隨著全球二氧化碳排放標準的日益嚴格，并且世界上一些人口最密集的城市亟需解決用車需求問題，電驅(qū)動橋產(chǎn)品將迎來發(fā)展的黃金時期。目前，由于全電動車型仍處于醞釀階段，因此電動驅(qū)動橋看上去是一個將當前車型電動化的理想選擇。

電驅(qū)動橋系統(tǒng)也稱為電動全輪驅(qū)動系統(tǒng)（eAWD），指的是一種裝在一個車橋結(jié)構(gòu)中的機電系統(tǒng)，其中包含一個電機、動力電子元件和一種相當于變速箱或差速器的裝置。與傳統(tǒng)內(nèi)燃機（ICE）或混合動力系統(tǒng)聯(lián)合工作時，該系統(tǒng)能夠為原本沒有電力驅(qū)動的車橋增添電驅(qū)動力，因此被稱為eAWD系統(tǒng)。

隨著越來越多的城市設立了專門的零排放區(qū)，零排放車輛的重要性與日俱增。沃爾沃XC90 T8插電式混合動力SUV采用了eAWD系統(tǒng)（電驅(qū)動后橋系統(tǒng)由GKN集團所提供），并配有10.4 kwh電池。這一車型在EPA標準下的純電續(xù)航里程可達19英里。（圖片來源：GKN集團；沃爾沃）

通過將電子組件、電機與差速器集成為一體，電驅(qū)動橋系統(tǒng)可以提升各種級別汽車的封裝靈活性、電氣化程度以及性能，起到了出色的整合作用。由于幾乎所有交通領域都必須采取一定形式的電氣化，以滿足二氧化碳排放限值，因此電驅(qū)動橋這一創(chuàng)新設備一下變得炙手可熱起來。

然而一位一級供應商直接表示：“我們簡直要忙壞了。”

幾位接受本文作者采訪的工程師們均表示，電驅(qū)動橋較強的適應性帶動了整個技術的快速發(fā)展。不過，許多一級供應商們也逐漸發(fā)現(xiàn)“模塊化”不等于“插件”。對供應商而言，人們最感興趣的模塊化技術，同樣增加了技術迭代的難度，也帶來了系統(tǒng)集成方面的新挑戰(zhàn)。

Dana公司推出的新型eS5700r 電驅(qū)動橋系統(tǒng)，能夠直接取代現(xiàn)有的中型卡車與公交車懸架。安裝有該款電驅(qū)動橋系統(tǒng)的新款東風卡車于近期正式在中國投入運營。本電驅(qū)動橋系統(tǒng)由液冷電機、逆變器、盤式制動器構(gòu)成，并且僅重673磅（305千克）。（圖片來源：Dana公司）

電驅(qū)動橋背后的推動力

盡管某些地區(qū)的市場因政治問題而出現(xiàn)動蕩，但二氧化碳排放標準的嚴格化，是全球的普遍趨勢。最近，一些主要城市的零排放區(qū)正在制定各項舉措，以推動純電動車的普及。而電驅(qū)動橋是一種可以同時解決多個問題的理想部件。

德納（Dana）公司電氣化與混合動力部門高級主管Michael Lembke表示，二氧化碳排放標準是推動汽車電氣化的最主要原因，不過“各個國家的標準都不一樣”。中國的影響力非常大，因為它強制規(guī)定了電動汽車的比例。Lembke指出：“中國不僅規(guī)定了車隊的二氧化碳排放限值，它還規(guī)定在OEM生產(chǎn)的汽車中，必須有8%采用動力電池。”

盡管中國近期出臺的法規(guī)會推動電驅(qū)動橋應用的普及，但其他市場上更有可能出現(xiàn)電動汽車的需求上升。

吉凱恩傳動系統(tǒng)公司（GKN Driveline）高級工程副總裁Theo Gassmann表示：“我們在中國的業(yè)務將在未來幾年中高速增長。但歐洲與美國也不落后，所有頂尖OEM都在加大對電動車及插電式混合動力汽車的研發(fā)與投資力度。二氧化碳減排計劃的出臺、當?shù)匚廴締栴}的加重以及零排放區(qū)的設立，都大大推動了各地區(qū)的電氣化發(fā)展。”

據(jù)IHS Markit 市場調(diào)研公司汽車技術領域首席分析師Graham Evans稱，電驅(qū)動橋行業(yè)將迎來顯著增長，并指出：“我們預測，2017-2023年，輕型車用電驅(qū)動前橋的復合年均增長率將達到35%，后橋?qū)⑦_到46%。”

