盘点商用车电驱动系统及换电重卡电驱方案推荐
电动汽车的发展趋势：电动化、网联化、智能化、共享化。
电驱动系统的发展趋势核心理念：降本增效。落实到具体环节则可分解为如下的关键词：平台化、模块化、集成化、高转速、高效率、低成本、动力性、NVH良好、高可靠性。我们以行业的发展趋势建立推导规则，来共同探讨商用车电驱动技术未来的发展方向。
电驱动系统在车辆平台的布置方式通常有两种：集中式驱动和分布式驱动。集中式驱动也称为中央直驱，本文两种称呼同样承认。
集中式驱动根据电机在整车的位置和方向又可分为：电机纵置直驱、电机横置半轴直驱、整体桥直驱等三种方案。电机→万向传动轴→传统驱动桥总成（主减+差速器+半轴）→车轮。
因为正好适用低速大扭矩的应用环境，传动效率可观，颇受电动公交、客车厂家的青睐，90%的纯电动客车采用此方案。
电机→变速箱→万向传动轴→传统驱动桥总成（主减+差速器+半轴）→车轮。
对于路况复杂或者负载变化大的车型普遍采用此方案，此方案可以最大限度的平衡爬坡度和最高车速的性能需求。此方案适用于几乎所有具有中央驱动桥的商用车型。
电机横置半轴直驱（半独立悬架）是采用乘用车布置方案，电机后置双半轴扭矩输出，电机和减速机悬挂于车架上，属于簧上质量，驱动桥则与车轮相连，属于簧下质量。常见于电动轻型物流车型，重型高功率车辆有少量应用（独立悬架）。为了给电机让位置，车桥变成U型铸铁桥，车身上也要焊接悬置安装点，该方案整车NVH效果好，电池的布置空间相对充裕，轴荷分配合理，缺点是系统复杂，重量大，Ekg值大，能耗高，很难拿到国家补贴，同时，更多的零件导致生产和管理成本高，售后维修困难。 方正电机二合一电驱动系统上海中科深江三合一电驱系统
验证实例：北汽407EV、一汽佳宝V80L纯电动箱式物流车、长安新能源等推出类似车型。整体桥直驱主要有三种形式：平行轴电驱桥、垂直轴电驱桥、同轴电驱桥。平行轴电驱桥：电机与驱动桥呈平行状态布置，电机多偏置。适用于舒适性要求低的物流车型或者专用车型。方案特点：应用的圆柱齿轮使制动能量回收效率提高到90%以上，同时因为取消了万向传动轴及减速器、固定悬置和悬置支架，相比传统电机集中直驱方案，装车成本非常低；传动效率高；速比大，功率密度高；占用空间小，便于动力电池包布置；NVH相比有悬置的方案效果差；簧下重量大且偏置，不利于整车操控性，质心偏置，偶有低频共振现象，不利于产品的可靠性。集成平行轴电驱桥：电机集成多档变速箱再与驱动桥主壳体相连，为重型车辆提供更宽的扭矩范围。电机→变速箱→圆柱齿轮主减速器→差速器→半轴→车轮。
弗迪动力集成式电驱桥通常配置有2挡或4挡手动变速箱来提升整车的动力性和经济性，同时也能降低系统对电机的需求，降低电机的成本。此方案已在比亚迪公司应用于总质量在7.5t、12t的轻卡物流车型上；同时在25t的牵引车、32t的渣土车、16t和32t的环卫车上均有不俗的表现。在集成电驱桥技术方案的推广以及验证上，国内无企业能出比亚迪其右，比亚迪是这一技术忠实的践行者和开拓者，带领国内商用车电驱动系统走出了一条可复 制的成功之路。垂直轴电驱桥：驱动电机与驱动桥以垂直的角度进行连接传动。
方案特点：装车成本低；传动效率比平行轴式驱动桥差；占用整车纵向空间小，便于动力电池包布置；采用双曲面伞齿轮减速方式，速比较小，NVH效果差；系统功率密度低；通常应用于中重型商用车型。同轴电驱桥：电机与驱动桥同轴集成布置，占用空间小，多用于物流车及特种车型，客车车型有少量厂家尝试。承载式电机→行星齿轮主减速器→差速器→半轴→车轮。
