技术解读GKN、BOSCH和ZF三合一集成电驱系统（电驱动桥）

电动汽车三合一电驱系统技术是指将电控、电机和减速器集成为一体的技术，随着电动汽车技术的不断演进，集成化设计将无可争辩地成为未来发展的趋势，在这一领域国内厂商也有涉及，国外的GKN、ZF和BOSCH相对走在前列，并已在部分车型上有所应用；本文通过解读具体产品向各位同学介绍技术参数和设计结构，了解其先进之处，更新我们的知识储备，以便日后应用到工作中。

1、GKN吉凯恩（纳铁福）

GKN吉凯恩中国合资企业（纳铁福）将在上海工厂进行最新电驱动桥(eDrive) 技术的生产，将电动机、逆变器和eAxle减速箱置于同一封装空间。



采用轻量化设计的传动部件实现了12.5:1的传动比，该系统可提供高达2000 Nm的转矩和70 kW的功率，足以使车辆在纯电动模式下达到125 km/h的最高速度。

此外，在全轮驱动(AWD)模式下，纯电动模式比传统机械系统的提速能力强很多。整套装置的重量只有20.2 kg且体积较小，长宽高分别为457mm、229mm、259mm，便于在有限空间内安装。

GKN还对齿轮和轴承布置进行了优化，实现更高的效率、更好地NVH性能和耐久性。通过优秀的制造工艺(包括齿轮的低齿隙影响、高性能传输差速器)，以及先进的控制算法，确保了驱动模式从纯电动、混合动力以及雨雪模式之间的顺畅切换。



▲GKN吉凯恩三合一电驱系统（电控+电机+减速器）

GKN吉凯恩电力传动系统结合了成熟的保时捷918 Spyder的和宝马i8的插电式混合动力车和福克斯RS上采用的Twinster扭矩分配系统技术。

尽管电动马达提供瞬时扭矩和极快的加速，但大多数汽车制造商使用的是一个限制最高速度的单速变速箱。尽管特斯拉Model S的最高时速为130英里/小时，但是宝马i8能够以每小时155英里的速度行驶，这要归功于GKN的两速eAxle，它既可以加速，又能提高最高速度。

▲GKN双速三合一电驱系统

埃隆·马斯克(Elon Musk)最近将Model S P85D的最高速度提高到了155英里每小时，3.2秒的冲刺速度达到了60英里每小时，但它仍然采用了单速的固定齿比减速器。但宝马i8使用了一个紧凑的双速变速箱，除了提升最高车速作用明显以外，双速减速器对速度、扭矩的调节，也节省了电机的能量，使其动力输出曲线更加合理，使得续航里程有了明显增加。

2、BOSCH 博世

博世Bosch近日发布了新动力系统e-axle电动轴，使电动轴驱动可提供更佳的续航力。



BOSCH e-axle将3个动力系统零件：马达、电力电子及变速箱合而为一，形成精实的单一机组。由于这些零件具备极高的灵活性，电动轴可安装在油电混合动力车和电动车、小型车、SUV，甚至是轻型卡车上

博世BOSCH eAxle电驱动桥产品系列按照平台设计可实现输出功率从50kW到300kW，扭矩从1000NM到6000NM不同的变型产品。产品输出功率为150kW，扭矩3800NM。



从展示剖面照片和左右特写可以看到左侧为大功率永磁同步电机。

电机上部为电机功率控制逆变器。中间黑色接插件为低压通讯控制信号接插件。右侧橘红色接插件为高压直流母线。从左侧的特写中可以看到电机功率控制逆变器的大功率交流驱动母线已被集成到电机左侧，长度大幅减短。电机的右侧为变速箱（减速齿轮结构）和输出轴。



博世BOSCH电驱动桥特点：

◆高度集成化

博世BOSCH充分利用其完整的产品线，进行高度整合后将动力电机、电机功率控制逆变器和变速箱合三为一。体积上的大幅减少更能支持新能源车型紧凑的动力布局。

◆简化冷却管路和功率驱动线缆

高度集成的另一好处就是电机和逆变器的液冷冷却管路整合而简化了管线布置。模块内部集成大功率交流驱动母线进一步降低了线缆成本。

◆平台化设计灵活适配不同车型

如之前提到的平台化设计，使得不同功率的产品可快速开发并适配于不同车型。



扭矩范围1000~6000牛米
功率范围50~300kW
重量约90kg（e.g。输出功率150kW）
可用于总质量7.5吨以内的车型

三合一电驱系统将原来独立的电机、变速箱和包括逆变器在内的功率电子模块集成到一个外壳当中将使得整个电驱动桥成本更低、体积更小和效率更高。生产成本降低的同时，其体积将降低超过20%。