根據(jù)IHS 公司的預測，電驅(qū)動前橋系統(tǒng)的產(chǎn)量將從2017年的75萬臺增長到2023年的450臺以上，而同時，電驅(qū)后橋/全輪驅(qū)系統(tǒng)的產(chǎn)量也將分別從32萬臺/11萬臺增長到300萬臺/250萬臺。而隨著零排放區(qū)在全球主要城市及地區(qū)的設立，電驅(qū)動橋產(chǎn)品的商業(yè)應用將使其產(chǎn)量進一步高于預期。

Dana公司輕型車工程副總裁Seth Metzger表示：“如果我們只考慮商業(yè)領域，城市內(nèi)使用的工作車輛和配送車輛是需要全電動的。而那些來往于城市間的車輛在進城后需要在一段時間內(nèi)切換為純電模式。”

麥格納動力總成系統(tǒng)公司所提供的eDrive電驅(qū)動橋系統(tǒng)由變速箱、電機與逆變器構(gòu)成。圖中顯示的中置電驅(qū)動橋系統(tǒng)能提供高達3800 N·m的扭矩，可用于混合動力汽車與純電動汽車。（圖片來源：麥格納）

快速迭代與成本問題

對于汽車制造商們而言，幸運的是，電驅(qū)動橋產(chǎn)品能夠適應現(xiàn)有的汽車結(jié)構(gòu)，幫助解決上述汽車二氧化碳排放方面的問題。來自Dana公司的Lembke解釋說：“由于時間緊迫，現(xiàn)在很多OEM們都要求在他們現(xiàn)有汽車結(jié)構(gòu)（包括發(fā)動機、變速箱、傳動軸、排氣系統(tǒng)與油箱）的基礎上，直接安裝一個eAWD系統(tǒng)。”

極強的適應性，是電驅(qū)動橋技術廣受歡迎的主要原因。麥格納動力總成系統(tǒng)公司（Magna Powertrain）產(chǎn)品管理與傳動系統(tǒng)部門全球主管Walter Sackl解釋說：“很多的汽車制造商在生產(chǎn)汽車時，都已經(jīng)形成了自己固有的汽車平臺與汽車結(jié)構(gòu)，而采用電驅(qū)動橋部件后，我們能將原有的汽車結(jié)構(gòu)直接轉(zhuǎn)化為混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。并且，電驅(qū)動橋的尺寸往往可以輕松地裝進普通汽車。”

電驅(qū)動橋技術發(fā)展迅速，它的應用還使得是原有汽車平臺的安裝工作相較于幾年前變得更為方便。GKN集團的Gassmann解釋說：“每一款新的電驅(qū)動橋產(chǎn)品都會增添新的特征，并且集成度也更高、布置更為緊密，也更為先進。最開始的電驅(qū)動橋有多個組成部分：一臺與變速箱相連的電機，一臺位于后備箱的逆變器，所有部件都由電纜連接。而現(xiàn)在的系統(tǒng)整合程度很高，逆變器、電機和變速箱基本整合在一起，組成一個完整的部件。”

任何新的系統(tǒng)在投入運營時都會遇到一定的工程挑戰(zhàn)，電驅(qū)動橋系統(tǒng)也不例外。電驅(qū)動橋系統(tǒng)在推出時遇到的最大的一個挑戰(zhàn)在于，由于推動電動車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的是二氧化碳排放法規(guī)，而非消費者需求，因此OEM難以從電動車市場中獲利。

Dana 公司的Metzger表示：“高昂的成本是制約電動車發(fā)展的一大障礙。許多OEM都坦言，純電動車難以獲利。但隨著電驅(qū)動橋產(chǎn)量的增加，市場份額也會提升，并相應帶動電池、電機與逆變器成本的下降。這些部件的成本最后都會降低，因為OEM必須獲利才能生存。”

要想降低成本，除了提升電驅(qū)動橋的產(chǎn)量外，還需要降低原材料的價格壓力。IHS Markit公司的Evans表示：“電驅(qū)動橋是電動車中第二昂貴的部件，而鑒于目前激烈的市場競爭，單位成本應該很快就會下降了。”

Evans指出，電機使用的稀土金屬原料是導致價格居高不下的主要原因。不過他也表示，“現(xiàn)在已經(jīng)有很多公司開始開發(fā)無稀土電機，這樣供應鏈上的這一限制將不復存在，也不會阻礙技術發(fā)展了。”