供货厂家：采埃孚、弗迪动力、长江新能源、大地和、苏州汇川、东风德纳等。方案特点：节省传动轴、悬置支架等零部件，重量小，装车成本低；传动效率高；占用空间最小，便于动力电池包布置；无质心偏振现象；使用行星齿轮系减速布置速比小，制造难度大，NVH优化难度稍高；电机外壳受扭转力矩，需要额外增加强度，甚至做成铸铁外壳，所以重量大，功率密度一般。轻量化水平甚至低于平行轴式电驱桥。限于电机外径，整车的通过性表现一般。承载式电机→圆柱齿轮主减速器→差速器→半轴→车轮。
方案特点：节省传动轴、悬置支架等零部件，装车成本低；传动效率高；占用空间与平行轴式相仿，便于动力电池包布置；使用圆柱斜齿轮系减速布置速比大，NVH效果好；稍有少量质心偏置，偏振现象不明显；电机外壳受扭转和承载力矩，需要额外增加强度，通常做成铸铁机壳，总成重量大。限于电机外径，整车的通过性表现一般。与燃油车驱动系统结构相同：用驱动电机和减速机替代发动机和变速箱，为了扩大电池组的布置空间，通常会缩减传动轴的尺寸，通过原车驱动桥进行动力传输。③ 占用车辆X向空间大，不利于电池包布置；
④ 因电池靠前布置，轴荷分配不合理，前重后轻；
⑤ 驱动系统轻量化水平不高；
⑥ 应用此种改制方案的商用车辆整车EKg值在0.45左右，不满足国家最新补贴标准（≤0.35）。
⑦ 整车NVH效果优异。
电驱动桥布置方案：
以总重2.35t的电动箱式物流车为例，若应用高速永磁同步电机集成2挡变速箱的驱动桥总成方案装车，与电机中央驱动纵向布置方案相比较，零件减少11种，重量降低约33kg，估算单车装车成本可降低2000多元。
⑨ 整车动力性、经济性、Ekg值等指标均优于前者。
① 整车动力性、经济性、Ekg值等指标均优于前者；分布式轮边驱动系统是将电机布置在车轮的附近，通过减速器的降速增扭后直接与车轮进行扭矩的传输。此方案可满足电动客车轻量化、大通道和全平低地板设计的需求。国内外多个厂家均开发了分布式轮边驱动系统，如采埃孚、弗迪动力、宇通、长江新能源等。方案概述：电机与减速器、传统驱动桥高度集成，释放下底板空间，取消传动轴和差速器，有利于整车轻量化和系统总布置。
电动轮边 电动轮边
优点：一是降低了地板高度，因为两个电机布置在车辆两侧，也就是出现了比较低的地板通道；二是缩短了传动链长度，取消了传统差速器、半轴等，传动效率得以提高。缺点：电子差速的技术门槛高，匹配不好会出现轮胎过度磨损的问题。减速器打齿、漏油情况频发，主轴承磨损严重，耐久性堪忧。
ZF AVE130 轮边电机驱动桥 宇通独立悬架轮边驱动系统
弗迪动力轮边电机桥
根据驱动系统与车架的连接关系，可分为空气悬架式整体桥，独立（或半独立）悬架分体驱动桥。如例图中采埃孚的轮边驱动系统采用的就是空气悬架式整体桥方案，该系统中每个驱动轴的峰值转矩可达20 kN·m，通道宽度可达540mm，该系统适用于大多数12米和18米的公交车，可满足高端纯电动客车低地板需求。应用此技术方案的还有弗迪动力、长江新能源、方盛车桥、汉德车桥、东风德纳等公司。其中弗迪动力（原比亚迪车桥事业部）的轮边电机桥很早就应用到比亚迪K9等电动客车上，是市场上量产最多（装车量6万+），验证最充分的产品。虽然解决了减速器打齿、主轴承严重磨损、频发的漏油情况等技术问题，但电子差速技术不完善导致的轮胎过度磨损的问题依然没有完全解决，目前只能控制到整车电子差速轮胎磨损程度一致，约行驶8~10万公里换轮胎的耐久程度。宇通开发的分布式轮边驱动系统则另辟蹊径，是以高效高速电机、大速比减速器和独立悬架的一体化集成设计为核心，研发出了一款高效分布式独立悬架动力系统，解决了现有纯电动整车整备质量大、动力性弱和续驶里程短等问题。基于该技术开发的12米分布式低地板纯电动客车，整车整备质量低至9020kg，通道宽度680mm，最大爬坡度26%，标准工况电耗0.53kWh/km。