博世BOSCH在法兰克福车展宣布与Nikola电动卡车合作，率先将其电驱动桥产品应用在重型新能源卡车之中。该车型将配备双电驱动桥，动力电机确定延续至博世BOSCH的SMG(separate motor generator)高性能动力电机并集成入电驱动桥eAxle。

3、ZF三合一电驱系统

采埃孚(ZF)在传动系统电驱化领域的贡献颇丰：采埃孚(ZF)研发的适用于小型和中型轿车的电动车驱动产品，能很好的适应未来的城市交通状况。



其驱动单元安装于车桥中部，最大输出功率为120千瓦，能保证在低速情况下就能输出高扭矩值。并且，其动力电源是与电驱装置集成为一体的。

采埃孚(ZF)推出了全新配置的驱动概念即功能增强版：电源被集成在电驱桥中，输出功率增至120千瓦。轮边电驱动电动扭转梁(eTB)是采埃孚(ZF)研发的另一项电驱技术，它将半独立悬挂系统与传动系统集成为一体，左右轮各拥有一套紧凑的驱动系统，将变速器和电机集成在一个单独的铝制外壳中。



采埃孚(ZF)的电驱模块的核心是一个异步电机，无需使用带钕或镝等稀有元素的接地材料。此外，这样装置还包括了一个结构紧凑的单速比传动机构、动力电源和一套控制程序。

得益于两级减速的传动机构和创新的高转速设计，采埃孚(ZF)电驱系统的转速可达21,000 转/分钟，同时还具备电能转化效率高和性能优异的特点。在车辆刚起步时，电驱系统就可产生17,00 牛·米的扭矩，使车辆可在9 秒内完成百公里加速。该电驱系统的峰值功率为90 千瓦。

对于许多纯电动车来说，电动马达和逆变器共同运行在一个特定行驶工况时会产生一定的能量损失，而采埃孚(ZF)推出的电驱装置则解决了这个问题。采埃孚(ZF)通过对整套电驱系统的性能优化，使得电能转换效率提升6%。这款电驱装置的重量约45 公斤，在同等输出产品中设立了重量标杆，而采埃孚(ZF)还在对此不断研发以进一步提升其输出/重量比。


采埃孚(ZF)采用了全新配置的增强版电驱系统：电动马达的输出功率增至120 千瓦和2,500 牛•米的扭矩。集成化的动力电源是这款装置的一大特点。同时，采埃孚(ZF)也在研发适用于各个输出级别的模块化系统，以更好的满足不同客户和车辆的需求。未来，采埃孚(ZF)的电驱系统将不再仅仅适用于小型车和紧凑型车，而将依托车桥混合动力模块，将产品线进一步拓展到中高级别的前轮驱动轿车。

采埃孚已经开发了轮边电驱动电动扭转梁的原型，其核心系统都已完成调校。轮边电驱动电动扭转梁的核心在于半独立悬挂系统与传动系统的集成：左右轮各拥有一套紧凑的驱动系统，将变速器和电机集成在一个单独的轻量化铝制外壳中。另外，利用多面压合连接技术来实现铝制推力杆与钢制横结构的链接，也是这个项目的另一大亮点设计。


采埃孚的这项创新技术是专为微型车和小型车研发的。其单个电机装置可提供40千瓦的动力，总输出动力为80千瓦。该轮边电驱可与后桥集成一体，拥有高度模块化的机构，并可以实现左右轮不同的扭矩分配。

轮边电驱动电动扭转梁的设计沿袭了采埃孚中央电驱模块的轻量化和高速设计。同时，在场工程师表示，相对轮上电驱装置，轮边电驱的装载方式对车辆的非簧载质量不会产生明显的影响，即轮边电驱相对轮上电驱能抗击震动，带来驾驶平顺性。

▲ZF低地板客车电驱动桥（系统）

（1）传承ZF公交车桥一贯的轻量化设计理念
（2）内置一体式电机设计，高度集成在车桥内部，没有独立的电机外壳
（3）水冷高转速电机与大减速比减速机构的设计，使得电机尺寸更小，系统高效区更宽
（4）在整车设计应用时，不需要传动轴等机械硬连接，经测算重量一般能轻250-500kg


▲ZF电驱系统

轮边电驱动电动扭转梁的集成化设计有效节约了安装空间，电机直接固定在车体上，不再需要额外的机械驱动部件，因此有效释放了车辆中央的装载空间，为汽车制造商们进行个性化的设计提供发挥的空间。这套装置与车身的连接点与传统的车桥系统相似，因而可以轻松实现与现有的技术模块的对接，此外，它也可以匹配传统车型所用的制动系统和标准轮彀尺寸。

▲ZF三合一电驱系统（前置前驱）

4、HONDA本田三合一电驱系统



5、Porsche保时捷

6、Daimler Benz 电动汽车前置前驱三合一电控系统