驅動電機作為新能源汽車的三大核心部件之一，相比傳統(tǒng)工業(yè)電機，無疑有著更高的技術要求。如何讓這顆“心臟”在汽車的整個運行壽命里始終強勁有力，是電機專家和整個行業(yè)長期思考、不斷進步的重要工作。

   前言

　　2017國家發(fā)改委一號文件《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點產(chǎn)品和服務指導目錄2016》中，關于新能源汽車“電機電控”部分重點提到了“用于驅動或發(fā)電的高效電機，輪轂電機，輪邊電機”，這意味著目前廣泛使用的中央直驅電機、剛進入市場不久的輪邊電機、還未開始市場化的輪轂電機都進入了“指導目錄”。

　　那么直驅電機、輪邊電機、輪轂電機以及相應的動力總成系統(tǒng)各自是什么特點，市場應用以及未來發(fā)展情況到底如何?

　　為此客車網(wǎng)先后采訪了多名汽車電機行業(yè)專家，聆聽他們對行業(yè)的思考和探索，同時深入調研中國新能源客車電機企業(yè)的最新技術和前瞻研發(fā)，歷時一月有余，三易其稿，匯總成文。感謝下列專家接受采訪，并為本文提供專業(yè)指導和寶貴意見：

　　電機如同汽車的心臟和大腦

　　關于電動汽車的“三電”，最形象的比喻為：電機是心臟，電控是大腦，它們把動力電池產(chǎn)生的電能像輸送血液一樣，輸送到整車和每一個零部件。

　　因此，電動汽車的發(fā)展不能僅僅集中在動力電池上，做好汽車的核心電機系統(tǒng)總成和整車控制更是至關重要。國家“千人計劃”專家、“十三五科技發(fā)展規(guī)劃”中“電機系統(tǒng)與電力電子”起草者、《中國制造2025》節(jié)能與新能源汽車技術路線圖多個章節(jié)主筆人蔡蔚對客車網(wǎng)說：“因為電驅動系統(tǒng)是電動汽車真正的核心，正如傳統(tǒng)汽車的內燃機發(fā)動機、變速箱一樣，它決定了汽車的品質。”

　　實際運營當中，即使搭載的動力電池優(yōu)質可靠，也會隨著使用年限，產(chǎn)生不同程度的衰減，因此，在同樣工況下，要維持電機正常輸出，保證整車系統(tǒng)性能，必然伴隨著三電系統(tǒng)損耗增加。

　　但如果采用高效電機和電力電子控制器通過優(yōu)質控制算法和軟件，可以一定程度上減少電池用量，也可以改善因使用年限產(chǎn)生的電池性能衰減——這是“三電”之間的關系，也是選擇優(yōu)質電機的原因——蔡蔚如是說。

　　很多公交公司抱怨電動客車續(xù)航里程一年比一年短，人們常常把這種情況全部歸結于電池性能衰減。但真實情況是，如果使用了劣質電機或其他傳動系統(tǒng)部件出問題，也可能造成里程衰減。

　　舉例來說，某公交公司2014年下半年投入使用一批純電動客車，當時261度電的標準續(xù)航里程150公里，剛開始運營狀況良好，甚至可以達到170公里。到2017年，同樣這批車，同樣的充電量以后，每充滿一次電卻只能跑70公里，更換新電池后也只能達到90公里。經(jīng)查實，這批車主要是被劣質電機拖累所致。電機專家表示，如果配置質量可靠的電機，就不可能出現(xiàn)這類問題。

　　從“異步電機”到“永磁直驅電機”

　　據(jù)有關機構統(tǒng)計，截止2016年底，我國永磁同步電機、交流異步電機和開關磁阻電機實現(xiàn)了系列化，產(chǎn)品的功率范圍覆蓋200千瓦以下整車的動力需求，轉矩范圍覆蓋450-3500Nm，主要指標達到國際先進水平并試下了大批量生產(chǎn)

　　據(jù)悉，早期推廣階段的電動客車，主要以異步電機(也叫感應電機)作為電動機使用，但由于異步電機需要產(chǎn)生激磁電流，導致附加了激磁損耗，再加上轉子電阻損耗，異步電機效率明顯低于永磁同步電機。

