[汽車之家 技術(shù)]  集成化設(shè)計(jì)，用白話說就是“多合一”，在汽車領(lǐng)域，集成化設(shè)計(jì)比較普遍，比如我們今天要聊的集成化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；千萬不要小看電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的集成式設(shè)計(jì)，它能讓我們獲得更大的乘坐、儲(chǔ)物空間，甚至還能為我們省電；那么究竟什么樣的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)才算集成式設(shè)計(jì)呢？它不會(huì)給我們帶來弊端嗎？這又是不是未來的正確發(fā)展方向呢？

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1、電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電控系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)、逆變器、減速器等部件組成；

2、集成化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由最初的二合一設(shè)計(jì)，演變成三合一設(shè)計(jì)、集成式電驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)；

3、集成化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有效降低了生產(chǎn)成本，減小了系統(tǒng)體積、重量，也使其布局更加靈活；

4、集成化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的熱管理更加復(fù)雜、維修不便利、故障率可能增加；

5、集成化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是發(fā)展趨勢(shì)，但日后電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)如何集成充滿各種可能性。

● 老說電驅(qū)，電驅(qū)都有啥？

　　電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包含的部件較多，比如電控系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)、逆變器、減速器等等，電動(dòng)機(jī)大家一定非常熟悉，但電控系統(tǒng)、逆變器、減速器這些部件的作用都是什么呢？它們?cè)谡麄�(gè)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中充當(dāng)了什么角色呢？

　　首先整個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊的“大領(lǐng)導(dǎo)”就是電控系統(tǒng)，若沒有電控系統(tǒng)的“指揮”，驅(qū)動(dòng)模塊的各部件就像一群無組織的孩子，根本不知道如何做到有條不紊。而電控系統(tǒng)又可分為四個(gè)模塊，分別是整車決策模塊（VCU）、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模塊（MCU）、電池控制模塊（BMS）以及電子管理模塊（BMU）。

　　負(fù)責(zé)指揮電機(jī)如何工作、如何輸出動(dòng)力的模塊即MCU（驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模塊），其可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)功率單元、扭矩、功率、轉(zhuǎn)速、電流轉(zhuǎn)換的控制。MCU將控制指令轉(zhuǎn)換為信號(hào)傳遞給IGBT，IGBT再接收、執(zhí)行這些指令。

　　IGBT是MCU的“下家”，同時(shí)又是逆變器的核心、執(zhí)行單元，IGBT的作用即是指揮逆變器對(duì)電流做出正確的轉(zhuǎn)換；逆變器又有什么作用呢？由于電機(jī)需要的是交流電，而動(dòng)力電池所提供的電流為直流電，所以這中間就需要逆變器來轉(zhuǎn)換——將電池輸出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電傳遞給電機(jī)。

　　逆變器將電池中的電流傳遞到電機(jī)，電機(jī)是不是就可以直接驅(qū)動(dòng)車輪了呢？如下圖所示，電機(jī)的動(dòng)力輸出特性為：從0rpm/min開始輸出峰值扭矩，但當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速高于恒扭矩區(qū)間時(shí)，電機(jī)扭矩就會(huì)有所下降，所以這時(shí)就需要減速器的介入，減速器通過多級(jí)齒輪的傳動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)降低轉(zhuǎn)速、提升扭矩的效果，從而滿足車輛高速行駛時(shí)對(duì)扭矩的需求。

● 什么樣的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)算是集成化？

　　我們說完了電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的幾部分，那是不是直接把這幾部分用連接線連起來就行呢？最初的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)確實(shí)不存在集成式設(shè)計(jì)，其電機(jī)、逆變器、充配電系統(tǒng)等部件均單獨(dú)布置，各部件間靠線束連接即可，這也導(dǎo)致當(dāng)時(shí)的電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)如下圖所示，看起來十分復(fù)雜。集成化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)呢？雪佛蘭Bolt就采用了二合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，二合一也是最初的集成式設(shè)計(jì)。

　　雪佛蘭Bolt將永磁電機(jī)、減速器與車橋集成在一起，形成了簡單的集成式電驅(qū)動(dòng)橋。雖然雪佛蘭Bolt結(jié)構(gòu)圖中各部分看起來還是比較復(fù)雜，但至少其驅(qū)動(dòng)橋做到了二合一，如果單看驅(qū)動(dòng)橋的話，如此集成化設(shè)計(jì)確實(shí)縮短了各部件間的距離，使整體結(jié)構(gòu)變得更加緊湊。

