寸，能有效减小整车前悬长度，有助于提高整车内部空间。该系统的冷却采用了油水集成冷却回路，取消了冷却管路在部件之间的使用，在提高系统的冷却效率和可靠性的同时也能减小整机的包络尺寸。

2、MEB后驱动系统结构说明

MEB后驱动系统采用电机、电控和减速器集成的平行轴三合一结构，水平布置于底盘后轴。该集成形式和布置方式可降低系统的Z向高度尺寸，有利于提高车内座舱空间。后驱动系统结构如图7所示：

图7 后驱动系统结构

MEB后驱动系统电机、减速器的空间布局采用平行轴结构，电机控制器机械集成在电机和减速器上方，形成三合一的布局结构。该结构的优点是有利于取得系统在X向和Z向的最小包络尺寸，便于进行整车布置，提高空间利用率。该系统的冷却采用了集成冷却回路，取消了冷却管路在系统部件之间的使用，提高了冷却系统的可靠性，同时也有助于减小整机的包络尺寸。

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