目前電驅動系統的集成度還不高，每輛電動車需要相應配備分立設計的電動機、控制器和變速器，從而形成電驅動系統的類別。電驅動系統一般由汽車廠或者新能源電動機企業根據開發的電動機特性，然後根據汽車廠要求的汽車性能和安裝空間，相應設計和配置需要的變速器。汽車驅動電動機產品主要還是處於轉速較低，電動機體積較大的狀況。電動機、控制器和變速器集成化可以實現高功率密度，轉速高於15 000r/min的高速電動機將會是主流批量汽車的標準配置。表3是目前國內主要電驅動產品公司。
表1 電動機電控市場價格及規模預期（整理計算）
表2 國內主要電驅動產品公司及配套供應汽車商
圖1 電動機成本構成（來源：中國產業信息網）
下面分析汽車驅動特性和電動機輸出特性帶來的對電動車變速器（或者說減速器）的設計特性要求及發展趨勢，然後給出一些產品實例。
汽車驅動特性和電動機輸出特性對變速器擋位影響
由於電動機輸出特性接近汽車動力要求的理想需求，導致電動機作為動力源不需要很多擋位。圖2比較了發動機加5擋變速器和電動機加一個固定減速比後汽車牽引力的輸出特性。
表3給出了不同變速器應用的擋位數目前考慮的範圍，可以看出電動車電驅動一般以一擋為主，為了提高效率和驅動動力配置，兩速的電驅動也會佔市場一定份額。
圖2 發動機5擋變速器和電動機1擋減速器的汽車牽引力輸出特性比較
表3 不同變速器應用的擋位數合理範圍
從汽車到電驅動到變速器的性能需求與設計
汽車作為交通工具，已經從簡單的能夠實現輸出轉矩驅動汽車到現在成為一個複雜的系統，其功能方面以及非功能方面的需求已經涉及各個方面，與品牌相關的價格競爭力也是重要成功因素。圖3列出了一些汽車層面的需求，作為汽車主要的子系統電驅動系統，相應的可以推導出其性能需求。
對電驅動系統的變速器在設計驗證時主要需要保證下列性能要求：效率、可靠性（強度、壽命）和NVH。
效率方面：舉例一款電驅動系統採用80kW的異步電動機，10kHz的逆變器，在綜合工況下其功率損耗及其佔比如圖4所示，變速器大約佔電驅動系統14%的損耗。
壽命方面：汽車一般要求保證300 000km的壽命，汽車會行駛在不同的路況以及不同的駕駛場景，據此汽車廠會定義一個載荷譜用於電驅動系統的強度及壽命計算，對變速器設計需要考慮在不同車速下車輪功率，轉矩數值，包括城市、高速、鄉間等駕駛工況，還要包括最大功率及峰值功率下的最大轉矩，防抱死制動系統（ABS）啟動導致的轉矩載荷也要考慮在變速器設計之中。
NVH方面：NVH是電驅動系統的一個重要評價指標，隨著電動機轉速的提高，NVH成為電驅動設計中的一個重要研究課題。這包括電動機本身的噪聲、電動機轉矩波動通過變速器帶來的噪聲、變速器本身的齧合產生的振動噪聲等。電驅動系統的NVH的計算優化需要建立一套完善的工具鏈，並且需要正確細緻的設計好測試驗證環節。圖5顯示計算電驅動NVH的示例。
結構方面：電驅動系統發展趨勢是採用高速電動機，功率密度大，把變速器和電控單元集成在一起。典型的如博世新開發的集成電驅動橋eAxle。一般系統設計中包含潤滑冷卻系統、駐車鎖止的統一考慮。
圖3 汽車和電驅動的需求（基於VW發表整理）
圖4 電驅動系統損耗比較
圖5 電驅動系統NVH分析工具鏈
電驅動系統的變速器結構佈局可以是並行軸或者同軸，可以採用定軸齒輪傳動或者行星齒輪傳動（見圖6）。
圖6 電驅動系統齒輪箱結構實例
電驅動系統的變速器設計需要從電驅動系統整體角度出發，首先獲得系統和零部件的需求，瞭解設計邊界條件如汽車載荷、電驅動系統支承結構（各方向的剛度）等，然後開始進行強度、壽命以及NVH方面的計算，不斷優化、選取合適的軸承標準件等，隨後是原型的製造與測試驗證，經過不同樣品階段到達量產產品的最終定型。電驅動系統變速器設計參考流程如圖7所示。
圖7 電驅動系統變速器設計參考流程
電驅動系統總體設計時還要考慮冷卻潤滑結構，冷卻主要涉及到電驅動的電控和電動機；軸承和齒輪需要潤滑，圖8是針對電動機、電控與變速器的潤滑冷卻系統佈局概念圖。
圖8 電驅動潤滑冷卻系統佈局概念圖
很多電驅動系統一般也集成駐車鎖止機構，特別是歐洲汽車公司的電動汽車。駐車鎖止機構必須與變速器同時設計，是電驅動總體集成設計的一項重要任務，表5列出了駐車鎖止機構的功能和其對應的指標要求，圖9給出了寶馬i3上採用的駐車鎖止機構示意圖。
表5 特斯拉S60電驅動材料質量分佈
圖9 i3駐車鎖止機械機構示意圖（整理，i3專利）
1.鎖止輪 2.（軸上）執行器換口 3.卡位 4.彈簧卡銷 5.卡銷 6.棘爪
市場上一些主要電驅動系統示例
以下列舉幾個有代表性的電動車電驅動系統及其變速器特點。
（1）特斯拉Model S電驅動系統
特斯拉電驅動系統採用異步電動機驅動，S60峰值功率為245kW，採用兩級一擋減速器，四個齒輪和一個差速器。特斯拉電驅動系統實物圖和其中一款電動機的峰值曲線如圖10所示。
圖10 特斯拉Model S 電驅動系統及減速器（來源：互聯網整理）
整個電驅動系統的質量大約77kg，材料構成見表5。
（2）奔馳EQ平臺電動車EQC電驅動系統
奔馳汽車將於2019年推出第一臺基於電動車平臺EQ開發的電動車EQC，其電驅動系統性能指標見圖，由採埃孚公司提供。也同樣採用兩級一擋減速器，減速比為9.6。駐車鎖止機構也集成在電驅動總成中。
（3）通用雪佛蘭Bolt電驅動系統
雪佛蘭Bolt電動汽車是北美產量比較大的電動車。其電驅動主要集成了電動機與齒輪箱，電控部分獨立。也同樣出於成本考慮採用相對簡單的兩級一擋減速器，其差速器的軸與電動機同軸（見圖11）。
圖11 通用雪佛蘭Bolt電驅動系統
結語
國內目前主要電驅動系統生產產品是以開發電動機和電控為主，然後根據現有電動機、汽車驅動性能要求及空間位置設計配置相應減速器，減速器不是作為電驅動系統的一個關鍵部分對待。
國內電驅動系統供應商認識到高端集成系統的主流趨勢，主要廠商正在大力開發包含了電動機、減速器與電控等集成電驅動系統，如大洋電動機，精進電動機等。在這方面幾年後市場產品的格局會逐步清晰，國內汽車驅動電動機、變速器及齒輪廠家一定要在目前的關鍵時機，開發出適合大批量生產的具有競爭力的模塊化集成電驅動系統。
