日前，在AspenCore舉辦的“2022國際AIoT生態發展大會”的“智慧兩輪車分論壇”上，廣東威靈電機制造有限公司兩輪車項目經理劉海量分享了“兩輪車電動力系統技術發展趨勢與解決方案”主題演講。
據介紹，威靈電機是隸屬于美的五個業務板塊之一——工業技術板塊的子品牌。美的工業技術去年營收達400多億元，當前涉足的領域覆蓋了四個行業：家電、汽車、工控及3C。
美的工業技術在低速出行領域有較為完整的規劃。這個業務版塊是做TO B端的，主要服務于廣大的車廠，做動力系統。
以下是美的工業技術低速出行對于兩輪車及其相應動力系統的應用終端的定義。其主要關注從滑板車和平衡車（屬于娛樂車類型）到代步工具和健身工具，是以海外的e-Bike和國內的電動自行車和摩托車為主，最后到高速電摩。
從電驅系統的形式來講，簡單來看就是集中驅動和分布驅動。目前，集中驅動在e-Bike和高速電摩應用較為常見，其他則都是輪轂的形式。其中AGV輪轂更多采用輪邊的形式。所有的驅動系統演進的技術方向和趨勢是趨同的，都會強調高效和續航，其次可能強調性能，包括舒適度、換檔平順性等等。
劉海量指出，兩輪車對成本有著非常重要的考量，對低成本要求也比較高。小型化在一些場景上也特別重要。
從技術趨勢來講，電驅系統包括傳動、電機和電控三個系統。傳動包括集中驅動和分布驅動。集中驅動毫無疑問會包含一個減速器，有時還會有特殊的機構，比如威靈最新推出的e-Bike的中置系統里有減速系統也有升速系統。減速系統凡是帶傳動系統的往往會因為功率密度和力矩密度的考量需要做高速化，這在電摩上表現得特別明顯。其次是強調多檔化。但是在國內的兩輪車動力系統上來講，實際上多檔化做得不多。主要在高速電摩上有應用，在一些高端的海外e-Bike上可能有前瞻性的技術布局。這主要還是因為成本和技術復雜度的限制。多檔化應該從兩方面來看：機械換檔和電子換檔。無論是哪一種演化方式，最后都會遵循一體化趨勢，劉海量說。
在分布驅動方面，國內的兩輪車和娛樂車基本都是輪轂驅動。除了在商用或重載型AGV輪轂或者其他場景存在輪邊電機，或者電摩上有側掛形式的，也可以理解為輪邊形式，輪轂電機是非常傳統的形式。“輪轂電機從有了兩輪車之后就有了，20年沒有變過，我們也想嘗試著在這些方向上帶來一些新的進展。”劉海量表示。
電機和電控發展比較快，但是總體來說基本上可以概括為汽車技術的降維和移植?；趦奢嗆嚱K端的使用特點，有一些技術方向和技術點可能需要再去斟酌。比如電機，毫無疑問，從成本、供應鏈安全等各方面考慮，肯定會強調去稀土。從電機設計的角度來講，肯定要提高凸極比。然后，汽車都在推扁線，從高效、性能和巡航，兩輪車也會存在這樣的分支。其次就是冷卻形式，現在更多是采用被動風冷，以后可能也會考慮液冷。
電控，從驅動層面理解，主要是需要代碼規范化。劉海量表示，兩輪車可能沒有辦法達到ISO 26262功能安全要求或AUTOSAR架構，但是因為對安全性、可靠性和規范性的要求存在，可能需要有一些中間的東西出來，比如需要達到ISO 13849，或者MBD的設計架構等等。
再就是第三代半導體。從成本上來講，這在兩輪車上短期內不太實用，但是會在一些特別的分支上有機會。“比如三電，涉及到電池，就一定會有充電的場景。兩輪車的充電器大部分時候是被路況顛簸震壞的，如果能做集成，利用相關的特性做小型化，就可以改變充電場景。簡單來說，如果能把兩輪車的充電變成類似手機充電那樣不帶充電器，做成內置，這樣行業形態會發生很大的變化。”劉海量認為。
他指出，目前兩輪車缺乏底層設計。整個車型的定義更多關注于外觀或者功能，但是對于實現底層的技術可能缺少自上而下的設計。驅動系統都是大同小異的，整車和動力系統的參數匹配在汽車上也存在這樣的問題，汽車上可能做得更細一點，至少在當前國內兩輪車驅動系統的設計和匹配上，應該先把所有的動力系統和經濟性指標做清晰區分。比如動力型指標，經濟型指標，每一個指標的由來，包括自上而下的邏輯順序應該要有梳理，這樣才會得到匹配車型的動力系統設計。
劉海量認為，當前主要的問題，首先是缺基礎數據。雖然保有量很多，但數據的收集統計分析采集是比較少的。所以一直到現在是沒有路譜的，沒有路譜就沒有載荷譜，所以現在驅動系統的指標體系非常粗糙，沒有辦法實現精準匹配。
