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電驅(qū)動橋系統(tǒng)行業(yè)未來將迎來怎么樣的巨變?

SAE International ? 來源:未知 ? 作者:工程師郭婷 ? 2018-09-03 14:30 ? 次閱讀
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隨著全球二氧化碳排放標準的日益嚴格,并且世界上一些人口最密集的城市亟需解決用車需求問題,電驅(qū)動橋產(chǎn)品將迎來發(fā)展的黃金時期。目前,由于全電動車型仍處于醞釀階段,因此電動驅(qū)動橋看上去是一個將當前車型電動化的理想選擇。

電驅(qū)動橋系統(tǒng)也稱為電動全輪驅(qū)動系統(tǒng)(eAWD),指的是一種裝在一個車橋結(jié)構(gòu)中的機電系統(tǒng),其中包含一個電機、動力電子元件和一種相當于變速箱或差速器的裝置。與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(ICE)或混合動力系統(tǒng)聯(lián)合工作時,該系統(tǒng)能夠為原本沒有電力驅(qū)動的車橋增添電驅(qū)動力,因此被稱為eAWD系統(tǒng)。


隨著越來越多的城市設(shè)立了專門的零排放區(qū),零排放車輛的重要性與日俱增。沃爾沃XC90 T8插電式混合動力SUV采用了eAWD系統(tǒng)(電驅(qū)動后橋系統(tǒng)由GKN集團所提供),并配有10.4 kwh電池。這一車型在EPA標準下的純電續(xù)航里程可達19英里。(圖片來源:GKN集團;沃爾沃)

通過將電子組件、電機與差速器集成為一體,電驅(qū)動橋系統(tǒng)可以提升各種級別汽車的封裝靈活性、電氣化程度以及性能,起到了出色的整合作用。由于幾乎所有交通領(lǐng)域都必須采取一定形式的電氣化,以滿足二氧化碳排放限值,因此電驅(qū)動橋這一創(chuàng)新設(shè)備一下變得炙手可熱起來。

然而一位一級供應(yīng)商直接表示:“我們簡直要忙壞了?!?/p>

幾位接受本文作者采訪的工程師們均表示,電驅(qū)動橋較強的適應(yīng)性帶動了整個技術(shù)的快速發(fā)展。不過,許多一級供應(yīng)商們也逐漸發(fā)現(xiàn)“模塊化”不等于“插件”。對供應(yīng)商而言,人們最感興趣的模塊化技術(shù),同樣增加了技術(shù)迭代的難度,也帶來了系統(tǒng)集成方面的新挑戰(zhàn)。

Dana公司推出的新型eS5700r 電驅(qū)動橋系統(tǒng),能夠直接取代現(xiàn)有的中型卡車與公交車懸架。安裝有該款電驅(qū)動橋系統(tǒng)的新款東風卡車于近期正式在中國投入運營。本電驅(qū)動橋系統(tǒng)由液冷電機、逆變器、盤式制動器構(gòu)成,并且僅重673磅(305千克)。(圖片來源:Dana公司)

電驅(qū)動橋背后的推動力

盡管某些地區(qū)的市場因政治問題而出現(xiàn)動蕩,但二氧化碳排放標準的嚴格化,是全球的普遍趨勢。最近,一些主要城市的零排放區(qū)正在制定各項舉措,以推動純電動車的普及。而電驅(qū)動橋是一種可以同時解決多個問題的理想部件。

德納(Dana)公司電氣化與混合動力部門高級主管Michael Lembke表示,二氧化碳排放標準是推動汽車電氣化的最主要原因,不過“各個國家的標準都不一樣”。中國的影響力非常大,因為它強制規(guī)定了電動汽車的比例。Lembke指出:“中國不僅規(guī)定了車隊的二氧化碳排放限值,它還規(guī)定在OEM生產(chǎn)的汽車中,必須有8%采用動力電池?!?/p>

