本文主要給大家介紹一下電機(jī)系統(tǒng)和電驅(qū)動(dòng)總成產(chǎn)品的技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)中汽協(xié)統(tǒng)計(jì)，過去幾年的基本情況是，2011年新能源汽車銷量8200輛，其中純電動(dòng)車近5600輛其余2600輛為PHEV；2018年純電動(dòng)車就到了98.4萬輛，插電混合動(dòng)力車27萬輛，燃料電池車只有1527輛，三者加起來大概125.6萬輛。到2019年新能源汽車銷售120.6萬輛，其中純電動(dòng)120.6萬輛，其中純電動(dòng)車97.2萬、PHEV 23.2萬、FCEV2737輛。以上就是中國(guó)新能源汽車的現(xiàn)狀。盡管現(xiàn)在新能源汽車在我國(guó)汽車市場(chǎng)占比在5%以下，但就環(huán)保節(jié)能大趨勢(shì)而言，國(guó)人仍認(rèn)為汽車電動(dòng)化是汽車發(fā)展的未來，這個(gè)觀點(diǎn)與全球汽車技術(shù)進(jìn)步大潮吻合。 汽車為什么要電動(dòng)化？ 原因是隨著電能的清潔化，即可再生能源發(fā)電逐步增多，汽車電動(dòng)化將帶來節(jié)能減碳和低污染排放的優(yōu)勢(shì)。就汽車動(dòng)力系統(tǒng)而言，電驅(qū)動(dòng)總成的電機(jī)與內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力總成的發(fā)動(dòng)機(jī)相比優(yōu)勢(shì)明顯。發(fā)動(dòng)機(jī)從靜止的零轉(zhuǎn)速到怠速狀態(tài)不能工作，甚至連轉(zhuǎn)起來也需起動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，也就是說發(fā)動(dòng)機(jī)只能工作在怠速400~500rpm以上轉(zhuǎn)速范圍。乘用車發(fā)動(dòng)機(jī)的極限轉(zhuǎn)速或紅線轉(zhuǎn)速一般在5500-9000rpm。而商用車發(fā)動(dòng)機(jī)的極限轉(zhuǎn)速大多會(huì)在4000rpm左右。這就決定了發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能差，所構(gòu)成的動(dòng)力和傳動(dòng)系統(tǒng)離不開起動(dòng)機(jī)和變速器。電機(jī)系統(tǒng)則不同，它可從零一直到極高轉(zhuǎn)速都能工作，其高轉(zhuǎn)矩區(qū)位于低速段，這一點(diǎn)有區(qū)別于發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)矩區(qū)位于相對(duì)較高速段。該特點(diǎn)決定了電機(jī)可以自起動(dòng)，而且低速段動(dòng)力強(qiáng)，因而裝有電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的車輛百公里加速快，所構(gòu)成的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以直驅(qū)或者僅采用減速器，只有在動(dòng)力性要求極高超跑車和爬坡高速都有需求的工程車才需要變速器。第二個(gè)區(qū)別是，在橫坐標(biāo)轉(zhuǎn)速-縱坐標(biāo)轉(zhuǎn)矩坐標(biāo)系中，發(fā)動(dòng)機(jī)只能在第一象限運(yùn)行，而電機(jī)可以在四個(gè)象限工作。也就說電機(jī)向正方向轉(zhuǎn)的時(shí)候，轉(zhuǎn)矩可以為正（與轉(zhuǎn)速同向）產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)，也可以為負(fù)（與轉(zhuǎn)速反向）產(chǎn)生制動(dòng)；同理，電機(jī)向負(fù)方向轉(zhuǎn)的時(shí)候，轉(zhuǎn)矩方向也可以與轉(zhuǎn)速相同或相反，從而形成反向驅(qū)動(dòng)或制動(dòng)。因此，電動(dòng)化汽車可以自如地前進(jìn)與倒退、驅(qū)動(dòng)與回饋制動(dòng)。綜合起來就是電驅(qū)動(dòng)可四個(gè)象限運(yùn)行，即在轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩平面上的任何一點(diǎn)運(yùn)行，這是電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的另一點(diǎn)區(qū)別。 