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专家把脉电驱动技术趋势,三合一电桥将是主流

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发布:liuxianglong 来源: 车中大吕
PostTime:18-5-2019 08:27
近来,关于汽车技术发展趋势的大讨论,慢慢露出统一的迹象。汽车电动化的发展趋势大局已定,电驱动系统的技术路线也日渐清晰。

以下为文章全文:(本站微信公共账号:cartech8)


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理不辨不明,事不鉴不清。

近来,关于汽车技术发展趋势的大讨论,慢慢露出统一的迹象。汽车电动化的发展趋势大局已定,电驱动系统的技术路线也日渐清晰。

在4月底刚刚结束的第十一届国际汽车变速器及驱动技术研讨会(TMC 2019)上,电驱动系统技术路线成为最热的话题。梳理中外专家的观点,可以发现,电驱动系统在向高效化、小型化、轻量化的方向快速发展,集成化设计是迎合这种发展趋势的有效途径。集成电机+电控+减速器的“三合一”电桥已开始量产,将电力电子都集成进来的“多合一”已经在路上。然而,专家指出,电驱动系统集成化发展面临很多挑战,过度集成将会带来成本、技术、市场等多方面的难题。

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1、三合一电桥将是近期主流

随着电动汽车的兴起,在燃油车平台上改装电动车的阶段已经成为过去时,为电动汽车打造专属平台成为所有汽车制造商的共同追求。作为电动汽车的核心部件之一,电驱动系统如何布置成为电动汽车平台开发的重中之重。

对此,整车和零部件制造商的目标是相同的,都希望以尽可能少的装配组件的集成化系统来满足市场的各种要求,这促使电驱动桥等高度集成化新品的出现。目前,舍弗勒、GKN、ZF、博世、大陆、美国车桥等企业均已推出了高度集成的电驱动系统,并开始匹配量产车型。

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(Hofer Powertrain柏林分公司电力驱动解决方案主管Hartmut SCHNEEWEISS预测电驱动系统集成化发展的四个阶段)

大陆是电驱动系统集成化的先行者之一,目前大陆在全球市场上推出了第三代的三合一电驱系统。这套系统,今年就将在中国实现量产。正在研发的第四代电驱动产品,也是基于三合一电桥而设计的,并将很快推向市场。

大陆为何对“三合一”情有独钟?大陆集团混合动力电动车业务事业部亚太区总经理曹彦飞表示:“尽管现在有企业在开发五合一、七合一,甚至八合一,但我们认为,基于目前供应链真正的集成能力,电机、逆变器和减速器三合一的电驱动总成是一段时间之内的主流,其余高压部分的多合一可能是比较好的方式。”

“三合一电驱动系统是当前的主流。”这一观点,得到了众多企业专家的认同,包括诺迈士、IAV等工程技术开发公司。

英国诺迈士科技有限公司高级项目经理罗大伟认为:“未来三到五年内,电机和电驱系统的转速预计会到2万转左右的水平,三合一电驱动系统能够满足这个目标。”

“目前三合一将会是主流,为此我们做了很多努力,针对集成化带来的成本压力,IAV通过减少冷却相关部件的数量等措施,来实现成本降低。从2020年到2025年,我们仍然有进一步提升的空间,包括材料的发展、效率的提升、电损耗的降低等,从而使整个三合一电驱动系统变得更高效。”IAV公司资深副总裁Mr.Erik Schneider说。

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(重庆青山吕兵部长给出的电驱动技术发展趋势)

2、集成是把双刃剑,多合一集成挑战大
“看好三合一,看淡多合一。”专家们给出这样的判断,一是基于目前的电动汽车供应链的技术水平,二是因为集成化是把双刃剑,有利也有弊。

采埃孚集团电驱动事业部跨系统集成业务单元亚太区负责人王岳总结了电驱动系统集成化的优势和挑战,如下图所示。集成化的电驱动桥实现了驱动电机、功率控制器、变速器、差速器等部件的全面集成,成本更低、体积更小、效率更高,适用于不同平台的设计和应用,为车辆节省大量空间。当然,集成化的电驱动桥也面临很多挑战,比如高转速带来的NVH问题、冷却难题、功能安全问题、EMC复杂性提高、跨零部件开发协同难度增加等。

