从高性能车到轻型商用车 —— 马瑞利电桥家族策略
摘要：在电桥的设计与开发领域实现真正的可扩展性和模块化极具挑战。要设计出符合客户需求且具备可扩展性的电桥，需要电机设计、逆变器设计、变速箱设计和软件设计的紧密协同。马瑞利的解决方案是将每个设计模块拆解为多个独立的设计单元，即组件套件。这些组件套件具备的设计特性和接口能力，可覆盖从 A 段乘用车到高性能车及轻型商用车在内的 90% 以上的电桥市场需求。它们将成为马瑞利电桥家族策略的核心，其基于副轴或行星齿轮架构，可适配任意扭矩范围。
关键词：电桥；家族策略；副轴；行星齿轮；电机；逆变器
1 马瑞利斯特拉斯堡电驱事业部介绍
全球领先的汽车供应商马瑞利与传动系统及动力总成解决方案研发、集成和制造供应商庞奇（PUNCH）达成协议，成立一家专注于电桥解决方案的合资企业。两家公司整合各自在电驱系统领域的深厚技术积累，为电动汽车提供集成式系统。
该合资企业由马瑞利持有多数股权，将以系统工程方法打造优化的集成式电桥解决方案，专注于电桥系统的研发与组装，市场目标主要为欧洲和美洲。新成立的企业为马瑞利斯特拉斯堡电驱（法国）有限公司，总部设于法国斯特拉斯堡的庞奇厂区，毗邻欧洲主要整车制造商，厂区内配备生产、原型试制和测试设施。
电桥是电动汽车的核心系统。其中，马瑞利将为电桥提供电机、逆变器及配套软件，庞奇则负责变速箱零部件的研发及制造技术支持。截至目前，马瑞利已生产超过 100 万台逆变器和 150 万台电驱电机。
马瑞利电驱事业部秉持初创企业的思维模式，同时在齿轮组、逆变器和电机的设计、研发及制造领域拥有坚实基础，并依托马瑞利面向客户的合作模式以及与母公司的深度整合，为市场交付全面优化的电桥系统。
图1：马瑞利EPT斯特拉斯堡合资企业
2 方法概述：电桥家族策略的构建思路
2.1 电桥变体的定义
马瑞利的目标是制定一套电桥家族策略，以覆盖 90% 的市场需求。为此，需借鉴汽车变速箱领域的成熟经验，先基于特定架构定义一个核心概念，再衍生出适配不同扭矩区间的多款变体，以此实现市场细分。这些变体的差异仅体现在传递扭矩的机械部件尺寸上。
每个变体保留一定的设计灵活性，尤其针对齿轮部分：通过配备多组齿轮实现不同速比，速比的数量和具体数值将通过市场分析确定。此外，应客户需求，所有变体还可搭载通用设计的附加系统，包括驻车系统、冷却系统、电动泵强制润滑系统，甚至两速变速系统。
图2：电驱桥变体的结构
图 2 展示了某一电桥变体的结构，该变体可适配多种应用场景（即不同特性的车辆），因此需根据车轮所需的最高转速和最大扭矩调整部分系统。电机、逆变器和齿轮需针对各应用场景单独设计，以满足扭矩和功率要求；而轴承、轴类等部件则为同一变体下所有应用场景通用，其设计需按该变体所有应用场景的损伤和应力边界进行校核。这意味着部分应用场景中这些部件会存在设计冗余，但能实现规模经济，且避免同一变体内部零件编号的过度增加。
需说明的是，马瑞利仍将为客户保留灵活性：若客户需达成更高的性能和效率目标，可按需重新调整上述通用部件的设计。最后，所有可在不同应用间互换的零件或系统（如转子轴与变速箱输入轴的连接部件），均会设定标准化接口。
2.2 组件套件的定义
马瑞利实现子总成模块化和可互换性的核心策略，是将电桥的三大核心部件（电机、逆变器、变速箱）拆解为组件套件的组合形式。
组件套件方法基于可适配的模块化解决方案：核心设计参数可在特定范围内调整，以满足客户需求；同时融合不同项目共享的通用技术方案，以及针对个性化需求的定制化部件。这一方法首先能降低成本 —— 缩短研发周期、减少研发投入，通过规模效应优化物料清单成本，并实现柔性制造（同一条产线可生产多个项目产品）；其次能提升灵活性和产品质量，具体体现为缩短产品上市时间（更快提供样件以加速研发）、通过多项目填充产线实现小批量生产，以及依托标准化设计和制造流程提高零件质量。