搭載內(nèi)燃機(jī)的國(guó)產(chǎn)傳統(tǒng)汽車，由于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)和變速箱控制等技術(shù)落后，極少車企做到百公里加速6秒以內(nèi)。借助于電機(jī)和電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力性，很多的車企（包括新造車勢(shì)力）都能夠做到百公里加速五秒甚至四秒以內(nèi)?？蛇M(jìn)行雙向機(jī)電能量換的電機(jī)系統(tǒng)，另一個(gè)作用是它可實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量回饋，這也是電動(dòng)化汽車節(jié)能的一個(gè)很重要方面。 根據(jù)國(guó)家電能清潔化的規(guī)劃，以化石能源煤電從2016年的68.5%、2030年的44%到2050年的13%占比逐步下降，以水電、核電、風(fēng)電和太陽能等清潔能源發(fā)電將取而代之，到2050年接近78%。如果一臺(tái)現(xiàn)階段排放二氧化碳188g/km的電動(dòng)車，僅靠電能清潔化到2050年就可減低二氧化碳排放到58g/km。可見減少二氧化碳排放主要途徑是電能的清潔化，當(dāng)然電機(jī)、控制器和電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率的提高也是節(jié)能減碳的一條路徑。人們關(guān)注的另一個(gè)重要問題是：靠燒煤發(fā)電運(yùn)行的電動(dòng)車是否能夠降低與PM2.5相關(guān)的污染排放？假設(shè)電能100%來自燃煤熱電廠（實(shí)際煤電占比已經(jīng)低于65%）、輸電和充電損耗分別是6%和10%，按2016年電廠統(tǒng)計(jì)每發(fā)1度電排放微顆粒和有毒氣體1克計(jì)算，對(duì)于百公里最高耗電量低于30kWh的B級(jí)以下電動(dòng)車（A級(jí)車低于20kWh/100km），那么一個(gè)電動(dòng)化的車所排放的有毒氣體和硅顆粒大約0.33g/km，小于汽油車國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)的0.665g/km的一半?？紤]煤電占比只有65%和B級(jí)車單車耗電遠(yuǎn)低于30kWh/km，實(shí)際B級(jí)電動(dòng)車排放與PM2.5相關(guān)的微顆粒和有毒氣體將遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于0.33g/km。結(jié)論不言而喻，電動(dòng)車即使100%用煤電，也比同噸位燃油車更環(huán)保。因此，“電能的清潔化+汽車電動(dòng)化”已經(jīng)成為我國(guó)節(jié)能減碳減排的戰(zhàn)略大旗。并制定了傳統(tǒng)汽車企業(yè)平均油耗在2020年達(dá)到5L/100km、2025年4L/100km、2030年3.2L/100km的能耗目標(biāo)。因?yàn)閭鹘y(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車達(dá)不到該油耗指標(biāo)，汽車電動(dòng)化就不再是一個(gè)可選項(xiàng)，而是一個(gè)必選項(xiàng)。 以上是我國(guó)對(duì)車企所生產(chǎn)的全部輕型車的加權(quán)平均油耗限額。這個(gè)百公里油耗顯然與駕駛工況相關(guān)?！笆濉焙汀笆濉鼻捌诘挠秃南揞~是建立在新歐洲工況（New European Driving Cycle,簡(jiǎn)寫NEDC）測(cè)評(píng)基礎(chǔ)上的。我國(guó)明年開始，NEDC將被全球輕型車測(cè)試循環(huán)（Worldwide HarmonizedLight-duty Vehicle Test Cycle, 簡(jiǎn)稱WLTC）所取代。值得注意的是WLTC比NEDC工況更嚴(yán)酷，同一輛車在WLTC測(cè)得的油耗將高于NEDC下測(cè)評(píng)結(jié)果。2021年我國(guó)執(zhí)行新能源和傳統(tǒng)汽車的“雙積分”政策。傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(ICE)、混合動(dòng)力汽車（HEV）和插電混合動(dòng)力車（PHEV）混動(dòng)狀態(tài)百公里油耗要在WLTC工況下測(cè)評(píng)，電動(dòng)車（BEV）、插電混合動(dòng)力車（PHEV）電動(dòng)狀態(tài)和燃料電池車（FCEV）電耗或氫燃料消耗須在中國(guó)工況（China Light-duty VehicleTest Cycle，簡(jiǎn)稱CLTC）下評(píng)測(cè)?！