電驅動的案例
HBM@電驅動 | 如何應對電驅動對扭矩測量技術提出的挑戰？
與傳統的內燃機相比，電驅動系統尺寸小、重量輕，電池功率密度要大得多。電機熱損失已降至10%左右，超過90%的電能被轉換成機械能。除此之外，車輛中的電驅動裝置需要以相當高的轉速運行，這對試驗臺的扭矩測量技術帶來了新的挑戰。
更高的轉速和更多接口
HBM T11扭矩傳感器為高額定轉速制定了新的標準。長久以來，T11一直按照賽車標準設計，由于其轉子質量小，質量慣性矩小，轉速高達30000轉/分。該傳感器于2016年被T40系列替代。
最新一代傳感器額定轉速提高到45000轉/分，并帶有EtherCAT和Profinet接口。因此，不僅非常適合動態應用，并可將扭矩和轉速測量集成到更高級別的自動化和控制系統中。
除了更高轉速外，電驅動的高動態特性對試驗臺提出了更高的要求。質量慣性矩和重量的進一步減少首當其沖。另外，與內燃機相比，電驅動系統的能量轉換效率超過90%，因此必然對測量設備精度提出更高的要求，以便能測定各個變量之間的差異。
T40 系列產品轉速可高達 45,000 rpm，并帶有多種接口
新挑戰: 高精度和自由切換量程
T12HP 高精度扭矩傳感器專門面向此類測試進行了優化。其轉速高達 22,000 , 精度等級高達 0.02。內置的 FlexRange? 功能可使其在 10 kNm 量程范圍內自由切換。
環境保護條例日益嚴苛，對能源效率的要求也越來越高，基于應變原理的扭矩傳感器是測定能源轉換效率的必要條件，也是設備、車輛優化過程中不可或缺的一部分。
展開 電驅動系統的發展趨勢
圖4 產業周期特點其實會拉動車企的積極性
在需求端，過去幾年市場規模不高，近期又面臨著車企向上傳導降本壓力疊加上游原材料漲價壓力，加劇了價格競爭，而未來技術路線和軟件算法爭先等趨勢，也促使著電驅動企業尋求性能上的差異化
在這里所有的車企蜂擁而至搞集成化，核心問題，還是在實施降本。多合一核心目的，還是把高壓連接器給優化掉，把冷卻的回路盡可能縮小，盡可能從結構上逐步提高利用率。
04 未來市場規模
這個預測目前看下來有點保守了，最主要的還是電驅動這個技術在各個行業在應用，我估計不少的乘用車電驅動企業目前最大的想法是往別的行業進行開拓。
據新能源汽車產業規劃，未來電驅動市場將會持續增長，2025年的市場規模將可能是2020年的5倍左右
05 未來技術趨勢
說實話，隨著電動力總成的差異化降低，這塊車企提出的需求本身也是同質化的。
*車企的整車需求定義了電驅動的產品需求，要求其要做到低成本、高性能、小型化和輕量化，這使電驅動呈現出集成化、高速化及高效率的技術趨勢
*電驅動系統從初步的結構集成向深度系統集成演變，由最初的二合一設計，演變成三合一設計、集成式電驅動橋設計，逐步實現電驅系統的低冗余、高性價比
圖5 電驅動系統的差異化
從電驅動集成化來看，比假象的要快不少，估計2022-2023年就能看到大量多合一產品的應用。大部分車企從目前的三合一往多合一過渡，可能只需要1年時間。
展開 電驅動橋關鍵技術綜述
1 前言
電驅動橋是針對電動汽車設計的一種機電一體化驅動系統，具有集成化程度高、體積小、能耗低等優點。作為電動汽車的核心部件，其性能直接影響電動汽車的動力性和經濟性。
電驅動橋可分為集中式電驅動橋和分布式電驅動橋。集中式電驅動橋結構復雜，但具有成本低、對傳動系統設計影響較小以及開發難度低的優點。分布式電驅動橋具有結構簡單、質量輕以及效率高的優點，但差速控制困難、非簧載質量大。
電驅動橋主要由電機、逆變器、變速器組成。由于在轉矩密度、功率密度以及效率等方面具有顯著優勢，永磁同步電機已逐漸成為車用電機的主流。為進一步減小電驅動橋的體積和質量，新一代電驅動橋大多將電力電子元件集成到逆變器上。單擋變速器和多擋變速器各有優缺點，但隨著電驅動橋技術的發展，多擋電驅動橋逐漸成為了研究的熱點。
本文將對電驅動橋關鍵技術進行綜述，并在此基礎上總結得出電驅動橋的發展方向。
2 電驅動橋關鍵技術
