1.简介ZF是一家全球性的技术公司，为乘用车、商用车和工业技术提供驱动系统。ZF允许车辆在四个技术领域进行观察、思考和行动：车辆运动控制、集成安全、自动驾驶和电动移动性。我们很自豪能为各种车型提供电力驱动系统选择，这也是我今天在这里要说的。
图一。ZF在四个技术领域塑造未来。
图二。由内部组件和子系统构建的集成系统
EVD已经生产了几年，ZF在混合动力变速器方面有多年的经验。迄今为止，ZF已经生产了200多万台电动机。结合我们在车辆传动系统方面数十年的经验，我们在开发和生产完整的电子驱动系统方面拥有无与伦比的经验。我们的垂直整合意味着逆变器、电机和减速齿轮组等子系统和部件都是在内部开发和生产的。
2.ZF的模块化电气套件ZF继续进一步发展我们的模块化电气套件。这允许客户“混合和匹配”来构建满足他们需求的系统，同时实现开发工作的协同和规模经济。为我们的客户和供应商带来利益。
图3。套件方法对于确保竞争力至关重要。
例如，对于800V系统，客户可以在硅或碳化硅逆变器、几种电机尺寸之间进行选择，将其与包括选择性差速器在内的变速器架构相结合，并在必要时添加驻车锁或断开它们。ZF软件可以控制系统。但作为我们业务模式的一部分，我们也愿意集成第三方逆变器或电机，或者如果客户愿意，构建一个复制的第三方子系统。
3.皮卡电气化的挑战ZF拥有多年开发和生产适用于中型SUV和汽车的电动三合一轴驱动系统的经验。由于这些车辆的重量增加和不同的工作循环，皮卡的电气化带来了新的挑战。虽然已经推出了几款半吨皮卡，使用独立后悬架结合三合一电力驱动单元，但有效负载能力更高的卡车确实需要一个梁轴来满足负载和坚固性要求。此外，较高的车辆重量和对牵引能力的需求需要显著高于其他车辆段的轴扭矩。单驱动桥高清晰度卡车的扭矩高达15，000牛米。对功率和扭矩的高需求将已建立的400V系统推向其技术极限，800V可用于电子束应用的电路板上。根据车辆使用案例，单速传动是不够的，需要多速传动，但增加了系统的复杂度、重量和成本。
车内可用空间也不确定。目前重型皮卡的电动化战略正在确定，车型结构尚未定型。此外，电池可能需要更多的车辆空间，而不是通过拆卸内燃机传动系统来释放。这使得整个电驱动桥系统的设计非常具有挑战性。
考虑到较重的动力系统正在从车辆上拆除，通过增加3合1电子驱动单元来增加后轮轴系统的净重并不重要。但重量直接增加到簧下重量，会对车辆操控和乘坐品质产生负面影响。
4.概念设计ZF考虑了两种不同的电动驱动桥驱动装置架构的设计概念：
同轴设计：电机与驱动轴成一直线，从而产生重心靠近输出轴。集成减速器的传动可采用分层或行星式设计(见下一章)。包括外壳两侧的盖子和中央外壳单元，所有软管部件由铝制成。
同轴设计要求驱动轴穿过电机的中心。根据指定的轴扭矩，所需的驱动轴直径并不总是允许这样，或者需要特殊的电机轴设计。该图显示了位于车桥后部的集成逆变器。
偏置的名称来源于电机在系统中的位置：电机位于径向偏置中，通常位于车轴的前部。与同轴概念相比，它的主要优点是通常减少了中央驱动单元的轴向长度。
轮轴和电动机外壳是分开的。桥壳由铸铁制成，为轴管提供了一个具有相同同轴概念的标准接口。电机外壳由铝制成。
这一概念允许更大的制造灵活性，因为驱动单元可以在单独的装配线上装配在变速器壳中，而轴壳具有压制和焊接的管道，遵循索尔兹伯里轴装配概念。
车辆空间的要求决定了同轴或偏置设计是首选方案。
图4。偏移和同轴：两个具有不同优势的概念
当使用单速传动时，分层设计是最适合集成减速器传动的方法。分层设计适用于同轴和偏移概念。
如果车辆组件不允许由分层设计引起的驱动装置外壳的径向延伸，则行星变速器是一个选项。行星设计和集成差速器的结合更有优势。ZF的INDI概念正朝着这个方向发展。
图5。行星齿轮和轴：减速器传动的各种概念选择