方案概述：电机与轮毂、驱动桥进行高度集成，电机直接驱动车轮进行动力传输，是未来驱动的发展方向。分为外转子轮毂电机和内转子轮毂电机两种结构形式。优点：外转子轮毂电机结构相对简单、传动链条少、效率高；内转子轮毂电机在高转速下运转，故具有较髙的比功率和效率，而且体积小，质量轻，通过减速结构的增矩后，输出转矩大,爬坡性能好，能保证汽车在低速运行时获得较大的平稳转矩。缺点：外转子轮毂电机体积大、重量大；内转子轮毂电机润滑困难，会使行星齿轮减速结构的齿轮磨损较快,使用寿命变短，不易散热，噪声比较大，因此目前暂未有量产产品问世。适用车型：受限于体积和重量，目前量产的外转子轮毂电机仅适用于大型客车、公交车。但随着技术的进步，轮毂电机功率密度的提升和尺寸的减小，未来将适配所有新能源车型。
发展现状：理论上轮毂电机是纯电动汽车电驱系统的最终解决方案，但在纯电动高速发展的10年黄金时间，仍未见其在市场上占据一席之地，让人不禁唏嘘感叹。对于外转子轮毂电机，技术已具备批量化装车的技术可靠性。但目标市场的客车厂应用的的集中直驱方案完全能满足应用需求，在拥有稳定供应链的低成本优势下，轮毂电机的高效率可能带来的运营收益显得过于缥缈和微不足道了。同时，像比亚迪有弗迪动力为其冲锋陷阵，宇通也有智驱科技为其马首是瞻，哪个车厂也不能轻易让自己培养起来的小弟丢了饭碗不是。技术层面，轮边电机桥的差速问题始终未能完美解决，谁也不能保证轮毂电机是否重蹈其覆辙。综上所述，谁也不愿意去投入巨资开发专用平台去试用拥有无数未知的轮毂电机。所以作为独立第三方公司去推动轮毂电机技术是心有余而力不足，那如何破局呢？自请入瓮：使自己变成整车厂的小弟吧，除了那些把性价比做到极致的国际顶尖巨头，没有整车厂大哥罩着的电机厂，随时都有被踢出局的可能。不能忍胯下之辱、夹缝求生，怎能迎来设坛拜帅，君临天下之时？！驱动系统的技术进化以“降本增效”为中心，以零部件进步和系统集成技术的发展为最终实现的两个基本点。电机要实现：高速化、永磁化、高效化、油冷及综合冷却系统的开发应用、低成本、高可靠性、扁线化、轻量化、小型化、耐振性等。电机控制器要实现：低能耗、高可靠性、低成本、高功率密度等。变速箱/减速器要实现：高效率、低噪音、低成本、高可靠性、轻量化、换挡低延迟、小冲击、高效换挡策略等。③ 多部件共轴、共壳体、共冷却系统、共连接器的集成化设计；④ 电力电子技术逐步优化甚至取代机械装置的技术路线。如电子差速取代机械差速器。编号 | 电机 | 电机 | 减速机 | 多挡变速箱 | 控制器 | 控制器 | 驱动桥 |
1 | ☆ | | | | | | |
2 | ☆ | | | | | | ☆ |
3 | ☆ | | ☆ | | | | |
4 | ☆ | | | ☆ | | | |
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10 | ☆ | ☆ | ☆ | | | | |