除了成本方面的挑戰(zhàn)外，所有接受《汽車工程》雜志采訪的供應商們都指出，噪聲、振動與不平順性（NVH）問題也是電動汽車所面臨的一個新挑戰(zhàn)。

ZF電動交通部門驅(qū)動橋系統(tǒng)產(chǎn)品/項目管理主管MichaelWetzel 指出：“由于電動車很安靜，因此只要汽車傳動裝置、電子元件以及電機發(fā)出一點噪音，你就能聽得很清楚。而電動車的部件布置又較為緊密，功率重量比較高，因此難以同時采用所有的NVH對策。”

要從系統(tǒng)層面上解決NVH問題，就需要先進的仿真模擬工具加以輔助。GKN的Gassmann解釋說：“從一開始，你就要牢記系統(tǒng)中每個部件以及這些部件的組合方式。然后，你需要確保基本部件要素都準確地布置到位，這樣才能保證汽車無噪聲地高效運行。這其中最關鍵的就是要選擇合適的潤滑油與軸承，也就是說要采用先進的潤滑技術，以盡可能減少發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中的摩擦損失。”

電驅(qū)動橋系統(tǒng)輸入轉(zhuǎn)速較高也是造成電動車NVH問題難解決的原因之一。一般高性能內(nèi)燃機的最高轉(zhuǎn)速只能達到8000 rpm，而相比之下，新一代電驅(qū)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速可達20000 rmp。Gassmann表示：“它和傳統(tǒng)系統(tǒng)截然不同，同時也帶來了艱巨的NVH難題。”

電驅(qū)動橋系統(tǒng)推廣所面臨的另一大挑戰(zhàn)在于系統(tǒng)布置形式的復雜性。來自Magna動力總成系統(tǒng)公司的Sackl表示：“傳統(tǒng)內(nèi)燃機總共只有六種布置方式，比如前橫置發(fā)動機前輪驅(qū)動，前縱置發(fā)動機后輪驅(qū)動等等。而電驅(qū)動橋系統(tǒng)的布置形式則復雜得多，可能會產(chǎn)生42種甚至更多的布置形式。”

ZF研發(fā)的新型完全集成式電驅(qū)動橋系統(tǒng)將于2018年底前交由一家歐洲制造商進行量產(chǎn)。（圖片來源：ZF）

OEM與供應商合作，加強系統(tǒng)集成

在此之前，零部件供應商主要專注于零部件的機械制造，而現(xiàn)在則需要與OEM客戶們共同合作，以應對集成系統(tǒng)、尤其是集成系統(tǒng)軟件研發(fā)制造方面的挑戰(zhàn)。

Gassmann也承認說：“OEM們現(xiàn)在開始同一級供應商合作，致力于集成式電驅(qū)系統(tǒng)的開發(fā)。這對我們供應商而言既是巨大的機遇，也是巨大的挑戰(zhàn)。不過這也意味著我們供應商需要做出重大的轉(zhuǎn)變，因為我們原先主攻的是機械零部件的整合，以及變速箱的制造等等，但現(xiàn)在我們卻需要擔負起整個系統(tǒng)集成的工作。”

麥格納的Sackl 表示：“過去是機械部件決定汽車的功能，而現(xiàn)在我們開始重點研發(fā)制造像電控離合器這樣的電子組件。因此，我們需要在現(xiàn)有汽車結(jié)構(gòu)的基礎上再加入控制軟件，這使得整個系統(tǒng)部件的生產(chǎn)流程變得復雜起來。”

Sackl繼續(xù)解釋說：“同以往相比，一級供應商所提供的產(chǎn)品的范圍也在不斷擴大。現(xiàn)在，我們所供應的大部分都是軟件類的部件產(chǎn)品，并且軟件類部件研發(fā)的工程人員，也已經(jīng)占到了我們工程人員總數(shù)的近一半之多。”

48伏電氣系統(tǒng) vs. 高壓電氣系統(tǒng)

48伏電驅(qū)動橋系統(tǒng)的應用前景如何？我們采訪的大部分供應商都表示，雖然許多新型舒適性技術與底盤技術的運行仍需要48伏系統(tǒng)的支持，但未來的電驅(qū)系統(tǒng)卻需要更高的電壓支撐。麥格納的Sackl解釋說：“48伏系統(tǒng)最主要的功能是向汽車的其它系統(tǒng)供電，但高壓電氣系統(tǒng)的主要功能則是為汽車提供動力。”