電驅動橋性能主要受到3 個方面的影響：第一，電驅動橋動力傳遞路徑及分配方式隨著構型的不同而改變，從而影響電驅動橋的輸出；第二，電驅動橋結構會影響其自身的質量、體積，進而影響其性能；第三，電驅動橋控制策略影響其各部件的協同工作。
2.1 多擋化構型
目前，電驅動橋通常配備單速變速器，以最大限度降低成本、體積，減輕質量并提高其適配性。
相比于單擋變速器無法兼顧車輛起步時的轉矩和速度，多擋變速器可以通過低擋位提供大扭矩，高擋位提高車輛的速度達到起步扭矩與車速的兼容，并能夠降低電機的體積、質量和轉速。在電池技術短時間內難以取得重大突破的情況下，通過提高效率增加電動汽車的續航里程就顯得尤為重要。在日常駕駛條件下，采用單擋變速器的電機實際效率與最高效率仍然存在一定差距。
展開 淺析電驅動橋耐久試驗方法
電驅動橋是從傳統車橋衍變而來，它是汽車的傳動系統，起著承受負載、降低轉速、增大轉矩、保證左右車輪差速以及制動等功能。通過合理的選型和充分的驗證，可實現產品的緊湊化、輕量化、高效率和高壽命。
電驅動橋的種類
按電動機在整車中的布置形式可將電驅動橋分為電動機直聯式、平行軸式和同軸式。
1）直聯式結構（見圖1）是采用電動機取代燃油車的發動機和變速器，所采用的電驅動橋是從傳統燃油車的驅動橋上通過加大齒輪速比以及提升齒輪性能衍變而來，起初應用于微型乘用車、物流車等領域，現主要集中應用于輕型貨車、中型貨車等以上車型。
圖1 電動機直聯式電驅動橋
2）平行軸式結構（見圖2）是采用電動機進一步取代燃油車的發動機、變速器和傳動軸，將電動機集成為電驅動橋的一個子零件并與電驅動橋的輸出半軸呈平行布置，其減速器采用兩級傳動，系統集成度高，能量損耗小，目前廣泛應用于物流車、微型乘用車、輕型客車及皮卡上。從近年市場上的反饋來看，該電驅動橋已經完美地滿足了整車廠和客戶使用需求，大大加快了汽車的電動化進程。
圖2 平行軸式電驅動橋
3）同軸式結構（見圖3）是在平行軸式電驅動橋基礎上，將電動機與電驅動的輸出半軸做同軸布置，使得產品的集成度更優，是電驅動橋的發展方向。
圖3 同軸式電驅動橋
電驅動橋的耐久試驗
1.電動機直聯式電驅動橋的耐久試驗
電動機直聯式電驅動橋是從傳統燃油驅動橋衍變而來，因而可參考QC/T 533－2020《汽車驅動橋臺架試驗方法》、QC/T 534－2020《汽車驅動橋臺架試驗評價指標》進行耐久試驗。
展開 
電驅動系統減速器剛柔耦合動力學建模及振動噪聲優化
摘 要
電驅動系統屬于結構核心零部件，受社會發展趨勢影響，其未來發展趨勢為高速化、集成化。將其與傳統動力系統相對比發現，電驅動系統內部缺少噪聲掩蓋裝置，使得電機噪聲、齒輪嚙合階次噪聲日益嚴重，在高速化、集成化發展過程中，電驅動系統內部耦合性不斷提高，系統響應日益復雜，如何降低噪聲成為了一項重點內容。本文通過高速電驅動系統剛柔耦合建模及動力學特性，針對其振動噪聲展開分析，旨在為相關人員優化電驅動系統提供幫助。
關鍵詞
電驅動系統 減速器 剛柔耦合動力學建模 振動噪聲
電驅動系統作為我國未來發展的關鍵，其使用覆蓋范圍日益提高，且其行業地位也日益提高，有關人員對其關注度不斷提高。對其發展進行分析發現，電驅動系統振動噪聲問題成了限制其發展的主要原因，實際優化中，可以嘗試以電驅動系統減速器剛柔耦合動力學模型為切入點，針對振動噪聲展開分析，明確最終優化。
1 電驅動系統動力學建模及振動噪聲研究現狀
1.1 電驅動系統動力學建模
通過對現有資料進行收集整理可知，現階段，驅動電機與減速器的一體化電驅動系統動力學模型為劣勢內容，研究人員對其關注度較低，在所構建的耦合電磁激勵與齒輪傳遞誤差激勵模型中，都滲透有其內部結構組成耦合變形內容。下面針對驅動電機系統建模與一體化電驅動系統動力學建模進行了闡述：
1. 驅動電機振動噪聲建模：現階段，此方面內容常用建模手法有很多，比如數值計算方法、解析計算方法、半解析計算方法等。從本質上進行分析，驅動電機電磁振動噪聲計算具有復雜性特點，包括眾多類型問題，比如電磁場、結構模態、振動相應等。借助上述方法可以高速、優質地完成電磁力計算，模擬出其在自然狀態下的振動噪聲情況 [1]。
2.