盡管中國近期出臺的法規(guī)會推動電驅(qū)動橋應(yīng)用的普及,但其他市場上更有可能出現(xiàn)電動汽車的需求上升。

吉凱恩傳動系統(tǒng)公司(GKN Driveline)高級工程副總裁Theo Gassmann表示:“我們在中國的業(yè)務(wù)將在未來幾年中高速增長。但歐洲與美國也不落后,所有頂尖OEM都在加大對電動車及插電式混合動力汽車的研發(fā)與投資力度。二氧化碳減排計劃的出臺、當?shù)匚廴締栴}的加重以及零排放區(qū)的設(shè)立,都大大推動了各地區(qū)的電氣化發(fā)展。”

據(jù)IHS Markit 市場調(diào)研公司汽車技術(shù)領(lǐng)域首席分析師Graham Evans稱,電驅(qū)動橋行業(yè)將迎來顯著增長,并指出:“我們預(yù)測,2017-2023年,輕型車用電驅(qū)動前橋的復合年均增長率將達到35%,后橋?qū)⑦_到46%?!?/p>

根據(jù)IHS 公司的預(yù)測,電驅(qū)動前橋系統(tǒng)的產(chǎn)量將從2017年的75萬臺增長到2023年的450臺以上,而同時,電驅(qū)后橋/全輪驅(qū)系統(tǒng)的產(chǎn)量也將分別從32萬臺/11萬臺增長到300萬臺/250萬臺。而隨著零排放區(qū)在全球主要城市及地區(qū)的設(shè)立,電驅(qū)動橋產(chǎn)品的商業(yè)應(yīng)用將使其產(chǎn)量進一步高于預(yù)期。

Dana公司輕型車工程副總裁Seth Metzger表示:“如果我們只考慮商業(yè)領(lǐng)域,城市內(nèi)使用的工作車輛和配送車輛是需要全電動的。而那些來往于城市間的車輛在進城后需要在一段時間內(nèi)切換為純電模式。”

麥格納動力總成系統(tǒng)公司所提供的eDrive電驅(qū)動橋系統(tǒng)由變速箱、電機與逆變器構(gòu)成。圖中顯示的中置電驅(qū)動橋系統(tǒng)能提供高達3800 N·m的扭矩,可用于混合動力汽車與純電動汽車。(圖片來源:麥格納)

快速迭代與成本問題

對于汽車制造商們而言,幸運的是,電驅(qū)動橋產(chǎn)品能夠適應(yīng)現(xiàn)有的汽車結(jié)構(gòu),幫助解決上述汽車二氧化碳排放方面的問題。來自Dana公司的Lembke解釋說:“由于時間緊迫,現(xiàn)在很多OEM們都要求在他們現(xiàn)有汽車結(jié)構(gòu)(包括發(fā)動機、變速箱、傳動軸、排氣系統(tǒng)與油箱)的基礎(chǔ)上,直接安裝一個eAWD系統(tǒng)。”

極強的適應(yīng)性,是電驅(qū)動橋技術(shù)廣受歡迎的主要原因。麥格納動力總成系統(tǒng)公司(Magna Powertrain)產(chǎn)品管理與傳動系統(tǒng)部門全球主管Walter Sackl解釋說:“很多的汽車制造商在生產(chǎn)汽車時,都已經(jīng)形成了自己固有的汽車平臺與汽車結(jié)構(gòu),而采用電驅(qū)動橋部件后,我們能將原有的汽車結(jié)構(gòu)直接轉(zhuǎn)化為混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。并且,電驅(qū)動橋的尺寸往往可以輕松地裝進普通汽車?!?/p>

電驅(qū)動橋技術(shù)發(fā)展迅速,它的應(yīng)用還使得是原有汽車平臺的安裝工作相較于幾年前變得更為方便。GKN集團的Gassmann解釋說:“每一款新的電驅(qū)動橋產(chǎn)品都會增添新的特征,并且集成度也更高、布置更為緊密,也更為先進。最開始的電驅(qū)動橋有多個組成部分:一臺與變速箱相連的電機,一臺位于后備箱的逆變器,所有部件都由電纜連接。而現(xiàn)在的系統(tǒng)整合程度很高,逆變器、電機和變速箱基本整合在一起,組成一個完整的部件?!?/p>

任何新的系統(tǒng)在投入運營時都會遇到一定的工程挑戰(zhàn),電驅(qū)動橋系統(tǒng)也不例外。電驅(qū)動橋系統(tǒng)在推出時遇到的最大的一個挑戰(zhàn)在于,由于推動電動車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的是二氧化碳排放法規(guī),而非消費者需求,因此OEM難以從電動車市場中獲利。

