三合一電驅的案例
三合一電驅系統可靠性試驗研究與應用
隨著汽車電氣化的不斷發展，零部件的集成化設計趨勢亦不斷推進，三合一驅動總成方案成為各廠家競爭的熱土。相對早期電驅方案，三合一電驅系統具備以下優勢：結構緊湊、體積變小，利于布置；質量輕，低行駛能耗；三相直連，可靠又經濟；重心下降，利于整車操控；高速傳動，帶來較高扭矩容量和總成效率提升；可擴展的模塊化設計，大大縮短產品開發周期，降低開發成本效益。
1 三合一電驅系統概述
文中以圖1所示的三合一電驅系統為研究對象，主要由控制器、減速器和電機三部分組成，此結構擺脫了電機、減速器和控制器單獨設計再組裝的思路，直接將三者進行一體化設計。此結構具有高扭矩容量、可攜帶更高轉速電機的優點，但對于齒輪和軸承的耐久性、殼體強度、油封密封性都提出了更高的要求，尤其是電機控制器，需要和電機作為一個主體運行，與傳統結構相比，其運行環境發生了變化，可靠性要求更為苛刻，因此對三合一電驅系統結構可靠性驗證具有重要意義。三合一電驅系統是由機械部件和電子部件組成的復雜綜合體，其可靠性取決于模塊自身的可靠性及模塊間組合方式和相互匹配，由于時間和篇幅限制，文中著重對三合一電驅動系統機械機構的可靠性進行驗證。
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隨著汽車電氣化的不斷發展，零部件的集成化設計趨勢亦不斷推進，三合一驅動總成方案成為各廠家競爭的熱土。相對早期電驅方案，三合一電驅系統具備以下優勢：結構緊湊、體積變小，利于布置；質量輕，低行駛能耗；三相直連，可靠又經濟；重心下降，利于整車操控；高速傳動，帶來較高扭矩容量和總成效率提升；可擴展的模塊化設計，大大縮短產品開發周期，降低開發成本效益。
1 三合一電驅系統概
圖1 三合一電驅系統結構
2、三合一電驅系統可靠性研究的依據
汽車產品可靠性是指在一定時間內、一定條件下，無故障地執行指定功能的能力或可能性。對于機械結構，其失效約90%來源于疲勞。
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隨著汽車電氣化的不斷發展，零部件的集成化設計趨勢亦不斷推進，三合一驅動總成方案成為各廠家競爭的熱土。相對早期電驅方案，三合一電驅系統具備以下優勢：結構緊湊、體積變小，利于布置；質量輕，低行駛能耗；三相直連，可靠又經濟；重心下降，利于整車操控；高速傳動，帶來較高扭矩容量和總成效率提升；可擴展的模塊化設計，大大縮短產品開發周期，降低開發成本效益。
1 三合一電驅系統概
圖1 三合一電驅系統結構
2、三合一電驅系統可靠性研究的依據
汽車產品可靠性是指在一定時間內、一定條件下，無故障地執行指定功能的能力或可能性。對于機械結構，其失效約90%來源于疲勞。
展開 一種基于V模型下針對三合一電驅總成的NVH優化型研發方案
摘要:
本文針對新能源車用三合一電驅總成NVH系統研發，提出了一種基于V模式的優化型研發方案。
通過建模與仿真不僅復現了電磁力和齒輪嚙合剛度波動從激勵源到傳遞路徑(三合一電驅總成的結構)再到振動、噪聲響應上的表現，而且追溯到了非聲源的控制器的平板金屬部件是噪聲放大的主要原因。
針對該現象，通過拓撲優化提升固有頻率300~500 Hz，使平板件的噪聲由結構噪聲傳遞為主向空氣噪聲傳遞為主轉變，再加上聲學包裹等措施，綜合性的降低噪聲10~20 dB (A)。
建模與仿真、測試和優化通過這種基于V模式的優化方案有機的結合到一起，節省了在子系統所占用的開發時間和開發成本。
關鍵詞:
V模型
；NVH (噪聲、振動及聲振粗糙度)
；電驅動
；MBS (多體動力學)
；電磁噪聲
；齒輪嚙合
；拓撲優化
；PEU (控制單元)
；ODS (工作變形分析)
；
1. 引言
新能源汽車運行時，驅動總成的部分能量會以電磁噪聲和齒輪嚙合噪聲的方式通過自身的結構路徑及周圍的空氣路徑傳遞出來。這三類分總成在機械性能上的較大差異使得三合一電驅總成NVH性能開發成為一項復雜的系統工程開發。
綜合新能源電驅總成NVH特性、汽車零配件開發體系復雜的特點和量產開發時間的限制，在系統集成開發上，通常會通過引入開發模型來指導產品研發，常見的有瀑布模型、螺旋模型、快速原型模型和V模型等等。
鑒于V模型本身的開發、驗證的對稱性和廣泛應用于系統工程的經驗，本文提出了一種基于V模型下針對三合一電驅總成的NVH優化型研發方案來指導新能源汽車三合一電驅動總成的研發。
2. 方案
2.1.