展開 如何看待電驅動和集成化的賽道
根據中金報告節選的微信文章《電驅動：下一個萬億長坡厚雪賽道》，引發了不少朋友的討論。這篇文的開篇提到，“新能源汽車電驅動系統單車價值量超萬元，全球市場空間超萬億元，有望成為繼動力電池系統之后的第二個長坡厚雪賽道。電驅動系統的單體部件優化和集成化是發展方向，我們看好獨立第三方電驅動系統供應商快速崛起的機會“。這個觀點是否能站住腳呢？
我的疑問在于：如果中金是對的，這種假設的推演終局，是認為將來全球車企很大程度上是不存在自身動力總成的優勢。也就是說，全球的整車企業直接采買最貴的兩個零部件——電芯是采購，電驅動的總成也認為全部不做In-house，把錢放出去讓第三方企業成長，然后進行外購么？
我感覺有一種模式是比較普遍，就像比亞迪做電驅動系統，然后分拆出弗迪動力想要單獨上市（類似的還有長城的蜂巢動力）。但是這個強關聯的模式是否走得通，走到哪一步，目前可能處在一個嘗試階段。
一、如何去分解電驅動系統的屬性
首先還是看一個數據，讓我們更好地理解電驅動系統的復雜性。2021年1-8月，插電式混動和純電動一共上險了145.3萬新能源汽車，這是一個基礎數據。
圖1 2021年1-8月上險數據分類
NE研究院做了一個三合一電驅的統計，8月新能源乘用車電機裝機量達到了25.3萬套，三合一及以上的電驅動系統裝機量11.6萬套，份額占比46.%。而這個數據把之前他們做過的統計做個累加，總的電機裝機量為164.82套，也是上險數據的113.4%，整體三合一的裝機占比為50.29%。
圖2 三合一這樣的集成化技術占比大概確實已經到50%了
如果我進一步進行分解，我們可以看到以特斯拉、蔚來、上汽、小鵬甚至是零跑為代表的整車企業，在三合一市場占了很高的市占率。
展開 電驅動機電一體化仿真
背景
電池替代發動機換來能量系統的空間自由，電驅動則突破了動力總成布局的邊界約束，與此同時，整個動力底盤模塊化加速，使得各子系統直接影響到整車性能乃至于用戶體驗。
一方面電驅動總成正在往集成化發展，以匹配不同車型，并進一步提升效能（動力性及經濟性），聲品質也將直接影響整車駕乘品質，將呈現“五高一低”的技術趨勢：高效率/高可靠性/高功率密度/高安全性/高舒適性/低成本。
另一方面電驅動與內燃機相比，其存在動力響應更快、瞬態沖擊突出、大扭矩工況時長及載荷交變頻繁等特點，更需要借助仿真手段在產品開發階段就識別關鍵技術風險及極限工況評估，保證產品可靠性前提下實現精益設計。
展開 電驅動系統減速器剛柔耦合動力學建模及振動噪聲優化
結合電驅動系統 NVH 特性研究成果可知，驅動電機振動噪聲來源多為徑向電磁力，研究人員經常忽略電磁切向力所造成的影響。即在使用一體化電驅動系統動力學建模分析 NVH 特性展開研究時，研究人員需提高對電驅動系統整體耦合建模的關注度，以提高分析結果權威性與科學性。
1.2 電驅動系統振動噪聲優化
現階段與電驅動系統振動噪聲優化的研究內容主要包括兩方面，分別是電機本體振動噪聲優化與減速器本體振動噪聲優化，具體內容如下：
1. 電驅動系統減速器振動噪聲優化方法：現階段導致電驅動系統減速器或變速器產生較為嚴重的噪聲問題的主要原因有兩種，分別為齒輪嘯叫噪聲與非承載齒輪副出現的齒輪敲擊噪聲。即研究人員應以上述兩方面為切入點展開詳細研究，目前技術人員常用優化方法有三種，分別是 NVH 激勵源、優化傳遞路徑以
及優化殼體響應。
2. 電驅動系統驅動電機振動噪聲優化方法：現階段，驅動電機振動噪聲主要包括三類，分別是電磁噪聲、機械噪聲以及空氣動力噪聲。由于不同噪聲出現原因不同，因此所使用優化方法也存在一定差異。
展開 中國首款量產的兩檔電驅動橋，為何受SUV青睞？
