杨超:面向滑板底盘的电驱动技术发展趋势

  6月27日-29日,2022中国汽车供应链大会暨首届中国新能源智能网联汽车生态大会在湖北武汉经开区举办,本届大会主题为“融合创新、绿色发展——打造中国汽车产业新生态”。大会由工业和信息化部、湖北省人民政府、中国机械工业联合会联合指导,中国汽车工业协会和武汉市人民政府共同主办,武汉市经济和信息化局、武汉经济技术开发区管理委员会、武汉市智能汽车产业促进会和汽车纵横全媒体协办,东风汽车、黑芝麻智能和地平线为合作伙伴。岚图Free、岚图梦想家和东风风神皓极作为本次大会的官方服务用车,为大会嘉宾提供出行服务。其中,在6月29日上午举办的“智能线控—构建智能汽车新底盘”主题论坛上,合肥巨一动力系统有限公司技术中心总监杨超发表精彩演讲。以下内容为现场演讲实录:

  各位专家、各位领导,与会嘉宾,大家上午好,我叫杨超,来自合肥巨一动力系统有限公司。我们公司主营业务,主要是面向新能源汽车电驱动系统总成的开发和制造。电驱动系统主要分为三大部件,分别是电机、电控和减速器。整个动力系统跟之前几位专家介绍的线控产品,在产品上有些区别,但未来集成在底盘上的核心部件。今天站在电驱动系统产品的角度上,面向滑板底盘新事物的思考,以及未来电驱动技术发展的规划介绍。
  首先简单介绍一下滑板底盘的概念,跟之前专家们介绍有些重复的地方,我们是站在电驱动产品的角度进行理解,讲的不合适的地方请各位专家多多包涵。滑板底盘就是将电机、电池、电控、转向、制动等集中在独立的底盘,通过线控技术实现上下解耦,这样使底盘开发更加多元化,布置空间更加灵活。滑板底盘的核心理念,就是车体上下分体式研发,采用这种新的研发模式,可以大幅降低整车产品开发周期和成本。目前来说,传统整车厂针对新模式秉持观望的态度,并且这种模式在成熟度来说还不是很高,而且市场投放验证不够充分。对于这种新生的模式,很多造车新势力的关注度还是非常高的,因为对于造车新势力来说,他们希望更快的研发周期、以更小的成本将产品投放市场,滑板底盘正好符合他们的需求。
  下面介绍一下滑板底盘的主要特征,一是高集成底盘,将电池、驱动、电控、转向集成在底盘上,可以实现车内空间利用最大化,以及定制化设计的自动度。但同样带来一些问题,比如不同级别车型或者品牌之间难以实现底盘的标准化,10万的车和40万的车,如果用同样的底盘,仅仅是车身不同,作为消费者来说,可能会质疑为什么花那么多钱买仅仅车身有区别的车,所以品牌差异化竞争来说,滑板底盘的标准化比较难以实现。
  二是线控系统集成。相当于在滑板底盘上,将线控系统转到滑板底盘,以较低的成本实现复杂的运动,比较适合高阶段的自动驾驶。这种集成方式同样带来一些问题,包括将车身以及底盘众多的ECU集成,搭建复杂的电子电气架构,整体架构的研发难度是非常大的。
  三是车身与底盘的分体式研发。就像前面介绍的,可以大幅度减少开发的周期和成本,实现定制化。这种分体式研发对现有成熟的研发体系有很多的区别,以及对研发体系有一定的冲击。另外,配套的第三方技术储备以及技术投入并没有很好地跟进,为滑板底盘技术开发提供更好的支撑。
  四是非承载式车身。我们将多个核心零部件集成在底盘以后,底盘整体的重量和强度会进一步增强,抗颠簸能力会更强,与此同时车身质量会进一步下降,对整车动力操控性以及NVH会带来更大的挑战。
  下面介绍一下滑板底盘的六大要素:一是低成本平台化。未来滑板底盘会有60%-70%的材料复用,方便开发,成本更低。二是电池电芯集成在底盘进行深度的融合,进一步提升电池的功能密度和电池的轻量化设计。三是电驱系统结构更加紧凑,布局更加灵活。最后几个主要与电驱动相关,基于滑板底盘未来的技术需求,对于电驱动传动系统来说,滑板底盘要求我们驱动单元结构更加高度集成化,整体的空间要求更加严苛,特别是整车电驱动系统轴向布置尺寸,这个尺寸大小很大程度影响了滑板底盘与车身平台的适配性。系统架构,未来很多车企在技术对接过程中,会提出域控制器的概念,多域融合,将这么多跨域控制系统深度集成的技术路线研发难度还是很大的。