　　國家“千人計劃”專家、精進電動科技股份有限公司董事長余平認為，截止2016年，高效的永磁直驅電機在客車領域已經(jīng)基本取代了異步電機，成為了絕對的客車驅動主流。永磁直驅電機有降低電耗、降低運營成本、降低電池成本的優(yōu)勢。

　　國家863節(jié)能與新能源重大項目總體組電機專家、上海電驅動股份有限公司總經(jīng)理貢俊告訴客車網(wǎng)：從異步電機到永磁電機，宇通為行業(yè)起到了重要的引領作用。

　　據(jù)客車網(wǎng)了解，永磁電機的磁鋼性能是核心，磁鋼等級是關鍵，磁鋼選擇和設計是決定電機效能以及抗去磁性的關鍵之一。磁鋼成本占電機有效材料成本的20-30%，由于永磁電機的特征，劣質電機效率的衰減對電能的損失和續(xù)航里程影響較大，尤其是那些偷工減料、技術不過關的電機。

　　業(yè)內曾有企業(yè)過分減少有效材料來降低成本，然后調整控制器參數(shù)蒙騙整車企業(yè)和終端用戶，導致劣幣驅逐良幣。當新能源客車補貼退后，這種惡性競爭愈發(fā)抬頭。

　　從“永磁直驅電機”到“雙電機直驅”

　　眾所周知，當電機越來越輕量高效，動力電池可以相應少裝一些，整備質量也就能進一步實現(xiàn)輕量化。

　　在運營過程中，用戶和電機技術專家發(fā)現(xiàn)，常規(guī)單電機直驅逐漸表現(xiàn)出高坡度區(qū)域爬坡力不足、中高速性能不足，在重量、成本方面也有不足。據(jù)某客車企業(yè)技術人員介紹，該問題被精進電動獨有的“非對稱雙電機動力分配系統(tǒng)”解決：即把一個大電機(低速區(qū)高效)和一個小電機(中高速區(qū)高效)結合起來，使得系統(tǒng)在更加寬廣的工況區(qū)中有更高的效率，在實現(xiàn)高動力的同時，進一步改善能耗。據(jù)介紹，這一技術比同級別的單電機系統(tǒng)電耗水平降低5-10%，效能明顯提升。

　　雙電機直驅近些年陸續(xù)在電動客車上應用，當使用偏置門式橋的時候，電動公交車也可以很好地實現(xiàn)低地板，滿足了廣大公交用戶的需要。

　　余平對客車網(wǎng)表示，中央驅動方式對傳統(tǒng)的整車設計沖擊較小，而且可以調整成多種多樣的驅動方式，如單電機直驅、雙電機直驅、變速方案、減速方案、混動(含增程式)方案，而后文提到的(輪邊或輪轂)驅動方式缺乏這些靈活性，限制了產(chǎn)品的普及和發(fā)展。

　　余平認為：無論是從傳統(tǒng)零部件搭載，還是生產(chǎn)規(guī)模經(jīng)濟效益來看，中央集中驅動電機是未來客車市場的主流，這個時間至少要持續(xù)3-5年。

　　(也有專家認為，“中央直驅”表述不如“集中驅動”更科學，因為直驅電機也就是集中驅動。本文兩種說法均采納)。

　　從“集中直驅”到分布式“輪邊電機”

　　當中央直驅電機(集中直驅)已經(jīng)廣泛被客車用戶所接受的時候，部分用戶悄悄把眼光看向了更高處：一方面電動客車對整車輕量化的需求越來越強烈，另一方面公交車需要更大面積的低地板，輪邊驅動電機應運而生。

　　輪邊電機可以讓傳動系統(tǒng)進一步減重瘦身，取消了客車 “后牙包”，實現(xiàn)了前后貫通低的地板，其獨立懸架可以使公交車實現(xiàn)寬通道——部分公交公司的目光立即被吸引住了。

　　2014年起，比亞迪裝載輪邊電機的客車在國內問世，其后在南京、杭州、深圳等地推廣，受到了廣大公交公司的歡迎。藉此，比亞迪客車品牌在業(yè)內迅速滲透。目前搭載輪邊電機的K9已經(jīng)有數(shù)千輛公交車在運行。