　　除了雪佛蘭Bolt的電驅(qū)動(dòng)橋，零部件供應(yīng)商博格華納、采埃孚的集成式電驅(qū)動(dòng)橋也是當(dāng)今電動(dòng)車領(lǐng)域集成化應(yīng)用的例子，它們所做的集成化系統(tǒng)由二合一升級(jí)成了三合一、多合一；以博格華納的31-01型eGearDrive電驅(qū)動(dòng)橋?yàn)槔�，其將電機(jī)、電控、減速器等部件與車橋相結(jié)合，相比普通電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來說，它同樣做到了結(jié)構(gòu)緊湊、重量較輕，特斯拉Roadster搭載的就是該電驅(qū)動(dòng)橋，且目前該產(chǎn)品已被特斯拉買斷。

　　除了國外的產(chǎn)品，目前許多中國品牌電動(dòng)車也趨向于采用高度集成化的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。比如蔚來的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、比亞迪e平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)模塊，它們采用不同形式將電機(jī)、電控、逆變器、減速器中的三種集成在了一起，業(yè)界也稱之為三合一集成式設(shè)計(jì)，目前三合一也是比較常見的集成化方式。

　　我們以蔚來汽車的“三合⼀”⾼度集成化電驅(qū)動(dòng)單元（PEU,GB,EM）為例，PEU即逆變器，GB即Gearbox減速器，EM即E-Motor一體集成電機(jī)，此外其逆變器本身還集成了電機(jī)控制器、IGBT，所以其整個(gè)驅(qū)動(dòng)單元實(shí)際包括了電動(dòng)機(jī)、減速器、逆變器、電機(jī)控制器、IBGT。

　　再以比亞迪e平臺(tái)的多合一動(dòng)力模塊為例，其三合一動(dòng)力模塊集成了電機(jī)、減速器、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電控；此外，其高壓充配電系統(tǒng)也是通過集成了車載充電器、逆變器、配電箱而實(shí)現(xiàn)的高壓電三合一模塊，甚至其各種車身控制器也都集成在了一塊PCB板上，這些集成化模塊組合起來也就誕生了比亞迪e平臺(tái)的“33111”（驅(qū)動(dòng)3合1、高壓3合1、1塊多合一控制器、1塊配備DiLink系統(tǒng)的屏幕、1塊高性能電池）。

　　既然如今國內(nèi)外有這么多制造廠商都在做集成化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，證明“集成式”設(shè)計(jì)確實(shí)有其獨(dú)到之處，那么我們就聊一下它為何如此受歡迎，再聊聊它存在哪些弊端呢？

● 集成化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為何受歡迎？

　　首先集成式設(shè)計(jì)可以使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)體積減小、重量降低；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各部件被整合為一體，這無疑使整個(gè)系統(tǒng)更緊湊，減小了系統(tǒng)所占體積；而且各部件間的連接線材也因集成化而大幅減少，所以系統(tǒng)重量也得到了優(yōu)化。

　　由于系統(tǒng)體積減小，車輛各系統(tǒng)的布局可以更加靈活，這有利于車企為不同的車型搭載同一套系統(tǒng)；對(duì)于用戶來說，我們得到好處就是：可獲得最大化的乘坐、儲(chǔ)物空間；就好像某些概念車一樣，它無需配備傳統(tǒng)意義上的機(jī)艙來布置繁多的系統(tǒng)部件，所以底盤上部可以完全設(shè)計(jì)成乘坐空間，或者像特斯拉一樣，其可具備額外的前備廂儲(chǔ)物空間，這是未采用集成化設(shè)計(jì)或集成化程度低的純電動(dòng)車無法比擬的；而車重的降低，則會(huì)使車輛能耗更低、續(xù)航里程更長。

　　此外，因?yàn)榧�成化設(shè)計(jì)有效減小了各部件間的距離，所以也就減少了銅線等昂貴材料的使用，還優(yōu)化了能量傳輸路徑；由于電機(jī)系統(tǒng)所采用的線材較粗，所以這些線材是不可忽略的生產(chǎn)成本，而能量傳輸路徑短帶來的好處就是可以避免系統(tǒng)產(chǎn)生多余的電耗，使動(dòng)力總成效率更高，我們?nèi)粘Ｓ密囍心苤庇^感受到的就是：同等電池容量下能耗更低。