面對日益嚴苛的汽車油耗目標及排放法規要求，越來越多的汽車生產商開始考慮采用驅動電機替代傳統發動機，并與減速器和差速器一起，組成電驅動橋系統，實現驅動系統的電動化。
9月12日，搭載舍弗勒兩擋電驅動橋（2-speed eAxle）的長安CS75 PHEV上市，成為國內第二款搭載該電驅動橋產品的插電混動四驅SUV。
舍弗勒兩擋平行軸式電驅動橋是中國市場上首款實現量產的兩擋電驅動橋，已經應用在長安CS75 PHEV和長城WEY P8兩款插電式混動四驅SUV車型上。
電驅動橋系統可以直接取代發動機和變速器，靈活安裝在前軸或后軸，實現前輪或后輪純電驅動。通過這種方式，傳統燃油車很容易實現電動化。
它也可以僅安裝在后軸，匹配前軸的動力總成系統，實現四驅功能。此時，傳統四驅系統的重要部件，如分動箱、傳動軸、后橋差速器以及液壓附件等，均可被裝在后軸上的電驅動橋取代，這樣既節約了傳動線路中的大量空間，便于集成高壓電池，同時也減少了使用電驅動橋的額外成本。
這種驅動概念具有同軸式和平行軸式兩種布置形式可供選擇，它的整車應用平臺覆蓋范圍極廣，可以覆蓋從對功率密度有極高要求的運動跑車，直到對半軸傳動角度有極高要求的SUV。從弱混、強混、插電混動到純電動系統。目前，前后軸均搭載舍弗勒單檔電驅動橋的高性能電動四驅車，奧迪etron即將在今年年底發布。對于純電動汽車，這款電驅動橋有單檔方案和具備動力換檔功能的兩檔方案。
相比很多電動汽車采用的單擋電驅動橋來說，使用兩擋電驅動橋的電動汽車在動力性和經濟性上更有優勢，尤其是對于SUV車型而言。
展開 電驅動系統發展趨勢及關鍵技術解析
未來發展方向
電驅動系統2.0框架全面涵蓋電驅動系統全產業鏈，包括驅動電機、電機控制器、電控集成系統、電驅動總成以及測試評價與綠色制造等多個核心組件，為未來技術創新和產業升級指明方向。電驅動系統專題技術指標體系包含驅動電機技術指標、電機控制器技術指標、電控集成系統技術指標、電驅動總成技術指標、測試評價與綠色制造技術指標等五大子領域，為電驅動系統研發、生產及評價提供全面技術指南。重點研究內容包括驅動電機及關鍵材料技術、電機控制器及關鍵器件技術、電控集成系統技術、電驅動總成技術、測試評價與綠色制造技術等。
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展開 電動汽車用三合一電驅動系統設計與驗證
圖6 峰值工況下IGBT溫度分布
3 三合一系統硬件設計
三合一電驅動系統的電氣原理如圖7所示，控制系統在12 V電源網絡下工作，通過CAN網絡與整車進行通訊，控制器功率部分的逆變單元能夠將直流電轉化為交流電并輸入至永磁同步電動機，控制器成熟的底層配置和軟件算法以及各采樣電路、保護電路，可以確保電機控制器穩定工作。
三合一電驅動系統的PCB由控制板和驅動板組成，驅動單元和控制單元之間通過線束通訊，避免高低壓之間的干擾。PCB電路通常集成有通訊電路、溫度采樣電路、電壓采樣電路、相電流采樣電路、轉子位置檢測電路、電源轉換電路、驅動電路以及各保護功能電路等，這些電路組合在一起共同確保整個三合一電驅動系統的正常工作。
圖7 三合一電驅動系統電氣原理框圖
4 樣機性能實驗驗證
為了進一步研究三合一電驅動系統的輸出性能，制作樣機并對系統的輸出特性、效率以及溫升進行測試，測試臺架如圖8所示。
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800V電驅動系統詳細解析 800V電驅動系統設計技術詳解
該開發的技術平臺是基于高度集成的電驅動系統EMR4（ 第 4 代）。EMR4 電驅動橋是 EMR3 的進一步發展，目前已在中國進行大規模批量生產。EMR3 已集成到歐洲和亞洲 OEM 的多款車輛中。