11 | ☆ | ☆ | | ☆ | | | |
12 | ☆ | ☆ | | | ☆ | ☆ | ☆ |
13 | ☆ | ☆ | | ☆ | ☆ | ☆ | ☆ |
14 | ☆ | ☆ | ☆ | | ☆+☆ | |
15 | ☆ | ☆ | | ☆ | ☆+☆ | |
电机纵置方案解析：客车、轻型货车电机电控搭载单速比减速器或者搭载2挡AMT应用。重型、大型车辆搭载4-8挡AMT进行节能降耗，采用高速电机进行减重增效降本的趋势已经确立。适配各种中央电机纵置驱动车型，是未来几年内最不担心被淘汰的技术方案之一。电机横置方案解析：借用乘用车的三合一驱动系统，在摊低开发成本后应用于商用车系统，还是有一定的竞争力的。此车型平台多为传统车平台改制，但因系统复杂，维护成本高，将逐渐被边缘化，甚至被淘汰出局。在追求动力性和舒适性的豪华客车领域，该方案将有一席之地。
集成电驱动桥的未来
集成式电驱动桥技术将向多电机或多档位的集成化方向发展
越博动力的双电机电控布置方案使得驱动桥的质心偏振现象大为缓解，动力耦合也能拓宽系统的高效区范围，同时也能提高系统动力输出的可靠性。奥地利AVL的这款同轴电驱桥是值得学习的最有潜力的未来商用车电驱系统。这款车桥集成了永磁同步电机、三档自动变速箱、差速器、电机控制器、驱动桥。该永磁电机最高转速达到了16000rpm，额定功率可达148kW；3挡AMT扩展了电机的高效率区间；采用圆柱斜齿轮来提高传动效率，降低系统噪音。这是一款成功的商用车电驱动动力总成模块，符合电驱动系统集成化，轻量化、高效率、高速化的发展趋势，是值得借鉴学习并加以推广的产品。轮边电机桥方案在比亚迪等整车厂多年耕耘完善下，其可行性及可靠性已被充分验证，虽然在电子差速技术上的效果差强人意，但也不影响其在轮边电机桥技术的王者地位。轮毂电机桥与轮边电机桥技术方案相似，宏观上只是差在有无减速器的区别，因此，合并给出如下优化建议：1)重中之重，继续优化电子差速策略，减少轮胎过度磨损的问题；2)利用扁线电机的鲁棒性、低速大扭矩的性能优势，降低系统能耗，提升功率密度；3)继续集成化努力，力所能及的利用碳化硅的小体积、高耐温特性，将控制器集成到电驱桥上；4)优化铸铁连接件结构，尝试铝合金挤压件和压铸件的轻量化方案，应用空心轴技术等降低系统重量；5)一定要做到低成本、模块化、标准化，降低整车厂应用该产品的技术难度，这样才能更容易进行市场化推广和应用；6）做好技术服务，“事由不得，反求诸己”，多少公司因为傲慢与懈怠丢掉了销售部门好不容易拿到的定点资格和配套份额，望诸君引以为戒。最适合换电重卡的电驱方案
换电重卡需要电池整体布置，安装空间充裕，拆装方便。这就要求驱动系统X向占用空间最小，且尽量不要占用车架中间的空间，因此纵置电机加多挡变速箱的方案被淘汰出局。独立或半独立悬架布置方案，系统复杂，一旦悬置过载将会使耐久性大打折扣，因此并不适用于重卡车型。轮边和轮毂电机电机散热困难，高效区有限，经济性差，暂不适合路况复杂的重卡使用场景。同轴电驱桥，受限于电机功率和外径与整车通过性的矛盾，功率难以满足换电重卡的功率需求。
综上所述，平行轴式集成电驱桥是功率大、成本低、占用X向空间小，最适合换电方案的重卡驱动总成布置方案。特别是像越博动力的双电机、电控集成四挡EMT的电驱桥总成，不但解决了质心偏置导致的低频振动问题，还有10多种动力耦合工作模式可供选择，使电驱系统多数时刻都在高效区运行，整车经济性获得极大提升，个人觉得此方案前途无量。
