新能源汽车三合一驱动技术

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1. 前言
电驱系统是电动汽车三大核心系统之一，是车辆行驶的主要驱动系统，其特性决定了车辆的主要性能指标，直接影响车辆动力性、经济性和用户驾乘感受。

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。

三合一电驱系统的集成化可以降低重量、减小体积，提高功率密度、扭矩密度，并且集成化在NVH、EMC方面也有很好的效果
表现，从动力性、经济性的角度考虑，是一个极好的优势。

随着电动汽车技术的不断更新进步，集成化设计将无可争辩地成为未来发展的趋势。

2. 三合一电驱系统的开发目标及系统结构
三合一电驱系统的开发目标
电驱系统的开发是基于整车给出的开发要求来的，主要开发要求如下：
高效率：这样的同等的电池容量下汽车可以跑得更远；
寿命长：寿命要达到15年，甚至更长时间；
少维护，最好是免维护的；
满足法规要求的最大加速、最高车速和最大爬坡度等；
尺寸紧凑，质量轻；
工作可靠，耐高温、抗震动、防水和防尘；
低电磁辐射和良好的电磁兼容性；
低噪声。

三合一电驱系统的系统结构
三合一电驱系统由驱动电机、电机控制器（MCU）和减速器（GBox）构成，通过高低压线束、冷却管路与整车其他系统连接。

如下图所示。

系统框图
3. 三合一电驱系统的发展进展电动汽车驱动单元的传统方式
传统分立部件：整车高低压线束、接插件、管路和箱体结构等错综复杂前电机
PDU 变速器DC-DC 电机控制器
OBC
电动汽车驱动单元的集成化方向
充配电三合一
电驱动三合一
“3+3”结构：减少整车线束、接插件，管路和箱体，结构紧凑，布置便利
电动汽车驱动单元的主要集成方式
电动汽车驱动单元的主要集成方式和方向 驱动总成平台化、模块化，适应不同车型搭载需求；
动力总成集成化、控制模块集成化、系统软件集成化的多合一电驱平台。

多合一平台充配电三合一总成三合一电驱系统总成
驱动电机EM
电机控制器INV
减速器Gbox 充电机OBC
直流变换器DCDC 高压分线盒HV-Box 集成电池的底盘多合一控制器电机、控制器、减速器三合一电机控制器动力电池控制单元
变速器驱动电机电动汽车驱动单元
三合一电驱系统的集成化程度
随着开发技术和制造工艺进步，三合一电驱系统集成化越来越高，越来越走向平台化，低成本化。

1.平台化、模块化
三合一电驱系统的平台化和模块化可以大大减少整车和零部件的差异化，通过规划好的功率/扭矩/转速平台，可以大大降低电驱系统和整车的成本。

例如下图所示：某车企推出了e平台电驱动系统，采用电机、控制器、变速器高度集成，拥有A+、A、B、C共4个平台化系列产品，使得不同功率的产品可快速开发并适配于不同车型，满足了A00、A0、A、B级等轿车对动力性加速和爬坡的需要。

某平台化三合一总成
三合一电驱系统的发展趋势
2、高度集成化
高度集成化就是从一开始的全分体结构，逐步变化为电机与减速器共壳体，直到电机、控制器和减速器共壳体的集成模式。

这样从结构设计的角度减少了零部件的数量，缩小了体积，减少了重量，从而降低了成本。

三合一电驱系统的发展趋势
3、高转速、高密度化
高速电机可以大量节省昂贵的永磁体材料，也能减小电机体积，对提升功率密度、扭矩密度，降低制造成本效果显著。

高转速、高功率密度、高转矩密度的一体化电驱动系统总成符合集成化、模块化、平台化的技术发展趋势。

三合一电驱系统的发展趋势
4、输入输出同轴化
目前减速器基本是平行轴结构，输入输出同轴化相比平行轴齿轮系，同轴采用的行星齿轮系在结构紧凑性方面优势明显，有助于系统功率密度和扭矩密度的最大化：同时同轴结构可使结构紧凑性最大化，整车布置适应性好。

三合一电驱系统的发展趋势
5、集成多档位减速器化
三合一集成电驱系统当前成熟的解决方案是从电机到差速器采用传统的单挡两级减速器，经模拟仿真和实车试验证实，多档（≥2）变速系统可以拓宽电机高效区的应用区间，降低系统能耗，NEDC工况下能提升10%左右续驶里程。

例如下图所示：为某两档三合一电驱系统总成，由驱动电机、控制器、减速齿轮组、差速器和换挡执行机构组成；
减速器中间轴上的两个齿轮实现二级减速，增大传动比范围，其驻车机构采用的是棘爪式驻车机构，驻车齿轮位于中间轴上，电机执行驻车动作。

电机
差速器
定轴齿轮组
行星齿轮组换挡机构
4. 三合一电驱系统的优劣势分析
三合一对整车的优势
三合一电驱系统总成
平台化：根据不同吨位、功率和扭矩以及不同级别车型，划分不同的系列化平台产品；
高效率：驱动系统的NEDC 综合效率（包含减速器）可达88%，最高效率超过92%；
高集成：总成体积降低30%，功率密度达到1.9kw/kg 高转速：最高转速16000rpm 低噪音：总成近场噪声不超过85dB
NVH 性能：通过控制齿轮啮合精度、提高壳体强度等保证
NVH 性能
便宜
低成本好开
可靠
高可靠性
良好的驾驶乘验
动力性：满足A00、A0、A、B等级别汽车对动力性加速和爬坡的需求
可靠性：减少接口复杂度提高可靠性
三合一开发优劣势分析
1.优势
安装尺寸和重量较小
小型化，高转速带来的电机降低成本
减少接口复杂度，提高可靠性
平台化设计，降低整车开收费用和周期
2.劣势
高转速带来的NVH挑战
冷却概念和高速轴承选型问题
EMC复杂性提高
跨零部件开发协同难度增加
5. 三合一电驱系统各种构型介绍三合一各种构型及优越点分析
三合一电驱系统可以适配的整车布置型式
内部集成化设计
电机壳体与减速器壳体一体化
设计
电机转子轴和减速器输入轴采用导油
回油设计，增加花键润滑
电机和控制器共用水道，节省外部
连接管
电机、电控端子直连，取消三相线；电机、电控信号线束直连，取消外部走线。

6. 三合一电驱系统的集成化设计
内部集成化设计
内部集成化设计
内部集成化设计
驻车电机“隐藏式”集成设计
改善齿轮工艺，减小中心距30mm
IGBT 和电容上下布局，减小MCU
体积
控制板与驱动板集成为单板结构
三合一电驱系统的集成化设计
三合一电驱系统总体外形结构
电磁仿真分析NVH 仿真分析热性能计算分析可靠性仿真分析
三段式半轴
两段式半轴
两种半轴结构
机电磁多物理场仿真验证
电机结构多维协同设计
三合一电驱系统总体内部结构爆炸视图
7. 三合一电驱系统的设计及验证流程
零件到系统-需要多维度开发和验证三合一的关键试验三合一电驱系统总成驱动电机电机控制器减速器（差速器）寿命EMC NVH 功能安全冷却机械电气（高压/低压）润滑试验三合一总成台架：三合一总成性能测试带环境仓总成测试台架NVH 实验室：NVH 测试2000rpm 高速台架：单电机+MCU 性能测试。