在电驱桥大家族的分类当中,按照电机轴线和车桥轴线的物理关系,可分为平行轴电驱桥、同轴电驱桥;按照电机、变速箱与桥壳的关系,可分为外挂式电驱桥和集成式电驱桥;如果按照驱动方式,则分为集中式电驱桥和分布式电驱桥。近期在乘用车领域,某品牌推出了具备“坦克调头”功能的SUV,其核心技术就是分布式驱动。而在商用车领域,目前主要是一级踏步电动城市客车、电动矿车等才匹配分布式电驱桥,其市场占比不到1%。那么,什么是分布式电驱桥?相对于集中式电驱桥、外挂式电驱桥等有什么优缺点?其使用场景又是什么?对此,商车邦将从分布式电驱桥的结构、优缺点、使用场景三个维度进行详细分析。

美国特斯拉Semi电动重卡的分布式电驱桥(中桥)
分布式电驱桥的结构
分布式驱动就是每一个车轮都有一套独立的电机和变速器,单独驱动车轮前进。集中式电驱桥和分布式电驱桥的差异就是有无差速器。集中式电驱桥是电机动力通过变速箱进行减速增扭,将动力传递给差速器,再通过差速器连接的两个半轴驱动车辆前进。在车辆转弯时,左右轮胎转速不一致,则通过差速器进行调节;分布式电驱桥则安装两套动力系统来驱动两侧车轮前进,在车辆转弯时使用“电子差速器”,即车辆根据方向盘的旋转角度、整车旋转角度等来计算车辆转弯半径,通过整车ECU计算后精准调控内外侧轮胎驱动电机的转速,精准驱动车辆通过弯道,避免转向不足或转向过度,甚至可以发挥后轮转向的作用,以减少车辆的转弯半径。

某品牌分布式电驱桥,采用同轴设计方案
在结构设计方面,重型分布式电驱桥(11吨级以上)采用整体式桥壳,两套电机和变速箱通过法兰面固定在桥壳前方和后方,各自驱动一根半轴,由于变速箱设计空间有限,其速比无法满足重载的动力性需求,因此需要在车桥两端再安装轮端减速器,总速比最终达到50左右。由于桥壳前后都有电机和变速箱,在外形上类似双电机外挂式电驱桥;轻载分布式电驱桥(6吨左右)则采用四段式桥壳,依次为:左桥壳、左电机、右电机、右桥壳,通过3个法兰面进行连接固定,在外形上类似同轴电驱桥;对于一级踏步电动城市客车,只能采用下沉式桥壳,电机和变速箱固定在两端,类似轮毂电机。

一级踏步电动城市客车使用的分布式电驱桥
分布式电驱桥的优缺点
1、在空间布置和承载能力方面。根据以上分布式电驱桥的结构特点,在吨位相同、总电机峰值功率相同的前提下:重型分布式电驱桥相对于双电机平行轴电驱桥,仅节省了桥壳中间的差速器,两者体积和外廓尺寸基本相当,在空间布置上没有竞争优势,在承载能力上基本相当;轻型分布式电驱桥相对于同轴电驱桥,空间布置上也没有竞争优势。由于轻型分布式电驱桥采用四段式结构,而同轴电驱桥采用三段式结构,轻型分布式电驱桥承载能力不具备竞争优势;只有一级踏步电动城市客车的分布式电驱桥采用了下沉式车桥,在空间布置上可以满足一级踏步全平地板的布置要求,具有不可替代的竞争优势。

某品牌双电机平行轴电驱桥,外形、外廓尺寸与分布式电驱桥很相似
2、在重量方面。在吨位相同、总电机峰值功率相同的前提下:重型分布式电驱桥相对于双电机平行轴电驱桥节约了差速器重量,大约60公斤左右;轻型分布式电驱桥相对于同轴电驱桥,虽然节约了差速器的重量,但是增加了一套变速器,因此重量基本相当。
3、在传动效率方面。分布式电驱桥由于没有差速器,在山区道路行驶时可减少差速器的能量损耗,提升传动效率。但是在高速公路上直线行驶时,传统集中式电驱桥的差速器齿轮并没有相对转动,不产生能量损耗,因此分布式电驱桥的传动效率并没有竞争优势。另外,受变速箱空间限制,分布式电驱桥变速箱只能设计两个挡位,而外挂式电驱桥可设计四个挡位,同轴电驱桥可设计三个挡位。挡位越多则电驱桥总效率越高,因此分布式电驱桥由于挡位偏少,在复杂场景当中其总效率不如四挡的外挂式电驱桥、三挡的同轴电驱桥。
4、在成本方面。由于分布式电驱桥相对于单电机电驱桥,必须采用两套电机和变速箱,其成本上略高于集中式电驱桥。再加上分布式电驱桥的市场占比太低,研发成本和制造成本不利于分摊,因此成本不具备竞争优势。
5、行驶功能优势。分布式电驱桥每个驱动轮都能单独驱动,车辆在各种复杂工况下行驶时,每个车轮都能精准输出扭矩和转速,可以实现精准转弯,操控性高于传统集中式驱动桥,这也是分布式电驱桥的核心竞争力。在狭窄道路上行驶时,可以通过左右车轮的速度差实现后轮转向,减少转弯半径;如果一个电机出现故障,可以依靠另一台电机驱动车辆低速前进。
根据以上分析发现:分布式电驱桥的优点非常明显,可以通过整车运动姿态来精准控制每个车轮的扭矩和转速,适合应用在高端车型;但是缺点也非常明显,需要安装“电子差速器”(整车操控程序,由ECU和多个传感器构成),成本略高则不利于在商用车领域推广应用。

美国特斯拉Semi电动重卡
使用场景
根据以上分布式电驱桥的优缺点分析,其可以适用在以下场景:
1、长途干线运输场景。建议参考美国特斯拉Semi电动重卡的6×4驱动,中桥采用分布式电驱桥,负责车辆起步、加速、爬坡和能量回收,后桥采用单电机两挡电驱桥,负责车辆高速巡航。通过扭矩桥(中桥)+效率桥(后桥)的分工驱动,可以满足不同场景的动力需求,在相同载重、相同速度、相同风阻系数的前提下,电耗要略低于单电机平行轴电驱桥。
2、城市配送场景。由于许多老城区的道路狭窄,车多弯急,采用轻型分布式电驱桥,通过“电子差速器”来实现后轮转向和精准过弯的功能,适合匹配在追求极致操控性能的大VAN、皮卡、轻卡等车型上。
3、城市客运。为了满足一级踏步电动城市客车的全平地板布置需求,后桥必须采用分布式电驱桥。

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