5.电驱动桥皮卡电气化的挑战直接适用于电动机。对高扭矩(800牛米)和功率(350千瓦)的需求导致800伏成为更合适的解决方案，因为400伏电机需要非常高的电流来满足性能要求。
车辆中安装空间的限制限定了电机直径和轴向长度的限制。ZF认为，两种不同的电机直径足以满足各种皮卡的功率和扭矩要求：220毫米和280毫米(定子外径)。
最大电机速度不应超过约20，000 rpm。否则，减速器的传动比变得非常高，可能需要超过2级，这将导致效率损失。
ZF将永磁同步电机(PSM)用于电子束应用，采用最先进的发夹式绕组以及定子和转子的油冷却。
图6。虽然受封装限制，但功率和扭矩都很高。
6.逆变器路线图由于效率对于高功耗重型卡车非常重要，ZF决定在其电驱动桥(EBEAM)系统中使用800V SiC逆变器。ZF的模块化逆变器产品路线图不仅可以在不同的芯片材料(即Si或SiC)之间进行选择，还可以在不同的功率模块之间进行选择。使用DDP(双分立平台)，可以使用不同额定功率的功率模块，逆变器可以根据它们集成的相应电驱动桥系统的要求进行定制。
ZF的DualSemi技术允许不同材料(如Si和SiC)的芯片用于同一逆变器，从而平衡逆变器的成本和效率。
跨车辆应用程序共享控制面板和软件实现了协同效应，对生产成本和开发时间产生了积极影响。
ZF的逆变器可以完全集成到车轴的驱动单元中，并承受车轴暴露的冲击。变频器的集成使得变频器和电机之间的高压连接电缆被淘汰。它还降低了车辆制造的复杂性，因为它简化了材料处理和安装过程。但如果车辆空间有限或有其他驾驶要求，可以将逆变器安装在远离电驱动桥的地方，用高压电缆连接。
图7。可扩展的800V SiC技术对于大功率卡车应用至关重要。
7.ZF电驱动轴原型ZF开发并制造了一个功能性电驱动轴原型，用于概念验证和从车内测试中收集数据。原型设计为同轴系统。它包括以下子系统：
30mm PSM电机峰值功率300 kW800V480 arm，集成1速2级SiC逆变器，减速器传动采用分层设计。开放式差速器的其他子系统，如限滑差速器断开单元的驻车锁和后轮转向，被故意留在后面，以加快原型制作过程。这些将包含在未来的原型中。由于开发周期，选择了310mm电机。未来的原型将包括更小更强大的马达。轮轴和轮毂是被选中集成到ZF示范卡车中的遗留生产部件。
图8。功率300kW，足够开一辆重型皮卡。
8.在测试和验证测试台上进行的验证和性能测试部分完成，目前结果非常好：
效率测试表明，系统峰值达到95%以上。模拟连续上坡拖车牵引事件，以评估热容量。油温不得超过100。成功完成最大扭矩和3G垂直载荷的强度试验，故障试验与仿真一致。假设基于占空比的耐久性测试仍在进行中。第一次NVH测量显示，结果低于零到最大值之间的内部验收标准。车速。通过物理载荷接触方式，确定模拟的齿轮在载荷下的挠度。
图9。通过模拟和台架试验成功验证
9.ZF电动皮卡雪佛兰Silverado HD 2500被选为功能性原型车桥的展示车辆。从车辆上拆卸内燃传动系和相关部件，为所需的电气基础设施腾出空间。
该框架经过改进，可容纳四个高压电池模块。卡车底座上还安装了两个模块，总电池容量为210千瓦时。电池是车辆重量显著增加的主要原因。电动驱动桥本身仅比原装车桥重约100千克(220磅)。
到目前为止，基于仿真的车辆性能与传统燃油车相当(详见表格)。
图10。车辆中的概念验证
10.总结ZF推出其电驱动桥(EBEAM)，适用于1-6级皮卡和面包车。提出了单速同轴和偏置设计选项，以满足不同的车辆包装要求。如果需要满足车辆性能要求，将提供多档变速器。ZF模块化套件的电机和逆变器在800V和400V的开发时间和成本方面具有规模经济和效益。SiC逆变器技术提供最高水平的效率。
ZF电动驱动桥是一个三合一系统，结合了ZF在电气化和车桥技术方面的多年经验。演示卡车中提供了原型系统作为概念验证。
ZF将电动机、逆变器和软件与ZF梁式车桥相结合，将(皮卡)卡车和货车推向电动未来。
