采埃孚-适用于轻型和中型卡车和面包车的电驱动桥（EBEAM）系统

采埃孚是一家全球技术公司，为乘用车，商用车和工业技术提供驱动系统。采埃孚允许车辆在车辆运动控制，集成安全，自动驾驶和电动移动四个技术领域进行观察，思考和行动。我们很自豪地为各种车辆类型提供电动化驱动系统选型，这就是我今天在这里谈论的内容。

图1.采埃孚在四个技术领域塑造未来

图2.由内部组件和子系统构建的集成系统

EVD已经生产了几年，采埃孚在混合传动方面拥有多年的经验。到目前为止，采埃孚已经生产了200多万台电动马达，结合我们在车辆传动系方面数十年的经验，我们在开发和生产完整的电子驱动系统方面拥有无与伦比的经验。我们的垂直集成意味着子系统和部件，如逆变器，电动机和减速齿轮组，都在内部开发和生产。

采埃孚继续进一步开发我们的模块化电气套件。这允许客户“混合和匹配”以构建满足其要求的系统，同时在开发工作和规模经济方面实现协同增效。为我们的客户和供应商带来好处。

图3.套件方法对于确保竞争力至关重要

例如：对于800V系统，客户可以在硅或碳化硅逆变器，几种电动马达尺寸之间进行选择，将其与包括选择差分的传输架构相结合，并在需要时添加停车锁或断开连接。采埃孚软件可以控制该系统。但作为我们商业模式的一部分，我们也愿意集成第三方逆变器或电动机，或者如果客户喜欢，则构建复 制的第三方子系统。

采埃孚在开发和生产适用于中型SUV和汽车的电动三合一轴驱动系统方面拥有多年的经验。由于这些车辆的重量增加和不同的工作周期，皮卡的电气化带来了新的挑战。虽然已经引入了几种半吨皮卡，使用独立的后悬架与三合一电动驱动单元相结合，但具有较高有效载荷能力的卡车确实需要横梁轴以满足负载和坚固性要求。此外，高车辆重量和对牵引能力的需求需要明显高于其他车辆段的轴扭矩。在带有单驱动轴的高清卡车中，最高可达15,000牛米。对功率和扭矩的高需求将已建立的400V系统推向其技术极限，并且可在电路板上使用800V用于EBEAM应用。根据车辆用例，单速变速器是不够的，需要多速变速器，但增加了系统复杂性，重量和成本。

车辆中的可用空间也不确定。目前正在确定重型皮卡的电气化策略，车辆架构尚未最终确定。此外，电池可能需要车辆中的更多空间，而不是通过拆卸内燃发动机驱动线来释放。这使得整个电驱动桥系统设计非常具有挑战性。

考虑到较重的动力总成系统正在从车辆上移除，通过添加3合1电子驱动单元来增加后车轴系统的净重并不显着。但重量直接增加到了簧下质量，对车辆操控性和乘坐质量会产生负面影响。

采埃孚为电驱动桥的驱动单元的架构考虑了两种不同的设计概念：

同轴设计：电动机与驱动轴成直线，从而产生靠近输出轴的重心。集成减速机传动可以采用分层或行星式设计（参见下一章）。外壳包括两侧的盖子和中心外壳单元，所有软管部件均由铝制成。

同轴设计的执行需要驱动轴穿过电动机的中心。根据指定的轴扭矩，所需的驱动轴直径并不总是允许这样做或需要特殊的电动马达轴设计。图中显示了集成逆变器，位于车轴的后部。

偏移设计的名称来源于电动机在系统中的位置：电动机以径向偏移的方式定位，通常位于车轴的前部。与同轴概念相比，其主要优点通常是中心驱动单元的轴向长度减小。

车轴和电动马达外壳是分开的。车轴外壳由铸铁制成，并为车轴管提供与同轴概念相同的标准接口。电动马达外壳由铝制成。

该概念允许更多的制造灵活性，因为驱动单元可以在单独的装配线上组装在变速器外壳中，而车轴外壳具有压制和焊接管，遵循索尔兹伯里车轴式装配概念。

车辆空间要求决定了同轴或偏移设计是首选的解决方案。

图4.偏移与同轴：两个具有不同优势的概念

使用单速传动时，分层设计是集成减速机传动的最佳合适方法。分层设计适用于同轴和偏移概念。

如果车辆包装不允许由分层设计引起的驱动单元外壳的径向延伸，则行星传动装置是一种选择。行星设计与集成差速器相结合具有更多优势。ZF的INDI概念正在朝着这个方向发展。