2.3 组件套件方法在电桥变速箱中的应用
本研究聚焦于电桥变速箱部分的组件策略定义。在详细阐述该策略前，需先概述电机和逆变器的组件套件划分，以明确其与变速箱的整合逻辑。
马瑞利现有及下一代电机基于三种不同定子外径的独立组件：180 毫米（小型组件套件）、210 毫米（中型组件套件）和 244 毫米（大型组件套件）。其中，叠片厚度、槽口位置、可穿入导线的数量和尺寸均可调整，转子磁体的位置与尺寸也遵循同样的设计逻辑。
逆变器方面，马瑞利提供多种电压等级和功率模块技术（IGBT、SiC、GaN），并可根据直流母线、功率模块或 EMI 滤波器的选型进行定制。
接下来需制定变速箱的组件套件策略。电桥变速箱主要分为副轴式和行星齿轮式两类，为简化分析，本文先阐述马瑞利针对副轴式变速箱的策略，行星齿轮架构的相关结论将在后文呈现。
参考变速箱策略的行业通用定义（尤其是横置副轴变速箱），将中心距作为变体的核心特征：基于单一架构进行比例缩放，衍生出 2 款、3 款或 4 款不同尺寸的变体。简言之，变速箱的组件套件即对应一组特定的中心距参数。
图3：电动机、逆变器及变速箱的组件套件策略
3 基于 IHS 数据处理的应用分析
为给不同变体划定合理的市场细分范围，需对现有及未来市场展开研究，这一过程依托 IHS 提供的数据完成。IHS 涵盖了近年来至 2027 年市场上所有车型的技术数据（包括拟搭载的电桥架构、电机功率 / 扭矩 / 转速、电系统电压等），并提供 产量预估。
尽管这些数据详尽且近乎全面，但缺少电桥尺寸设计必需的关键参数：车辆最高车速、整车总重、电桥速比。因此需建立一套计算方法来补全这些数据：
车辆最高车速计算
由车辆总功率（电桥功率，混动车型还需计入传统动力总成功率）和空气动力学特性决定。IHS 提供了功率数据，空气动力学数据则根据车型级别（IHS 已提供），结合马瑞利电驱事业部的工程经验进行估算，并为各级别车型赋予符合实际的空气动力学参数。 电桥速比计算
将电机最高转速（IHS 提供）与车辆最高车速匹配，即可算出电桥速比；同时，需计算马瑞利电机（典型转速 16000 转 / 分钟）适配时的电桥速比，以明确马瑞利的目标市场范围。 电机扭矩计算
最终需计算电机为使车轮达到目标扭矩所需输出的最大扭矩。
表 1 为基于 IHS 车型级别划分的空气动力学参数定义：
4 副轴架构的家族策略定义
为阐释上述方法，本节先聚焦单电桥的副轴架构（即单电机配合差速器将扭矩分配至车轮；与之相对的是双电桥，配备两台电机，各驱动一个车轮）。
4.1 变体的扭矩范围划分
第一步是确定不同变体间的扭矩边界。变速箱尺寸设计的参考扭矩为电桥输出扭矩，与传统汽车变速箱的设计准则一致。
基于 2023 至 2027 年的产量预测，马瑞利将变体划分为：
小型变体
扭矩上限 2500 牛・米； 中型变体
扭矩上限 4500 牛・米； 大型变体
扭矩上限 6000 牛・米。
预计到 2027 年，小型变体对应的电桥市场容量为 6000 万台，中型变体为 4800 万台，市场规模均衡；大型变体定位小众应用，产量相对较小。
若将该逻辑延伸至行星齿轮电桥及无差速器、支持扭矩矢量控制的双电桥，马瑞利将扭矩分段调整为 2500 牛・米、4500 牛・米和 6500 牛・米。
图5：变速箱变型定义
4.2 速比的选择
下一步为每个变体预选多款速比，目标有二：一是储备 “现成” 速比（齿轮齿数后续确定），二是定义代表性应用场景，以便对齿轮、轴承等部件进行耐久性计算。
小型和中型变体各选取四款速比，大型变体因高功率应用中短速比的使用场景极少，仅选取两款代表性速比。