　　據(jù)長期從事輪邊電機技術研發(fā)的成都聯(lián)騰動力控制技術有限公司董事長史迪新向客車網(wǎng)介紹，采埃孚是國際上第一家電驅動車橋的輪邊電機，最早在沃爾沃客車上應用。其后，國內陸續(xù)有比亞迪、長江客車(五龍公司)，中植客車帶獨立懸架輪邊電機的客車進入公告目錄，宇通也在研發(fā)生產(chǎn)輪邊電機，應該很快進入公告。

　　輪邊驅動，在應用于汽車之前，其實更多的是應用在地鐵和高鐵上中國稱雄世界的先進技術，時速380公里的高鐵，使用的就是輪邊電機。客車網(wǎng)關注到，在2016年下半年，比亞迪推出的云軌商用車上，應用了自主研發(fā)的輪邊電機技術。

　　資料顯示，比亞迪云軌的輪邊電機技術，在體積、重量、扭矩、精度、噪音以及全壽命周期養(yǎng)護費用層面進行有效的平衡，其技術全部自主研發(fā)、自行生產(chǎn)的輪邊驅動電機，采用永磁同步技術，電動機直接驅動行走機構。

　　據(jù)史迪新向客車網(wǎng)表示：輪邊電機的技術要求比其他驅動電機更高一些。輪邊電機居于簧下，需要更好的抗振性和密封性，還要以較小的體積、較低的重量獲得足夠的扭矩、低噪音、低發(fā)熱，設計難度加大，實用驗證時間不如中央直驅電機，市場還需要給輪邊電機更多的時間來驗證。

　　但隨著輪邊電機的規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化，我們相信，輪邊電機的成本會逐漸降低，這對中國電動客車的技術進步和輕量化意義重大。

　　“輪轂電機”市場化路在何方?

　　當搭載輪邊電機的新能源公交車還在市場化進程初期，各公交公司負責人和客車企業(yè)技術員還在研究探索中，一種將電機裝在輪轂上的分布驅動方式也出現(xiàn)了，那就是輪轂電機。

　　2016年底，天津天海同步集團旗下子公司湖北泰特，讓荷蘭一家歐洲最大的新能源汽車輪轂電機生產(chǎn)商的技術姓了“中”。該公司董事長呂超長期從事變速器、電機研究，他向客車網(wǎng)表示，新能源汽車動力系統(tǒng)發(fā)展分為三個階段，第一代是中央電機集中驅動技術，第二代是輪邊電機技術，第三代是輪轂電機技術。

　　據(jù)介紹，與前兩代技術相比，輪轂電機技術具有更加高效、節(jié)能、輕量化、小型化等諸多優(yōu)點，能有效解決新能源汽車成本、降低整體能耗等問題，是最直接、最高效的驅動方式，是未來的應用趨勢。

　　呂超和他的技術專家們認為，從技術發(fā)展角度來講，輪轂電機是將來傳統(tǒng)汽車或者電傳動驅動發(fā)展的一個方向。這種技術使汽車由中央式驅動改為分布式驅動，省掉變速器、傳動軸、差速器等傳動部件，將動力、傳動和制動裝置整合到輪轂內，實現(xiàn)了新能源汽車發(fā)動機、變速機的一體化，從機械驅動轉為電驅動。

　　呂超表示，輪轂電機一旦在公交車、乘用車或轎車上大規(guī)模的推廣應用，它對整個傳統(tǒng)行業(yè)是一個革命性的沖擊。輪轂電機一旦放在12米客車上，傳統(tǒng)整車一些配套設備都會被取消。目前，荷蘭公司的輪轂電機已經(jīng)在歐洲國家的大巴、公交車上應用。

　　但也有人認為，從整車的控制角度，從輪轂電機本身，從一體化的執(zhí)行實施等方面，輪轂電機將涉及機、電、熱等很多技術難題，只有把所有的問題解決以后，輪轂電機才能真正在公交車或者在商用車上得到應用，到那時，輪轂電機的市場化方向才能看得清楚。有被采訪者認為，這至少需要3—5年的時間。

