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

60秒快速閱讀：

1,、電驅(qū)動系統(tǒng)由電控系統(tǒng)、電動機,、逆變器,、減速器等部件組成；

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

3,、集成化電驅(qū)動系統(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)動系統(tǒng)是發(fā)展趨勢，但日后電驅(qū)動系統(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)動系統(tǒng)包含的部件較多,，比如電控系統(tǒng),、電動機、逆變器,、減速器等等,，電動機大家一定非常熟悉，但電控系統(tǒng),、逆變器,、減速器這些部件的作用都是什么呢？它們在整個電驅(qū)動系統(tǒng)中充當(dāng)了什么角色呢,？

　　首先整個驅(qū)動模塊的“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)又可分為四個模塊,，分別是整車決策模塊（VCU）、驅(qū)動系統(tǒng)模塊（MCU）,、電池控制模塊（BMS）以及電子管理模塊（BMU）,。

　　負責(zé)指揮電機如何工作、如何輸出動力的模塊即MCU（驅(qū)動系統(tǒng)模塊）,，其可實現(xiàn)對電機功率單元,、扭矩、功率,、轉(zhuǎn)速,、電流轉(zhuǎn)換的控制。MCU將控制指令轉(zhuǎn)換為信號傳遞給IGBT,，IGBT再接收,、執(zhí)行這些指令。

　　IGBT是MCU的“下家”,，同時又是逆變器的核心,、執(zhí)行單元，IGBT的作用即是指揮逆變器對電流做出正確的轉(zhuǎn)換,；逆變器又有什么作用呢,？由于電機需要的是交流電，而動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,。

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

● 什么樣的電驅(qū)動系統(tǒng)算是集成化,？

　　我們說完了電驅(qū)動系統(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)動系統(tǒng)確實不存在集成式設(shè)計,，其電機,、逆變器、充配電系統(tǒng)等部件均單獨布置,，各部件間靠線束連接即可,，這也導(dǎo)致當(dāng)時的電動車驅(qū)動系統(tǒng)如下圖所示，看起來十分復(fù)雜,。集成化電驅(qū)動系統(tǒng)如何實現(xiàn)呢,？雪佛蘭Bolt就采用了二合一電驅(qū)動系統(tǒng)，二合一也是最初的集成式設(shè)計,。

　　雪佛蘭Bolt將永磁電機,、減速器與車橋集成在一起，形成了簡單的集成式電驅(qū)動橋,。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)動橋做到了二合一，如果單看驅(qū)動橋的話,，如此集成化設(shè)計確實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)動橋,，零部件供應(yīng)商博格華納,、采埃孚的集成式電驅(qū)動橋也是當(dāng)今電動車領(lǐng)域集成化應(yīng)用的例子，它們所做的集成化系統(tǒng)由二合一升級成了三合一,、多合一,；以博格華納的31-01型eGearDrive電驅(qū)動橋為例，其將電機,、電控,、減速器等部件與車橋相結(jié)合，相比普通電驅(qū)動系統(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車也趨向于采用高度集成化的電驅(qū)動系統(tǒng),。比如蔚來的電驅(qū)動系統(tǒng),、比亞迪e平臺的驅(qū)動模塊，它們采用不同形式將電機,、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,，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，此外其逆變器本身還集成了電機控制器,、IGBT,，所以其整個驅(qū)動單元實際包括了電動機、減速器,、逆變器,、電機控制器、IBGT,。

　　再以比亞迪e平臺的多合一動力模塊為例,，其三合一動力模塊集成了電機、減速器,、驅(qū)動系統(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平臺的“33111”（驅(qū)動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)動系統(tǒng),，證明“集成式”設(shè)計確實有其獨到之處,，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)動系統(tǒng)為何受歡迎？

　　首先集成式設(shè)計可以使驅(qū)動系統(tǒng)體積減小,、重量降低,；驅(qū)動系統(tǒng)各部件被整合為一體，這無疑使整個系統(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),；對于用戶來說,，我們得到好處就是：可獲得最大化的乘坐、儲物空間,；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)計成乘坐空間,，或者像特斯拉一樣,，其可具備額外的前備廂儲物空間，這是未采用集成化設(shè)計或集成化程度低的純電動車無法比擬的,；而車重的降低,，則會使車輛能耗更低、續(xù)航里程更長,。

　　此外,，因為集成化設(shè)計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,、消費者帶來的負面影響還是不容忽視,。若不采用集成化設(shè)計，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)計后，幾個部件間并無間隙,，這就需要廠商重新考量整個系統(tǒng)的散熱設(shè)計,，以保證各部件處于正常的工作溫度，如此一來會將簡單的風(fēng)冷/液冷冷卻系統(tǒng)復(fù)雜化,，更加考驗廠商的技術(shù),、設(shè)計。

　　在后期用車方面,，若各系統(tǒng)不采用集成化設(shè)計,，逆變器單獨布置,、電動機單獨布置，哪個部件出現(xiàn)問題即可單獨處理,。但高度集成化之后,，維修、更換某個部件需顧及到整個系統(tǒng)的情況,，這不僅會增加維修成本,，對維修技術(shù)更是考驗，甚至拆下某個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)計與各部件獨立布置相比，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),，整個系統(tǒng)的故障率就很可能會大幅上升,，甚至某個部件的小故障會直接影響整套系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。所以集成化設(shè)計為車企設(shè)置了技術(shù)門檻,，如果車企技術(shù)不過關(guān),，帶來的結(jié)果可能就是消費者買到一輛故障率很高的車。

● 未來會是集成化電驅(qū)動系統(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,，因為集成化設(shè)計不僅可以為廠商帶來輕量化,、布局靈活、成本低等好處,，其還可為消費者帶來最大化的乘坐空間,、提升用車體驗等好處，比如2016款北汽新能源EX200的驅(qū)動系統(tǒng)并未采用集成化設(shè)計,，而2018款北汽新能源EX360已經(jīng)開始采用集成式電驅(qū)動系統(tǒng),。

　　至于日后集成化設(shè)計將如何發(fā)展，早在1900年,，保時捷上就曾出現(xiàn)過輪轂電機,，這無疑是高度集成化的設(shè)計，但由于該方案存在增加懸架簧下質(zhì)量、技術(shù)要求高,、耐久性受考驗等問題,，所以輪轂電機一直未得到廣泛應(yīng)用，不過,，或許日后就會有廠商攻克這一技術(shù)難題,。

　　或者未來驅(qū)動橋的集成化程度是不是還能更高呢？以至于驅(qū)動,、傳動等系統(tǒng)只需要一個高度極低的驅(qū)動橋就能解決，那是不是就不需要機艙了呢,？總之，我認為未來新能源車會突破我們的想象,，達到極致的輕量化,、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)達到127萬輛/125.6萬輛,；新能源汽車行業(yè)飛速發(fā)展的同時,，當(dāng)然需要不斷創(chuàng)新、進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)動系統(tǒng)正是其中之一,。其實除了我們今天所聊的電驅(qū)動系統(tǒng)外，充配電系統(tǒng),、控制器等系統(tǒng)都可進行集成化處理,，相信日后也一定會有更多車企做出高度集成化的系統(tǒng)。（文/汽車之家 尤冬青）

對于造車新勢力,，你怎么看,？