Dana 公司的Metzger表示:“高昂的成本是制約電動車發(fā)展的一大障礙。許多OEM都坦言,純電動車難以獲利。但隨著電驅(qū)動橋產(chǎn)量的增加,市場份額也會提升,并相應(yīng)帶動電池、電機與逆變器成本的下降。這些部件的成本最后都會降低,因為OEM必須獲利才能生存。”

要想降低成本,除了提升電驅(qū)動橋的產(chǎn)量外,還需要降低原材料的價格壓力。IHS Markit公司的Evans表示:“電驅(qū)動橋是電動車中第二昂貴的部件,而鑒于目前激烈的市場競爭,單位成本應(yīng)該很快就會下降了?!?/p>

Evans指出,電機使用的稀土金屬原料是導致價格居高不下的主要原因。不過他也表示,“現(xiàn)在已經(jīng)有很多公司開始開發(fā)無稀土電機,這樣供應(yīng)鏈上的這一限制將不復存在,也不會阻礙技術(shù)發(fā)展了。”

除了成本方面的挑戰(zhàn)外,所有接受《汽車工程》雜志采訪的供應(yīng)商們都指出,噪聲、振動與不平順性(NVH)問題也是電動汽車所面臨的一個新挑戰(zhàn)。

ZF電動交通部門驅(qū)動橋系統(tǒng)產(chǎn)品/項目管理主管MichaelWetzel 指出:“由于電動車很安靜,因此只要汽車傳動裝置、電子元件以及電機發(fā)出一點噪音,你就能聽得很清楚。而電動車的部件布置又較為緊密,功率重量比較高,因此難以同時采用所有的NVH對策?!?/p>

要從系統(tǒng)層面上解決NVH問題,就需要先進的仿真模擬工具加以輔助。GKN的Gassmann解釋說:“從一開始,你就要牢記系統(tǒng)中每個部件以及這些部件的組合方式。然后,你需要確?;静考囟紲蚀_地布置到位,這樣才能保證汽車無噪聲地高效運行。這其中最關(guān)鍵的就是要選擇合適的潤滑油與軸承,也就是說要采用先進的潤滑技術(shù),以盡可能減少發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中的摩擦損失?!?/p>

電驅(qū)動橋系統(tǒng)輸入轉(zhuǎn)速較高也是造成電動車NVH問題難解決的原因之一。一般高性能內(nèi)燃機的最高轉(zhuǎn)速只能達到8000 rpm,而相比之下,新一代電驅(qū)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速可達20000 rmp。Gassmann表示:“它和傳統(tǒng)系統(tǒng)截然不同,同時也帶來了艱巨的NVH難題?!?/p>

電驅(qū)動橋系統(tǒng)推廣所面臨的另一大挑戰(zhàn)在于系統(tǒng)布置形式的復雜性。來自Magna動力總成系統(tǒng)公司的Sackl表示:“傳統(tǒng)內(nèi)燃機總共只有六種布置方式,比如前橫置發(fā)動機前輪驅(qū)動,前縱置發(fā)動機后輪驅(qū)動等等。而電驅(qū)動橋系統(tǒng)的布置形式則復雜得多,可能會產(chǎn)生42種甚至更多的布置形式?!?/p>

ZF研發(fā)的新型完全集成式電驅(qū)動橋系統(tǒng)將于2018年底前交由一家歐洲制造商進行量產(chǎn)。(圖片來源:ZF)

OEM與供應(yīng)商合作,加強系統(tǒng)集成

在此之前,零部件供應(yīng)商主要專注于零部件的機械制造,而現(xiàn)在則需要與OEM客戶們共同合作,以應(yīng)對集成系統(tǒng)、尤其是集成系統(tǒng)軟件研發(fā)制造方面的挑戰(zhàn)。