图5.行星与轴：减速机传动的各种概念选项

皮卡电气化的挑战直接适用于电动马达。对高扭矩（>800 Nm）和功率（>350 kW）的需求导致800V是更合适的解决方案，因为400V电机需要非常高的电流才能满足性能要求

车辆中安装空间的限制定义了电机直径和轴向长度的约束。采埃孚考虑两种不同的电动机直径足以满足广泛范围的皮卡的功率和扭矩需求：220 mm和280 mm（定子外径）。

最大电动机速度不应超过约20,000转/分。否则，减速器传动比变得非常高并且可能需要超过2个阶段，这将导致效率损失。

采埃孚使用永磁同步机(PSM)进行EBEAM应用，使用最先进的发夹绕组和定子和转子的油冷却。

图6.尽管受封装限制，但功率和扭矩都很高

由于效率对于具有高功率消耗的重型卡车非常重要，采埃孚决定在其电驱动桥（EBEAM）系统中使用800V SiC逆变器。采埃孚的模块化逆变器产品路线图不仅可以在不同的芯片材料，即Si或SiC之间进行选择，还可以在不同的电源模块之间进行选择。使用DDP（双离散平台），可以使用不同功率额定值的电源模块，并允许根据它们集成的相应电驱动桥系统的需求定制逆变器。

采埃孚的DualSemi技术允许在同一逆变器中使用不同材料（例如Si和SiC）的芯片，从而平衡逆变器的成本和效率。

跨车辆应用共享控制板和软件实现了积极影响生产成本和开发时间的协同效应。

采埃孚的逆变器能够完全集成到车轴的驱动单元中，并承受它们从车轴暴露的冲击。逆变器集成使逆变器和电动机之间的高压连接电缆过时。它还降低了车辆制造的复杂性，因为它简化了材料处理和安装过程。但是，如果由车辆空间所限或有其他驱动要求，则可以将逆变器安装在远离电驱动桥的位置并通过高压电缆连接。

图7.可扩展的800V SiC技术对大功率卡车应用至关重要

采埃孚开发并制造了功能性电驱动桥原型，用于概念验证和从车内测试中收集数据。原型设计为同轴系统。它包括以下子系统：

• 310 mm PSM电动马达

• 峰值功率为300 kW 

• 800V

• 480臂，集成SiC逆变器

• 1速，2级，减速机传动

• 采用分层设计

• 开式差速器

• 其他子系统，如限滑差速器

• 断开单元

停车锁和后轮转向被故意留下以加快原型制作过程。这些将包含在未来的原型中。由于开发工期原因，选择了310毫米电动马达。未来的原型将包括更小，更强大的电机。轴管和车轮集线器是选择用于集成到采埃孚演示卡车中的结转生产部件。

图8.功率为300kW，足以驱动重型皮卡

测试台上的验证和性能测试部分完成，到目前为止显示出非常好的结果：

效率测试显示系统峰值值为95%及更高。模拟连续上坡拖车拖曳事件评估热能力。油温不超过100℃大关。最大扭矩和3G垂直加载的强度测试成功完成，故障测试符合模拟。基于假设工作周期的耐久性测试仍在进行中。第一次NVH测量显示的结果低于零至最大值之间的内部验收标准。车辆速度。通过物理负载接触模式确认负载下的模拟齿轮偏转。

图9.通过模拟和工作台测试成功验证

雪佛兰Silverado HD 2500被选为功能原型车轴的演示车。将内部燃烧传动系和相关部件从车辆上移除，以便为所需的电气基础设施腾出空间。

车架经过改装，可容纳四个高压电池模块。卡车床上又安装了两个模块，总电池容量为210千瓦时。电池是车辆重量显着增加的主要贡献者。电驱动桥本身仅比包括在内的原始车轴重约100公斤（220磅）。

到目前为止，基于模拟的车辆性能与传统燃油车做推动力的车辆相当（详见表）。

图10.车辆中的概念验证

采埃孚推出其电驱动桥（EBEAM），适用于1-6级的皮卡和面包车。提出了单速同轴和偏移设计选项，以满足不同的车辆包装要求。如果需要满足车辆性能要求，将提供多速变速器。采埃孚模块化套件的电动机和逆变器在800V和400V的开发时间和成本方面具有规模经济和效益。SiC逆变器技术提供最高水平的效率。

采埃孚电驱动桥是一个三合一系统，结合了采埃孚在电气化和车轴技术方面多年的经验。演示卡车中提供原型系统作为概念验证。

采埃孚将电动机，逆变器和软件与采埃孚横梁轴相结合，推动（皮卡）卡车和面包车进入电动未来。