三合一电驱动系统的集成化设计

电驱动三合一是乘用车入门级的标配，没有三合一很难敲开乘用车厂的大门。下面，我们先看看我们行业的生存环境。

2020年4月，新能源汽车产销分别完成8.0万辆和7.2万辆，环比增长31.6%和9.7%，同比下降22.1%和26.5%,同比降幅较上个月分别收窄34.8个百分点和26.7个百分点。

1-4月，新能源汽车产销均为20. 5万辆，新能源乘用车累计销售15.5万辆，占75.6%的新能源汽车销量市场份额。

可以看到，行业的寒冬正在消逝，随着市场信心的恢复，我们终会沐浴在盛夏的暖阳下。所以，让我们立足于本职工作，看看怎么做三合一电驱动总成吧。

三合一电驱集成化的优势

①适应性：

三合一电驱需要顶层设计，从车型平台上进行规划，这样可以大幅缩短开发周期，并能在较低成本的代价满足不同客户多样化需求。

②低成本：

减少动力内部的高压线数量、连接器等部件，降低总成的质量，节约连接器及线束成本。

③省空间：

在相对尺寸较小的壳体内整合电机、逆变器、减速器及动力传输模块，解放空间、利于整车布置。

④高能效：

减少或缩短逆变器与电机之间的连接配线，降低了连接部位的电力损耗，提升了驱动系统效率。

⑤易维护：

缩减供应商数量；简化主机厂的装配，提高产品合格率。虽然产品复杂，拆装困难，维修不便，但少了多家供应商的推诿扯皮，效率反而高了，所以说更易维护了。

⑥高可靠性：

共壳体及同轴设计极大的提高了整机的NVH性能，从而提高了总成的可靠性。

三合一电驱集成化的劣势

①高转速带来的NVH挑战；

②冷却概念和轴承寿命；

③EMC复杂性提高；

④跨部门零部件开发协同难度增加等。

三合一的主要构型常见的如上图这几种，其中国内比较流行的是第一种和第五种。

平台化设计

做三合一，必须有顶层设计的理念，从车型平台上进行规划，这样才能延长产品的生命周期，降低整车开发费用。

模块化设计

根据车型规划的动力性需求，奥迪e-tron电驱系统采用了模块化的开发策略，各个模块排列组合，获得了丰富的产品线，不仅研发进度快，还节约了开发成本，为模块化开发做出了完美的诠释。

上面是系统级的模块设计，下面介绍的是整车级的模块设计，来自ZF公司的电驱桥模块。

三合一壳体集成化设计路线示例

宝马第五代电驱系统做到了电机、电控、减速器共壳体的设计，是目前最为热衷的方案之一。我们举例看下各种技术方案的演化过程。

从方案⑧中可知，在部件产品力未经充分验证的情况下，贸然集成反而会因系统故障率高而丢掉所有集成化带来的经济效益，正所谓过犹不及，适可而止。所以，集成要看自己所能掌控技术和设备能否满足设计需要，适合的才是最好的。我最初工作的单位，做了三种车型的AMT，最终都倒在了耐久性试验那关，项目都失败了。

总结一下三合一的设计技巧或方案

先看看比亚迪是怎么做的：

电机、电控端子直连，取消三相线。降低成本。

电机、电控水道直连，取消水管。降低成本。

电机转子轴和减速器输入轴共用。提高同轴度，减少噪音。

电机壳体和减速器壳体共用。降低成本，提高同轴度，提高装配精度。

总成效果图

方正电机三合一结构设计范例

电机、减速器及控制器三合为一，高度集成化设计；

模块组合化设计，电机、减速器与二合一模块同平台；

简化电机与控制器的高压线缆，连接器等部件；

电机轴与减速器输入轴合为一体，减少轴承支撑；

减速器壳体与电机壳体合为一体，

电机端盖与控制器壳体合为一体；

动力系采用平行式结构；

采用锥齿轮结构差速器；

机械式里程表输出（可选）；

电子驻车机构（可选）；

集成整车控制单元（可选）；

集成电子驻车系统（可选）。

以上两家的产品均已量产，在市场上均取得了不错的口碑，证明结构方案是可行的，具有学习和推广的价值。

接下来，让我们欣赏一下国际大厂奥迪e-tron的电驱产品设计方案：

APA250

AKA320

APA250转子轴水道

奥迪e-tron三合一总结

1、奥迪e-tron的平行轴三合一系统选择电机与减速机的共壳体方案，电机控制器做为单独的模块与电机壳体共享连接端口，进行铜排直连；

2、电机控制器作为通用模块可以应用与四种不同的产品型号中；

3、转子运用空心轴技术，在轻量化的同时还能被充分冷却；

4、最大的亮点无疑是对交流异步电机无处不在的充分冷却，水路先后经过电机控制器、轴承座板、转子轴、定子外壳、对面的轴承座板后流出到散热器；

5、大量的运用行星排减速器、外外啮合双星行星排差速器，结构紧凑规整；

6、奥迪在后轴双电机方案上采用的电子差速器代替机械差速器，提高了传动效率，降低了硬件成本。

吉凯恩三合一电驱爆炸图

奔驰EQ3的电驱爆炸图

这二者的方案，与国内流行的三合一方案高度一致，巨一、上汽、精进等都有类似电驱总成产品。

目前，大多动力总成搭载的都是单速比的减速器，在某些工况电机不能在经济区工作，导致系统能耗高，续驶里程低。2挡以上的变速箱则能很好的解决这一问题，并提供更加可观的动力性表现。

EV两挡方案的技术路线

总结一下未来集成的可能趋势

多套热管理系统集成；

大规模集拓扑电路集成；

多功能复合结构设计，工艺集成；

减少物理性连接，降低成本；

汽车智能化，部分机械部件被取消，如机械差速器。

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