ZF的Wetzel對此表示贊同，他指出：“我們目前提供的大部分電驅(qū)動橋產(chǎn)品都是與高壓電氣系統(tǒng)相兼容的，因為這一系統(tǒng)下電驅(qū)動橋產(chǎn)品的輸出功率可達50 kw及以上，這為用戶在內(nèi)城區(qū)駕駛純電動車提供了可能。”

GKN的Gassmann也表示：“我們認為48伏電驅(qū)動橋系統(tǒng)的市場前景并不大，因為這一系統(tǒng)所能提供的扭矩很有限。如果你想在市中心駕駛電動車，并且想讓汽車保持足夠的扭矩、毫不費力地駛過路緣或是爬上停車場的斜坡，那么汽車只能以低速行駛。”

“但如果你更注重于二氧化碳減排目標的實現(xiàn)，那么就需要確保電動車能夠高速行駛，否則就發(fā)揮不了電動車的二氧化碳減排能力以及電驅(qū)動橋在提升汽車驅(qū)動性能方面的優(yōu)勢了。因此，要實現(xiàn)這一目標，就必須增加整個混合動力系統(tǒng)的設計成本，將傳統(tǒng)的變速箱升級為雙速變速箱，但這就又與原先的48伏低成本混合動力驅(qū)動橋系統(tǒng)的設計原則相違背了。”Gassmann繼續(xù)解釋道。

GKN推出的新型eTwinsterX電驅(qū)動橋系統(tǒng)擁有獨特的同軸特性，這大大減小了系統(tǒng)空間。該系統(tǒng)最大輸出功率達120kw（161hp），最大扭矩達210 N·m（155 lb· ft），并同時配置有雙速變速箱與扭矩質(zhì)量分配功能。（圖片來源：GKN）

汽車動力學與二氧化碳減排

作為零部件供應商，最重要的是生產(chǎn)出客戶想要的產(chǎn)品，而不應只是一味專注于提高產(chǎn)品的效率。將電驅(qū)動橋系統(tǒng)添加到現(xiàn)有汽車平臺中，除了能減少汽車二氧化碳的排放量、減小ICE的尺寸外，更為重要的是是能夠增提升車輛的性能。

GKN的Gassmann 指出：“雖然電驅(qū)動橋行業(yè)的發(fā)展必然會對機械式全輪驅(qū)動系統(tǒng)的市場造成一定的沖擊，但這不代表我們有所損失。相反，我們還獲利了，因為電驅(qū)動橋系統(tǒng)的價值遠高于機械式全輪驅(qū)動系統(tǒng)。”

Dana公司的Metzger表示：“大部分向我們詢問高性能系統(tǒng)報價的客戶都會問及汽車的扭矩矢量分配功能。從這里就可以看出，雖然燃油經(jīng)濟性是一個方面，但很多客戶所關注的已不僅僅是汽車的燃油經(jīng)濟性這么簡單，而是更注重汽車的整體性能以及駕駛樂趣。”

麥格納的Sackl也表示：“我們的主要目標是實現(xiàn)汽車動力學性能以及減排能力的提升，二者缺一不可。最終，我們將以增加客戶駕駛樂趣為主攻方向，提升汽車動力學性能，讓客戶真正享受到駕駛的樂趣。”

電驅(qū)動橋行業(yè)迎來快速發(fā)展期

無論最終推動電動車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的是排放法規(guī)，還是消費者需求，電驅(qū)動橋行業(yè)都將迎來重大變化。。

Dana公司的Lembke 表示：“看看過去5年中電氣化行業(yè)發(fā)生的改變就知道，電氣化行業(yè)正經(jīng)歷著內(nèi)燃機與變速箱過去25年中所經(jīng)歷的變革。每個月都有OEM宣布:‘到X年，我們混合動力汽車或純電動汽車的生產(chǎn)量將達到……’。尤其是在中國以外的地區(qū)，這樣的現(xiàn)象每周都有發(fā)生。”

GKN傳動系統(tǒng)部門的客戶與項目工程副總裁StevenLaChance表示：“有了全輪驅(qū)動技術后，我們解決了很多系統(tǒng)集成方面的問題，這很棒。但電驅(qū)動橋技術更讓人振奮，屬于工程師們的激動人心的時代終于到來了。”