展開 
解讀比亞迪八合一電驅：厲害在哪？
作為e平臺3.0的首款車型，海豚的到來其實意味著很多新的開始，而八合一電驅的首次量產搭載就是其中一大亮點。
這個號稱全球首款八合一電驅比起最近高頻提及的三合一電驅厲害在哪？
是徒有其表還是又一個創新？
今天就來為大家解讀這項技術。
弗迪動力八合一電動力總成
在為大家講解八合一電驅之前，我們先來了解下電驅是什么，為什么要做成X合一的集成化方式。電驅系統是純電動汽車的核心，你可以粗淺地理解為類似于燃油車上的發動機的作用，它主要包含了高性能動力電機、電力電子控制單元和減速器等部分。
圖片源于網絡
而所謂的三合一、四合一乃至比亞迪的這套八合一電驅，本質上都是電驅集成化設計的范疇。隨著新能源車技術的快速發展，新能源車擁有越來越多的功能和更好的性能，電驅集成化也為了優化效率、能量密度等參數而快速發展著。
圖片源于網絡
最初的電驅系統不存在集成化設計，驅動電機、電控系統、減速器等部件均單獨布置，各部件之間通過線束等連接件進行連接，從而導致當時的驅動系統十分冗雜。而隨著技術壁壘的逐漸打破和技術成熟度的不斷提高，目前各大主機廠已將電驅系統的深度集成化作為三電系統重要發展方向之一。
圖片源于網絡
當前量產的純電動汽車領域中，三合一電驅已經成為主流，其將電機、電控系統和減速器集成在一起，根據車輛的類型將其與車橋相結合或提供更加輕巧的三合一電驅系統，在電機轉速、電能轉化效率、機械空間緊湊化、線束精簡化等方面都起到了很大的作用。
展開 國外電動汽車三合一電驅系統
國外電動汽車三合一電驅系統
國外電動汽車三合一電驅系統
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三合一電驅動系統振動噪聲分析研究
三合一電驅系統具備以下優勢：結構緊湊,利于布置;質量輕,行駛能耗低;三相直連,可靠又經濟;重心下降,利于整車操控;高速傳動,帶來較高的扭矩容量和總成效率的提升[3]。相比于傳統驅動電機,三合一電驅動系統帶來了其他的振動噪聲問題,主要是電磁噪聲和機械噪聲。電磁噪聲主要由徑向電磁力產生,目前已對電磁噪聲的產生機理進行了深入研究。文獻[4]指出電磁振動是定子與轉子間徑向力、切向力的脈動引起的；文獻[5]研究了轉子不同斜極方式對電機電磁力的影響,發現轉子斜極可以有效降低徑向力波,機械噪聲主要由減速器齒輪嚙合和控制器結構振動所產生。
本文對某新型三合一電驅動系統進行振動噪聲測試,發現控制器蓋板發生共振,輻射出強烈的噪聲;提出從“源”與“接受者”(電機激勵與控制器蓋板)進行優化,通過對轉子開槽減小徑向電磁力波,通過對蓋板進行加筋與加厚處理,增加蓋板的剛度。試驗結果表明,優化后的驅動系統噪聲水平顯著降低。
1 驅動系統振動噪聲產生機理
1.1 驅動電機徑向電磁力分析
電機中,主磁通沿徑向進入氣隙,并在轉子和定子上產生徑向力,從而引起電磁振動和噪聲。作用于定子鐵芯內表面單位面積上的徑向電磁力[6]可以表示為:
(1)
其中:b(θ,t)為氣隙磁密;μ0=4π×10-7H/m;θ為空間角度;t為時間。
當忽略飽和時,氣隙磁密為:
b(θ,t)=f (θ,t) λ(θ,t)
(2)
其中:λ(θ,t)為氣隙磁導;f (θ,t)為氣隙磁勢。
在電機振動問題中,可能引起電機強烈振動噪聲的力波具有以下3個特點:① 力波的幅值較大;② 力波的階次較低;③ 力波的力型及變化頻率與結構的振型及固有頻率接近,易引起共振。
展開 【NVH專欄】三合一電驅動系統振動噪聲分析研究