Gassmann也承認說:“OEM們現(xiàn)在開始同一級供應(yīng)商合作,致力于集成式電驅(qū)系統(tǒng)的開發(fā)。這對我們供應(yīng)商而言既是巨大的機遇,也是巨大的挑戰(zhàn)。不過這也意味著我們供應(yīng)商需要做出重大的轉(zhuǎn)變,因為我們原先主攻的是機械零部件的整合,以及變速箱的制造等等,但現(xiàn)在我們卻需要擔負起整個系統(tǒng)集成的工作?!?/p>

麥格納的Sackl 表示:“過去是機械部件決定汽車的功能,而現(xiàn)在我們開始重點研發(fā)制造像電控離合器這樣的電子組件。因此,我們需要在現(xiàn)有汽車結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上再加入控制軟件,這使得整個系統(tǒng)部件的生產(chǎn)流程變得復雜起來?!?/p>

Sackl繼續(xù)解釋說:“同以往相比,一級供應(yīng)商所提供的產(chǎn)品的范圍也在不斷擴大?,F(xiàn)在,我們所供應(yīng)的大部分都是軟件類的部件產(chǎn)品,并且軟件類部件研發(fā)的工程人員,也已經(jīng)占到了我們工程人員總數(shù)的近一半之多。”

48伏電氣系統(tǒng) vs. 高壓電氣系統(tǒng)

48伏電驅(qū)動橋系統(tǒng)的應(yīng)用前景如何?我們采訪的大部分供應(yīng)商都表示,雖然許多新型舒適性技術(shù)與底盤技術(shù)的運行仍需要48伏系統(tǒng)的支持,但未來的電驅(qū)系統(tǒng)卻需要更高的電壓支撐。麥格納的Sackl解釋說:“48伏系統(tǒng)最主要的功能是向汽車的其它系統(tǒng)供電,但高壓電氣系統(tǒng)的主要功能則是為汽車提供動力?!?/p>

ZF的Wetzel對此表示贊同,他指出:“我們目前提供的大部分電驅(qū)動橋產(chǎn)品都是與高壓電氣系統(tǒng)相兼容的,因為這一系統(tǒng)下電驅(qū)動橋產(chǎn)品的輸出功率可達50 kw及以上,這為用戶在內(nèi)城區(qū)駕駛純電動車提供了可能。”

GKN的Gassmann也表示:“我們認為48伏電驅(qū)動橋系統(tǒng)的市場前景并不大,因為這一系統(tǒng)所能提供的扭矩很有限。如果你想在市中心駕駛電動車,并且想讓汽車保持足夠的扭矩、毫不費力地駛過路緣或是爬上停車場的斜坡,那么汽車只能以低速行駛?!?/p>

“但如果你更注重于二氧化碳減排目標的實現(xiàn),那么就需要確保電動車能夠高速行駛,否則就發(fā)揮不了電動車的二氧化碳減排能力以及電驅(qū)動橋在提升汽車驅(qū)動性能方面的優(yōu)勢了。因此,要實現(xiàn)這一目標,就必須增加整個混合動力系統(tǒng)的設(shè)計成本,將傳統(tǒng)的變速箱升級為雙速變速箱,但這就又與原先的48伏低成本混合動力驅(qū)動橋系統(tǒng)的設(shè)計原則相違背了。”Gassmann繼續(xù)解釋道。

GKN推出的新型eTwinsterX電驅(qū)動橋系統(tǒng)擁有獨特的同軸特性,這大大減小了系統(tǒng)空間。該系統(tǒng)最大輸出功率達120kw(161hp),最大扭矩達210 N·m(155 lb· ft),并同時配置有雙速變速箱與扭矩質(zhì)量分配功能。(圖片來源:GKN)

汽車動力學與二氧化碳減排

作為零部件供應(yīng)商,最重要的是生產(chǎn)出客戶想要的產(chǎn)品,而不應(yīng)只是一味專注于提高產(chǎn)品的效率。將電驅(qū)動橋系統(tǒng)添加到現(xiàn)有汽車平臺中,除了能減少汽車二氧化碳的排放量、減小ICE的尺寸外,更為重要的是是能夠增提升車輛的性能。

GKN的Gassmann 指出:“雖然電驅(qū)動橋行業(yè)的發(fā)展必然會對機械式全輪驅(qū)動系統(tǒng)的市場造成一定的沖擊,但這不代表我們有所損失。相反,我們還獲利了,因為電驅(qū)動橋系統(tǒng)的價值遠高于機械式全輪驅(qū)動系統(tǒng)?!?/p>