● 集成化設(shè)計(jì)帶來的弊端

　　盡管目前國內(nèi)外的車企、零部件供應(yīng)商都在做集成化系統(tǒng)，但它為廠商、消費(fèi)者帶來的負(fù)面影響還是不容忽視。若不采用集成化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)各部件與空氣的接觸面積就能更大，這有利于系統(tǒng)散發(fā)熱量；而系統(tǒng)采用集成化設(shè)計(jì)后，幾個(gè)部件間并無間隙，這就需要廠商重新考量整個(gè)系統(tǒng)的散熱設(shè)計(jì)，以保證各部件處于正常的工作溫度，如此一來會(huì)將簡單的風(fēng)冷/液冷冷卻系統(tǒng)復(fù)雜化，更加考驗(yàn)廠商的技術(shù)、設(shè)計(jì)。

　　在后期用車方面，若各系統(tǒng)不采用集成化設(shè)計(jì)，逆變器單獨(dú)布置、電動(dòng)機(jī)單獨(dú)布置，哪個(gè)部件出現(xiàn)問題即可單獨(dú)處理。但高度集成化之后，維修、更換某個(gè)部件需顧及到整個(gè)系統(tǒng)的情況，這不僅會(huì)增加維修成本，對(duì)維修技術(shù)更是考驗(yàn)，甚至拆下某個(gè)部件可能都需要專業(yè)工具的輔助，恐怕很多街邊小店都無法處理。

　　此外，集成化系統(tǒng)可以理解為是“小而精”的產(chǎn)品，相信大家能猜到，集成化設(shè)計(jì)與各部件獨(dú)立布置相比，前者往往需要更高的生產(chǎn)、裝配工藝，若用料、裝配品控不過關(guān)，整個(gè)系統(tǒng)的故障率就很可能會(huì)大幅上升，甚至某個(gè)部件的小故障會(huì)直接影響整套系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。所以集成化設(shè)計(jì)為車企設(shè)置了技術(shù)門檻，如果車企技術(shù)不過關(guān)，帶來的結(jié)果可能就是消費(fèi)者買到一輛故障率很高的車。

● 未來會(huì)是集成化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的天下嗎？

　　以目前的發(fā)展來看，高度集成化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)/充配電系統(tǒng)等集成化行為已經(jīng)是廠商、零部件供應(yīng)商們所在遵循的趨勢(shì)，因?yàn)榧�成化設(shè)計(jì)不僅可以為廠商帶來輕量化、布局靈活、成本低等好處，其還可為消費(fèi)者帶來最大化的乘坐空間、提升用車體驗(yàn)等好處，比如2016款北汽新能源EX200的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)并未采用集成化設(shè)計(jì)，而2018款北汽新能源EX360已經(jīng)開始采用集成式電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

　　至于日后集成化設(shè)計(jì)將如何發(fā)展，早在1900年，保時(shí)捷上就曾出現(xiàn)過輪轂電機(jī)，這無疑是高度集成化的設(shè)計(jì)，但由于該方案存在增加懸架簧下質(zhì)量、技術(shù)要求高、耐久性受考驗(yàn)等問題，所以輪轂電機(jī)一直未得到廣泛應(yīng)用，不過，或許日后就會(huì)有廠商攻克這一技術(shù)難題。

　　或者未來驅(qū)動(dòng)橋的集成化程度是不是還能更高呢？以至于驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)等系統(tǒng)只需要一個(gè)高度極低的驅(qū)動(dòng)橋就能解決，那是不是就不需要機(jī)艙了呢？總之，我認(rèn)為未來新能源車會(huì)突破我們的想象，達(dá)到極致的輕量化、乘坐空間最大化，成為車輪上的“起居室”。

全文總結(jié)：

　　也許很多人不曾想到，2013年中國新能源汽車產(chǎn)銷量不過才1.7萬輛/1.81萬輛，但2018年中國新能源汽車產(chǎn)銷量已經(jīng)達(dá)到127萬輛/125.6萬輛；新能源汽車行業(yè)飛速發(fā)展的同時(shí)，當(dāng)然需要不斷創(chuàng)新、進(jìn)步的零部件配套技術(shù)來配合新能源汽車的發(fā)展，而集成化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)正是其中之一。其實(shí)除了我們今天所聊的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)外，充配電系統(tǒng)、控制器等系統(tǒng)都可進(jìn)行集成化處理，相信日后也一定會(huì)有更多車企做出高度集成化的系統(tǒng)。（文/汽車之家 尤冬青）

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