半p積分”不僅要求汽車油耗達(dá)標(biāo)，同時(shí)要求新能源汽車電耗和數(shù)量積分達(dá)標(biāo)才能無罰款地銷售燃油汽車。電機(jī)系統(tǒng)和電驅(qū)動(dòng)總成的評(píng)價(jià)體系也將逐步由僅考慮電機(jī)、控制器和電驅(qū)動(dòng)總成的最高效率逐步過渡到評(píng)價(jià)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在適當(dāng)工況（WLTC或CLTC等）下的油耗、電耗或氫耗等低能耗指標(biāo)。 新能源汽車的重要指標(biāo)是安全 工信部在2019年的10月25號(hào)發(fā)布了《電動(dòng)車安全指南》。作為電機(jī)系統(tǒng)與電驅(qū)動(dòng)總成安全安全指南專家組長(zhǎng)，組織了整個(gè)行業(yè)的主機(jī)廠、供應(yīng)商等產(chǎn)學(xué)研專家就電機(jī)和電驅(qū)動(dòng)安全從設(shè)計(jì)制造到檢驗(yàn)運(yùn)營(yíng)維保等全方位提出了安全建議和指導(dǎo)。盡管安全指南非強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，仍建議從事電驅(qū)動(dòng)相關(guān)行業(yè)的參考實(shí)施。 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可分為集中和分布驅(qū)動(dòng)。所謂集中驅(qū)動(dòng)就是把電機(jī)提供的動(dòng)力直接或通過減速器傳遞給差速器，再將動(dòng)力分配給左右兩個(gè)車輪，無論車輛直行還是轉(zhuǎn)彎這個(gè)過程都是自動(dòng)的。集中驅(qū)動(dòng)借助于差速器將動(dòng)力自適應(yīng)地傳遞給驅(qū)動(dòng)輪，這一點(diǎn)與傳統(tǒng)的動(dòng)力-傳動(dòng)總成，只是將發(fā)動(dòng)機(jī)換成了電機(jī)。所需注意的是，總成中的花鍵和齒輪要滿足電機(jī)四象限運(yùn)行對(duì)正反轉(zhuǎn)和正負(fù)轉(zhuǎn)矩的壽命和強(qiáng)度要求；所謂分布驅(qū)動(dòng)就是把輪邊電機(jī)或輪轂電機(jī)裝在輪子的邊上或者輪子中運(yùn)行，那么每個(gè)輪子的驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間就不能像差速器一樣自適應(yīng)分配轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，輪邊或輪轂電機(jī)之間需要控制器在直行和轉(zhuǎn)彎時(shí)協(xié)調(diào)控制，即分布控制。除了分布控制這個(gè)難題以外，如何把輪轂電機(jī)裝到現(xiàn)有機(jī)械制動(dòng)為鄰的狹小車輪中也是一個(gè)挑戰(zhàn)。密封、減振、舒適和輪胎壽命等也是輪轂分布驅(qū)動(dòng)面對(duì)的問題。但是，分布電驅(qū)動(dòng)減少了傳動(dòng)環(huán)節(jié)和路徑，具有較好的節(jié)能前景。因此輪邊和輪轂電機(jī)為代表的分布電驅(qū)動(dòng)，是挑戰(zhàn)和機(jī)遇并存的前瞻研發(fā)方向。

圖1.電驅(qū)動(dòng)總成研究?jī)?nèi)容（節(jié)能與新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)路線圖專家組初稿） 圖1是電動(dòng)化汽車電驅(qū)動(dòng)總成的主要研究對(duì)象，包括機(jī)電耦合混合動(dòng)力、純電驅(qū)動(dòng)和輪轂/輪邊驅(qū)動(dòng)總成。它們都是由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、功率電子控制器，減/變速器構(gòu)成的。再進(jìn)一步可分解成定轉(zhuǎn)子、傳動(dòng)部件、功率/控制模塊等，一直到材料、零部件/元器件級(jí)的電磁線、永磁體、軸承、傳感器、高低壓芯片/集成電路、無源電容/電感、齒輪、離合器等等 。
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