  通过这几个要素,提炼出了两点对电驱动开发新技术未来所面临的挑战。
  下面就是基于自己对行业滑板底盘技术路线的调研,以及和很多客户在技术对接过程中整理出来,对于滑板底盘技术路线的大概划分,分为三个阶段。第一个阶段,主从分布架构物理集成,主动分布架构主要是通过物理继承,将VCU和BMS经过物理集成,进一步降低整体空间布置,第一阶段能够形成初步的滑板底盘雏形。第二阶段,提出动力域的概念,将集成整车VCU、BMS等控制单元,形成深度融合的动力域,同时匹配电驱动的传动机械结构,形成较为成熟的滑板底盘技术方案。第三阶段,多域跨域深度融合,包括底盘域、智能座舱域等融合,形成中央控制器,这样的话形成非常成熟的第三阶段滑板底盘技术方案。
  基于这三个阶段,我们从电驱动系统产品的角度出发,将电驱动产品拆分为三个不同的维度,包括电机、电控和减速器,介绍一下我们应对方案的思考和规划。
  针对第一阶段的物理集成,我们已经有产品的研发。针对动力域,我们进行了二合一开发,壳体空间进一步降低,保证滑板底盘第一阶段的空间布置。我们采用电机电控减速器一体化壳体,以及输入轴一体化及三轴承方案,进一步降低尺寸。特别是内向高度和外向高度上,轴向高度和垂直方向的高度,进一步降低减少10%的空间尺寸。功率密度上能够提升30%。第三阶段跨域集成阶段,我们规划的技术方案是以轮毂驱动、制动、转向、悬挂一体化的方案,主要匹配的是第三阶段对于智能驾驶智能控制的要求,可以实现独立四轮驱动,实现多种复杂的驱动方案。这是电机三个阶段的路线规划。
  针对控制器三个阶段的技术路线。首先在第一阶段,六合一物理集成的方案,包括MCU、DCDC、OBC、PDU等进行物理集成,通过网关与底盘CAN完成信息交互。整体的壳体尺寸进一步降低,满足第一阶段滑板底盘的布置需求。第二个阶段提出动力域控制器的概念,将VCU、BMS进一步和传统多合一控制器进行逻辑功能上的融合,将控制电路板进行集成,形成域控制器。我们的控制器体积会进一步减小,重量会进一步降低,各个动力域之间交互延迟会进一步降低,反应会提升。在这样动力域的情况下,可以满足第二阶段智能驾驶上的匹配需求。到第三阶段跨域集成,在集成动力域、底盘域以及智能驾驶域等多域的深度融合,建立一个中央控制器,相当于整车上有单独的ECU控制器,与分布式驱动进行结合,软硬件解耦分离可独立开发。并且随着DSP算力资源的提升,中央控制器成为最后的单独ECU,整个底盘的开发成本会进一步降低。这是控制器三个阶段的路线规划。
  下面介绍一下减速器的路线思考。在第一阶段,我们主要采用的是平行轴减速器方案,加上电机和减速器二合一壳体的布局,满足第一阶段物理集成的布置需求。第二阶段集成二合一电机减速器的基础上,采用偏置同轴技术方案,满足第二阶段对滑板底盘进一步尺寸紧凑或者集成度的需求。第三阶段主要是行星排式同轴电驱减速器,更好应对分布式的需求,而且可以覆盖不同的速比和扭矩需求,自身具备优秀的NVH效果。
  以上是从电机、电控和减速器三个方面针对三个不同阶段滑板底盘技术需求思考的应对方案。
  最后是一个总结和建议。围绕滑板底盘的技术路线,国内外很多企业在这方面有很多的技术投入和研发投入,也做了很多产业化投入。对比总体技术方案和技术路线可以看到,主要是分布式驱动+中央控制器的技术路线,这可能是未来的主流。但是这种技术路线对于新能源汽车这个行业里说是非常超前的,如果技术路线成熟也是具有颠覆性的。在这里,建议传统主机厂Tier1围绕着滑板底盘技术路线加深合作,提前进行技术研发的储备和产业链上下游的布局,以应对技术革新带来的产业冲击。
  以上就是我的汇报,谢谢。
  (注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅)
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