三合一電驅系統具備以下優勢：結構緊湊,利于布置;質量輕,行駛能耗低;三相直連,可靠又經濟;重心下降,利于整車操控;高速傳動,帶來較高的扭矩容量和總成效率的提升[3]。相比于傳統驅動電機,三合一電驅動系統帶來了其他的振動噪聲問題,主要是電磁噪聲和機械噪聲。電磁噪聲主要由徑向電磁力產生,目前已對電磁噪聲的產生機理進行了深入研究。文獻[4]指出電磁振動是定子與轉子間徑向力、切向力的脈動引起的；文獻[5]研究了轉子不同斜極方式對電機電磁力的影響,發現轉子斜極可以有效降低徑向力波,機械噪聲主要由減速器齒輪嚙合和控制器結構振動所產生。
本文對某新型三合一電驅動系統進行振動噪聲測試,發現控制器蓋板發生共振,輻射出強烈的噪聲;提出從“源”與“接受者”(電機激勵與控制器蓋板)進行優化,通過對轉子開槽減小徑向電磁力波,通過對蓋板進行加筋與加厚處理,增加蓋板的剛度。試驗結果表明,優化后的驅動系統噪聲水平顯著降低。
1 驅動系統振動噪聲產生機理
1.1 驅動電機徑向電磁力分析
電機中,主磁通沿徑向進入氣隙,并在轉子和定子上產生徑向力,從而引起電磁振動和噪聲。作用于定子鐵芯內表面單位面積上的徑向電磁力[6]可以表示為:
(1)
其中:b(θ,t)為氣隙磁密;μ0=4π×10-7H/m;θ為空間角度;t為時間。
當忽略飽和時,氣隙磁密為:
b(θ,t)=f (θ,t) λ(θ,t)
(2)
其中:λ(θ,t)為氣隙磁導;f (θ,t)為氣隙磁勢。
在電機振動問題中,可能引起電機強烈振動噪聲的力波具有以下3個特點:① 力波的幅值較大;② 力波的階次較低;③ 力波的力型及變化頻率與結構的振型及固有頻率接近,易引起共振。
展開 電動車比亞迪“元”細化拆解，細看電池與電驅系統
電驅系統
元EV采用三合一的電驅總成，即電機、減速器和控制器集成的方案，電驅總成核心部件均為比亞迪自制。
電驅系統-電機、減速器
電機采用單電機方案，為永磁同步電機，峰值功率70kW，額定功率35kW。
電機控制器采用TI的DSP(數字信號處理器)芯片TMS320配合Lattice的CPLD(復雜可編程邏輯器件)芯片LAMXO256C。
小三電模塊
元EV采用三合一的小三電集成方案，即車載充電機(OBC)、DC-DC、PDU集成在一個模塊內。
充電接口在整車前部，分為6. 6kW的慢充接口和60kW的快充接口，支持7小時慢充或者0. 5小時快充(沖至80% SOC)。
啟停電池
元EV的12V低壓系統仍然采用鉛酸電池，為天能的38B20L，主要為低壓系統供電可以通過DC-DC由高壓系統充電。
熱管理系統
本車的熱管理系統采用傳統的空調制冷+PTC加熱的方式，熱管理系統總體包括了空調制冷系統、PTC加熱系統、冷卻液/冷媒管路和控制面板等組成。
空調制冷系統
一個典型的空調制冷系統包括電動壓縮機、電子膨脹閥和冷凝器/蒸發器等核心部件。壓縮機是空調系統的“心臟”，其作用是將低溫低壓的氣態冷媒從低壓側吸入壓縮，使其溫度和壓力升高，再泵入高壓側成為高溫高壓的氣態冷媒，往復循環，是連接空調回路低壓側和高壓側的關鍵。
生產廠家來自比亞迪工業，單車價值量1500-2000元。
膨脹閥又稱節流閥，是空調系統中的關鍵部件，在空調的基本回路中置于冷凝器和蒸發器之間，作用是將中溫高壓的液態冷媒節流為低溫低壓的液態冷媒(濕蒸汽形態)，同時控制冷媒的流量不過高或過低。
展開 電驅系統-電驅系統圖解
電驅系統-電驅系統圖解
DANA(德納)電驅橋&電驅系統介紹
eS4500r e-Axle(輕型商用車電驅橋)
產品特性：
最大總重量：1.9T
最大軸載重：1.1T
最高轉速：14000rpm
峰值功率：180kW
最大輸出扭矩：4500Nm
減速比：14.88，11.83，10.86，9.13，7.71
eS6200r(e-Alxe)
產品特性：
滿載重量：39T
最大軸荷：11.5T
最高車速：84mhp
峰值功率：208kW
最大輸出扭矩：6200Nm
eS9000r e-Axle(中型卡車和公共汽車)