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美国车桥公司已经亲身体验了集成式电桥的优点和缺点。据美国车桥亚洲区产品工程高级经理林志鸿介绍,美国车桥在欧洲量产了行星排式同轴的集成式电桥,在零部件的节省、重量的降低等方面,有很明显的效果,但从成本上来讲,遇到了很大的挑战。

“如果不集成的话,各种零部件可以有不同组合,能够灵活的满足不同客户的需求,集成以后,对客户就是一对一的服务,开发费用跟产品批量的关系就需要进行综合的考量。此外,集成化对制造技术和质量控制技术提出了更高的要求,比如电机的油封坏了,整个三合一系统可能都要换掉。”林志鸿说。

罗大伟的观点更加鲜明,“没有必要去追求过度的集成,因为制造、检测和维护的成本都会提高。”他认为,只要电驱动系统的性能和整车匹配就可以了,如果一个为保时捷设计的集成度非常高的电驱动系统,配装到A00的车型上是没有必要的。

电驱动系统集成化发展的制约因素,除了成本,还有整车的技术开放程度。重庆青山工业有限责任公司部长吕兵指出,“电驱动系统的集成,现在主要是电机电控传动部分,后面再发展的话,将是功率元器件的集成,但是要做到整个弱电控制系统的集成需要一定的时间,毕竟中国的整车技术开放程度还不够,一旦高度集成以后,整车所有的核心数据必须对VCU开放,这实现起来比较困难。”

不过,吕兵认为,整个控制系统的集成是未来发展趋势,可能在特斯拉等高端车型上率先实现。
3、电驱动集成化需要解决几大技术难题

 

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(比亚迪工程师翟震对电驱动系统深度集成的预测)

综合TMC2019上的专家观点,未来一段时间,三合一电桥可能会变成一个主流产品,在成为主流产品过程当中,还需要解决各种各样的难题。

首先是设计问题。

从前汽车零部件开发过程中,变速器厂只负责机械部分,电机厂只负责电机部分,逆变器厂商也只负责自己部分,现在要求一个厂家设计、生产三合一集成式电驱动桥,就是设计工程师提出了更高的要求。林志鸿表示:“设计总师要跨领域地综合考虑多种设计要求,包括齿轮箱、电机、电控等,因此,融合的设计技术是将来的方向和挑战。”

不仅仅是产品设计的要求提高了,对三合一电桥的平台设计同样带来了新挑战。一方面,为了降低成本,三合一电桥中的电机、逆变器、控制器等需要具有相应的兼容性和复用性;另一方面,整车厂纷纷开始正向开发电动车型,为电驱动系统预留什么样的安装空间,对零部件供应商带来不同的要求。

“电动汽车市场上这么多玩家,都想让自己平台化、统一化,然后让供应商来适应自己,这是很大的挑战。”曹彦飞认为,“现在一些汽车企业结成联盟,搭建跨整车厂之间的平台,这种方式比较好。

其次是质量问题。

电驱动系统集成化,对整个工艺水平、质量控制水平都提出了很高的要求。“各个部件集成在一起,实际上整个系统的可靠性是下降的。”林志鸿指出。

清华大学教授田光宇也认为:“三合一电驱动桥真正走上市场,必须要考虑可靠性、耐久性等指标,真要达到像现在的手动变速器的质量水准,还有很多工作要做。”

事实上,尽管已有多款三合一电驱动桥上市,但批量都不大,还没有到几十万,几百万的量级,一些质量问题可能还没暴露出来。“一旦发生售后质量问题,召回、报废、改进等,都会增加高额的成本,将给整车厂和电驱动系统供应商带来巨大的挑战。”曹彦飞说。

此外,电驱动桥进行三合一集成后,对NVH、EMC、冷却、效率等性能的控制和提升,都增加了新的难度。这些难题,均是目前汽车零部件供应商和工程开发公司重点攻关的关键技术。

究竟什么才是最好的电驱动系统?讨论再多,可能也难以得出标准答案。对电动汽车来说,适合的就是最好的。“配合不同的目标人群,配合不同的车型,配合企业已有的技术积累和供应链基础,才可能找到最恰当的技术解决方案。”田光宇总结道。

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