EMR4 的電力電子控制器（逆變 ）基于第四代電力電子控制器平臺(EPF4.0)。Vitesco Technologies 可以利用其在逆變器技術開發方面的廣泛和長期經驗來實現具有低雜散電感和優化 dv/dt 的技術。
電動汽車用三合一電驅動系統設計與驗證
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三合一電驅動系統的電氣原理如圖7所示，控制系統在12 V電源網絡下工作，通過CAN網絡與整車進行通訊，控制器功率部分的逆變單元能夠將直流電轉化為交流電并輸入至永磁同步電動機，控制器成熟的底層配置和軟件算法以及各采樣電路、保護電路，可以確保電機控制器穩定工作。
三合一電驅動系統的PCB由控制板和驅動板組成，驅動單元和控制單元之間通過線束通訊，避免高低壓之間的干擾。PCB電路通常集成有通訊電路、溫度采樣電路、電壓采樣電路、相電流采樣電路、轉子位置檢測電路、電源轉換電路、驅動電路以及各保護功能電路等，這些電路組合在一起共同確保整個三合一電驅動系統的正常工作。
圖7 三合一電驅動系統電氣原理框圖
4 樣機性能實驗驗證
為了進一步研究三合一電驅動系統的輸出性能，制作樣機并對系統的輸出特性、效率以及溫升進行測試，測試臺架如圖8所示。
展開 電動汽車用三合一電驅動系統設計與驗證
本文基于一款新能源乘用車驅動系統高度集成化的開發需求，研發了一款三合一電驅動系統，闡述了該驅動系統的結構方案及電氣原理，介紹了系統冷卻方案，并針對系統的散熱性能進行熱仿真分析研究，最后制作樣機進行臺架測試，測試結果表明，本文設計的三合一電驅動系統具有良好的輸出性能。
1 結構設計與電氣原理
1.1 集成結構設計
如圖1所示，電機、控制器、減速器構成了三合一電驅動系統總成開發的關鍵技術。驅動電機的核心結構由定、轉子組件構成，關鍵材料包括鐵心材料、永磁體、電磁線、高速軸承和位置傳感器等；控制器的核心結構由半導體功率器件、直流支撐電容、集成電路芯片及軟件架構等構成；減/變速器關鍵技術主要包括齒輪及軸系、密封與潤滑、離合器、執行機構、駐車系統等。
圖1 三合一電驅動系統關鍵零部件
電驅動系統的技術指標：峰值功率55 kW，峰值轉矩150 N·m，最高轉速10 000 r/min。本文設計的三合一電驅動系統整體結構如圖2所示，驅動電機前端與減速器連接固定，電機控制器安裝于電機與減速器的上方，此方案集成度高，整體體積較小。同時，冷卻技術作為三合一電驅動系統開發的核心，本文將控制器冷卻液出口與電機冷卻液入口集成設計，實現了控制器散熱水道與電機冷卻水道的一體化設計，使得整個產品成本更低、散熱效果更好。
圖2 三合一電驅動系統結構示意圖
1.2 IGBT模塊選型
控制器結構如圖3所示，IGBT作為核心功率器件，其關鍵控制要素包括參數及可靠性要求、過流和短路保護、過電壓保護等。因此，IGBT選型要綜合考慮其自身的輸出效率、控制器運行峰值電壓及驅動電機最大反電動勢等條件。
展開 細高齒設計在電驅動橋NVH 優化中的應用
6 結論
1）電驅動橋的NVH 性能與齒輪的重合度有密切關系，齒輪設計中合理地提升重合度有利于獲得好的NVH 性能。
2）加大螺旋角雖然能提高重合度，但會帶來額外的軸向力，對軸承、軸和殼體等其他零部件的強度剛度造成不良的影響；而采用細高齒設計可以避免這些不良影響同時提高齒輪的重合度。
3）對比電驅動橋產品A 兩級齒輪和電驅動橋產品B 的NVH 表現，可見細高齒設計可以有效提高電驅動橋的NVH性能。同時也證明了小螺旋角設計可以獲得好的NVH 表現。