实际应用中，标准化策略下的一款速比（如 10.5）可覆盖理论速比在 10 至 11 之间的电桥需求。需注意的是，马瑞利将为客户保留灵活性，可定制特定速比以优化性能和效率。
图6：小变异体比例选择示例
4.3 与电机的匹配
图 7 展示了按变体、速比和电机峰值扭矩划分的市场细分结果，矩阵中同时呈现了 2023 至 2027 年目标市场的产量数据，最终用于匹配马瑞利组件套件中的电机。
图7：按变体、比率及EM扭矩划分的细分市场
在选择电机前，需先考虑布置约束：
单电桥
为实现紧凑布置，需缩短输入 - 输出距离。若电机直径过大，差速器与电机会发生干涉（更准确地说是二者的壳体壁干涉），因此优先选择小直径电机（典型为 180 毫米级）。 双电桥
无差速器，不存在上述干涉问题，但电桥总宽度成为约束。因此优先选择大直径电机（244 毫米级），以在更短的长度内输出同等扭矩。
图8：封装约束条件
基于上述约束，马瑞利为单电桥制定了电机分配方案：
小型变体：理想适配 180 毫米直径电机； 中型变体：适配 180 毫米或 210 毫米直径电机； 大型变体：适配 210 毫米或 244 毫米直径电机。
电机的长度将根据扭矩需求调整，以避免性能冗余。
图9：电动机（单电轴）的分配
双电桥的电机则仅选用 244 毫米直径的组件套件。
图10：电动马达（双电动轴）的分配
4.4 与逆变器的匹配
逆变器的选型主要依据电压和功率需求，其他因素也可能影响选型，逆变器的应用矩阵可进一步细化。
马瑞利制定了逆变器技术路线图：
400 伏电压等级：低功率场景采用 IGBT 逆变器，高功率场景采用 SiC 逆变器（IGBT 未来或被 GaN 技术替代）； 800 伏电压等级：不再使用 IGBT 技术，由 SiC 或 GaN 逆变器覆盖。
图11：逆变器技术路线图
图12：逆变器（400V）的分配
4.5 变速箱设计：齿轮与轴承
完成上述基础工作后，需开展具体设计，确定中心距、齿轮齿数与模数、轴承尺寸等参数。
图13：变速箱设计
齿轮齿数的选择主要遵循NVH 准则（避免齿轮啮合次数与电机、逆变器产生的频率谐波重叠），同时需确保齿数对应的模数合理且满足应力要求，应力水平和安全系数将通过 Romax 软件进行精准计算。
轴承的初选准则为：峰值扭矩下的接触压力低于 3200 兆帕。
值得注意的是，仅固定输入轴与中间轴、中间轴与输出轴的中心距，这两段中心距构成的结构可像圆规一样开合，从而使输入 - 输出中心距适配各类布置需求。
图14：‘指南针’的灵活性
综上，副轴架构的柔性策略已奠定基础：三款基础变体对应固定中心距，速比可灵活调整；齿轮和轴承尺寸设计的关键准则已确立，可通过 Romax 软件开展详细计算。
5 行星齿轮架构的家族策略定义
上述方法同样适用于行星齿轮架构的电桥。该架构的应用场景多样性较低，因此小型和中型变体各选取三款基础齿轮，大型变体仅选一款。
图15：行星齿轮系的电磁分配
电机方面，行星齿轮电桥仅选用 244 毫米直径的组件套件。原因在于其装配和布置条件与副轴架构不同，电机外径不会与差速器干涉；且大直径电机能为车轮轴穿过电机转子中心预留足够空间，契合同轴架构的设计原理。
目前，行星齿轮架构的齿轮和轴承详细设计正在推进中。
6 结论与展望：行星齿轮组的机遇是否更多？
综上，马瑞利电驱事业部已构建出满足全市场需求的电桥架构，同时兼顾家族策略的约束，实现产品的标准化。
本研究覆盖了副轴和行星齿轮两种架构，但马瑞利认为，结合客户实际的布置约束来看，行星齿轮架构的市场预测产量被低估。行星齿轮组的同轴电桥架构具备显著的布置优势，尤其适用于高扭矩应用场景，因此中型和大型变体的行星齿轮架构需求或出现大幅增长。
图16：行星齿轮组是否提供更多机会？
组件套件定义的下一步工作，是梳理驻车系统、压力润滑系统等按需提供的辅助系统的架构设计。