　　“驅動電機動力總成”中國市場布局

　　天下大勢，分久必合。不論哪種技術路線，業(yè)內大咖普遍認為最終的方向就是“集成”。作為國家永磁同步電機行業(yè)標準第一起草單位的負責人，貢俊表示：從整機廠需求來看，國外大佬都往總成化走。不同的動力系統(tǒng)構型都可以實現(xiàn)總成，包括商用車電機變速箱總成、雙電機總成等，當前乘用車動力總成系統(tǒng)也在探索是否可以在客車里面做應用。

　　據(jù)貢俊介紹，目前帶減速器的高速電機總成(轎車的標配)，或帶自動變速器的永磁電機系統(tǒng)，可以比現(xiàn)有的驅動電機效率更高。

　　(清華大學汽車研究院)蘇州新能源汽車研究所所長、蘇州綠控傳動科技有限公司董事長李磊告訴客車網(wǎng)：當前國內客車已經(jīng)市場化的動力總成主要有中央直驅、電機加變速箱、電機加減速箱、輪邊驅動橋和中央電驅橋。輪邊驅動橋需要兩套電機和電機控制器，成本較高，且電子差速控制較為困難;電機加減速箱的方案難以同時兼顧輸出扭矩和車速的要求。因此這兩種動力總成市場推廣的不多。

　　應用最為廣泛的是中央直驅和電機加變速箱的方案。中央直驅方案結構簡單、可靠性高，但是重量較重，如果是用于車速要求較高的公路客車，能耗也較高。8米以上客車直驅方案成本也較高。電機加變速箱的方案，爬坡度更高、重量更輕、電耗較低、成本較低，且其輕量化優(yōu)勢和成本優(yōu)勢在更大的車型上更明顯。

　　李磊認為，綜合來看，8米以下客車中央直驅的方案更具競爭力，而8米以上的客車比較適合用電機加變速箱的方案。當然由于電機的高效區(qū)較寬，變速箱一般采用兩檔箱即可。中央電驅橋特別是帶兩檔的電驅橋因為取消了傳統(tǒng)的主減速器，可以明顯的降低電耗，在8米以下客車上有較好的應用潛力。

　　據(jù)了解，目前國內的客車用戶已經(jīng)普遍能接受更高效的電機動力總成系統(tǒng)，只不過具體到性價比和技術差異化，還需要進一步培訓用戶(培養(yǎng)市場)。

　　未來趨勢：輕量化+終生免維護

　　我們現(xiàn)在面對的是一個2800萬輛的市場，這是世界上最大的市場，也是世界上最多元化的市場，技術發(fā)展不會止步，市場呼喚更好性能、更高效率和更優(yōu)成本的電機系統(tǒng)。

　　蔡蔚提出，未來電機的發(fā)展方向，一是高效、輕量、高性價比，二是實現(xiàn)電機安全、可靠、耐久和終生免維護。

　　其實，這不僅是未來發(fā)展方向，也是上述多位被采訪者及其企業(yè)正在努力，并且已經(jīng)部分完成的工作。

　　客車網(wǎng)發(fā)現(xiàn)，客車行業(yè)“全生命周期”采購成本概念，之所以能被廣大公交公司迅速接受，這客車行業(yè)及相關產(chǎn)業(yè)鏈所有技術人員和企業(yè)家們長期不懈地努力密不可分。也正因為如此，中國客車的影響力在全球與日俱增。

　　后記

　　在本次調研之前，筆者與很多公交行業(yè)人員一樣，忽略了電機和電驅動系統(tǒng)對客車性能的作用，以為只有動力電池才是新能源客車最核心的零部件，動力電池完全能決定客車行駛里程。經(jīng)過本次調研，我們才知道，只有電機和電驅動系統(tǒng)的技術不斷創(chuàng)新，與其他核心零部件共同進步，新能源客車才能更好地為廣大人民群眾服務。

　　限于筆者水平和專業(yè)知識的不足，文中不足之處在所難免，敬請各位讀者朋友和專業(yè)人士指正。(再次感謝蔡蔚、余平、貢俊、史迪新、呂超、李磊等專業(yè)技術人員接受采訪，并為本文多次修改訂正。此外，還要感謝湖北省汽車工程學會副秘書長雷洪鈞、精進電動副總裁李紅旗對本文的貢獻。)