產品特性：
集成化的電機、減速器和車橋動力系統
為中型卡車和公交車設計(滿載質量：6350-10660kg)
峰值功率：237kW
額定電壓：400-650VAC
水冷電機&電機控制器
集成化的電子駐車功能
盤剎系統總重量：370kg
滿載重量：10.6T
滿載軸荷:7T
最高車速：83mph
最大輸出扭矩：9000Nm
eS5700r
產品特性：
滿載重量：6T
最大軸荷：3.5T
最高車速：50mhp
峰值功率：130kW
最大輸出扭矩：5700Nm
eS13.0Xr(中型卡車和公共汽車)
產品特性：
滿載重量：13.5T
最大軸荷：8.5T
最高車速：50mhp
峰值功率：150kW
最大輸出扭矩：13000Nm
eS19.0xr
展開 新能源車電驅技術爆發！鎂合金電驅橋領銜！
7 月新能源車電驅領域技術成果密集落地：聯合電子推全球首款量產鎂合金電驅橋，減重 8kg 助續航升 4%；YASA 13kg 電機功率達 550kW 創紀錄，韓國團隊研發無銅電機，日產發布第三代 e-POWER 系統。同時，碳化硅電控項目啟動，多款電機專利獲批，上海機電、三菱電機也分別布局人形機器人關節技術，行業輕量化、高功率化趨勢顯著。
1.鎂合金電驅橋量產落地，聯合電子減重 8kg助力續航提升 4%
7 月 27 日，聯合電子發布全球首款批量鎂合金電驅動橋，以鎂代鋁實現 輕量化突破。一體鑄造殼體（電機、減速器、逆變器深度集成）將重量由 25 kg降至 17kg，單套減重 8kg，總成功率密度達 4.4kW/kg，峰值功率超 250kW。 針對鎂合金剛度低、易腐蝕、高溫蠕變三大難題，聯合電子通過結構優化、 獨立水道隔離及特殊材料工藝完成技術攻關，NVH與耐蝕性能均達鋁合金水 準。裝車實測顯示，整車百公里電耗降低 4.2% ，500km續航車型可額外增加 21km ，同時減少維護成本。該產品兼容平行軸或行星排減速方案，適配小型 至中大型新能源車型，預計 2025 年四季度起批量供貨。此前，上汽智己、 匯川聯合動力、星驅科技已相繼實現鎂合金電驅殼體量產，單車用鎂量由 15 kg向 45kg躍升，標志著新能源車輕量化進入“鎂時代 ”。
2. 匯川聯合動力發布新一代商用車油冷電機
7 月 17 日，匯川聯合動力推出專為輕卡、重卡設計的油冷電機系統。通 過電機、油泵、油冷器一體化設計，油液直接噴淋定轉子并主動潤滑軸承， 凝露風險大幅降低，設計壽命首次突破百萬公里，持續輸出功率較水冷方案 提升 30% ，峰值轉速可達 25000 rpm 。同時絕緣系統全面升級，滿足 1000V 高壓平臺。
展開 盤點丨中外企業主流電驅（橋）技術！
電驅動三合一產品就是來自電控、電機和總成三個工廠歷時兩年共同精心打造的一款高度集成的電驅動產品。其集成化可以降低整車成本，降低零部件體積，提高相應參數。對于消費者而言，購車成本會降低，車內空間會提高，整車能耗更低。
10
零跑汽車
零跑汽車作為造車新勢力品牌中的新晉熱門品牌，也在近期靠著強大的自研實力逐漸嶄露頭角，與眾多新勢力造車第一梯隊共同入選榜單。其"三合一"電驅總成"Heracles（海格力斯）"也已經進入大眾視野。
峰值功率：125Kw，峰值扭矩：250Nm，峰值轉速：11,700rpm。
在保證集成后的電驅總成在體積質量縮小、UVW高壓線束不知縮短等性能前提下，零跑汽車的電驅動總成實現減重30%、體積縮減40%，使其整體車身空間利用率上提升50%以上，做到了驅動總成整體重量才91kg，為駕乘空間和續航里程提供了有力的保障。
展開 電驅橋丨從超高速純電動汽車到48伏高功率電驅橋
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