Dana公司的Metzger表示:“大部分向我們詢問高性能系統(tǒng)報價的客戶都會問及汽車的扭矩矢量分配功能。從這里就可以看出,雖然燃油經(jīng)濟性是一個方面,但很多客戶所關(guān)注的已不僅僅是汽車的燃油經(jīng)濟性這么簡單,而是更注重汽車的整體性能以及駕駛樂趣?!?/p>

麥格納的Sackl也表示:“我們的主要目標是實現(xiàn)汽車動力學性能以及減排能力的提升,二者缺一不可。最終,我們將以增加客戶駕駛樂趣為主攻方向,提升汽車動力學性能,讓客戶真正享受到駕駛的樂趣?!?/p>

電驅(qū)動橋行業(yè)迎來快速發(fā)展期

無論最終推動電動車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的是排放法規(guī),還是消費者需求,電驅(qū)動橋行業(yè)都將迎來重大變化。。

Dana公司的Lembke 表示:“看看過去5年中電氣化行業(yè)發(fā)生的改變就知道,電氣化行業(yè)正經(jīng)歷著內(nèi)燃機與變速箱過去25年中所經(jīng)歷的變革。每個月都有OEM宣布:‘到X年,我們混合動力汽車或純電動汽車的生產(chǎn)量將達到……’。尤其是在中國以外的地區(qū),這樣的現(xiàn)象每周都有發(fā)生?!?/p>

GKN傳動系統(tǒng)部門的客戶與項目工程副總裁StevenLaChance表示:“有了全輪驅(qū)動技術(shù)后,我們解決了很多系統(tǒng)集成方面的問題,這很棒。但電驅(qū)動橋技術(shù)更讓人振奮,屬于工程師們的激動人心的時代終于到來了。”

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原文標題:電驅(qū)動橋系統(tǒng) 或加快電氣化進程

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    前沿技術(shù),電子行業(yè)不僅見證了人類智慧的結(jié)晶,更深刻地影響著每一個人的生活與工作方式。本文探討電子行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、技術(shù)趨勢以及未來展望,揭示這一行業(yè)
    的頭像 發(fā)表于 11-23 16:22 ?2192次閱讀

    什么是換系統(tǒng)?驅(qū)動電動汽車未來的“能源驛站”

    的良好補充,具備廣闊的中長期發(fā)展前景。 如今,換電站建設(shè)和運營商,負責換電站的搭建和運營,面向市場提供換服務(wù)。其中, 換系統(tǒng)是換電站的核心。 圖片來源:蔚來 那么,到底什么是 “換
    的頭像 發(fā)表于 11-15 09:19 ?1281次閱讀
    什么是換<b class='flag-5'>電</b><b class='flag-5'>系統(tǒng)</b>?<b class='flag-5'>驅(qū)動</b>電動汽車<b class='flag-5'>未來</b>的“能源驛站”

    額定電源電壓為42V+兩個H驅(qū)動器的雙電機驅(qū)動芯片-SS6810R

    電機驅(qū)動芯片 - SS6810R是一個有兩個h驅(qū)動器的雙電機驅(qū)動器。該設(shè)備的額定電源電壓為42V。輸入接口采用palaa-in
    的頭像 發(fā)表于 11-12 09:46 ?784次閱讀
    額定電源電壓為42V+兩個H<b class='flag-5'>橋</b><b class='flag-5'>驅(qū)動</b>器的雙<b class='flag-5'>橋</b>電機<b class='flag-5'>驅(qū)動</b>芯片-SS6810R

    直流馬達驅(qū)動、低壓、大電流、單全驅(qū)動-瑞盟MS31211

    產(chǎn)品簡述 MS31211 是一款低壓、大電流、單全驅(qū)動。它可應(yīng)用于低電壓及電池供電的運動控制場合,并且內(nèi)置電荷泵來提供內(nèi)部功率 NMOS 所需的柵驅(qū)動電壓。 MS31211 可以提供最高 3.2A
    發(fā)表于 10-19 15:30