基于當前的技術實際和對現有狀況的認識，威靈提出了自己的想法。“首先要做數據收集。這個數據收集更多應該是車廠基于云端的大數據得到路譜。有了路譜之后，現在兩輪車比較缺少整車的仿真和具體的功能測試。需要先有這些環節，才可以得到真實需要的動力系統的邊界?？赡苓€需要考慮一些重要的工況，比如動力工況、爬坡度，當前兩輪車做的驅動系統匹配還不是太完善。有了這些東西之后，把所有的工作點做匯集分析，就能得到驅動系統的載荷譜。”劉海量指出。
他表示，整車客戶向驅動系統供應商提需求的時候，實際上對驅動系統的了解還不是特別夠。因為兩輪車整車客戶更多會關注整車的結構、車架、外觀設計，包括一些功能的層面，所以對于真正驅動系統底層需要什么，每一個指標的意義，有時候定義得不會特別清楚。“舉個簡單的例子，電機系統有它的數字特性。比如，以峰值扭矩為例，一般都會給一個多少牛米的要求。但是首先一定要加上持續時間。比如紅色的線和藍色的線是同一臺電機，如果對它的持續時間要求得不一樣，實際上紅色線的電機持續時間短了以后就可以做到藍色的線。換句話說，峰值扭矩就抬高了，所以到底要什么，需要定義清楚。”劉海量表示。
扭矩需求和整個驅動系統，特別是電機本體的成本直接相關。因此，在低成本維度，首先要清楚地規劃成本。其次是加速要求。簡單來講，如果車的扭矩大，加速特性就會好。對于高速電摩來講，四輪車可能百公里加速，兩輪車可能50公里加速，整個加速是從0秒加速到一定車速之內，這與整個驅動系統輸出的總能量有關，是對驅動系統的Nm曲線的積分值。這個時候驅動系統就不只是要關心有多大的扭矩，還要關心它的拐點轉速到底是多少。這樣就會得到一個平衡的設計，然后實現同樣的加速特性。
下面這張圖看起來有一點零亂，它引用的是汽車上的驅動電機。“我們知道汽車上一般都會有自動回收，驅動系統有發電跟電動兩種狀態。這個圖就顯示了我們怎么規劃一個驅動系統的設計。最常見的應該是最大的爬坡速度決定了峰值扭矩，其次則是加速特性要求決定了峰值功率。峰值是有規律的，可以留5%左右的設計余量，繪制特性曲線，然后得到峰值功率和恒功率的要求。這樣的規劃套路才能讓驅動系統定義更為精準。”劉海量說。
除了動力性指標，還有經濟性指標。經濟性指標更關注電耗。劉海量認為，這里僅給出效率map是不夠的。“真正輸出的時候雖然有一些地方效率比較高，但是輸入功率不大，這種工況點對于整車的電耗影響較小。所以，怎么樣才能定量計算出，需要怎么樣的驅動系統的效率分布，才能使得續航最長？比如把損耗map跟整車基于路譜和仿真得到的載荷譜，在同樣的矩陣接觸下去求電耗期望，實際上就是逐個網格相乘求和，這樣的電耗值才代表了續航的多少，這就是經濟性指標的規劃。”
在電機本體的技術趨勢方面，剛才簡單提到要去（重）稀土，所以在材料上要利用晶界擴散技術和晶界調控技術跟電機設計去匹配，跟材料應用去匹配。還有凸極化，在國內，雅迪在2019年公開的技術專利，就做了外轉子凸極化的電機。四輪車的演化趨勢也是一樣的，凸極比越來越高，這樣就可以得到更少的系統用量。
在四輪車上，扁線繞組的應用時間很長。當前在兩輪車中更多是高速電摩上可以用到分布繞組下的Hair-pin和I-pin，以及連續波等，這肯定是一個趨勢。但因為空間限制和成本考慮等等，所以兩輪車上更值得關注的是扁平形式。扁線的好處是提高了效率，提升了續航，但也有劣勢，比如趨膚效應、高設備投入等。從兩輪車的車速角度來講，它更容易避免掉由于過高的轉速帶來的去負荷連接效應，所以它更適合用扁線繞組，唯一要考慮的就是如何低成本地實現，劉海量指出。
實際上，我們不一定要迷信四輪車行業的技術。發卡繞組不一定總有優勢。兩輪車的控制技術難度不是太高，但它需要對整個終端非常熟悉，包括加速特性的調節等等，可能需要符合對整車的定義。隨著軟硬件技術的要求提升，在e-Bike領域就要求做到ISO 13849。雖然可能不需要做到AUTOSAR，但也需要做到代碼自動生成，做到建模到自動輸出的軟件設計，他表示。
再就是個別場景和部件上可能需要去考慮一下第三代半導體的應用價值。傳動是一種非常傳統的科學。它強調的是共用，比如共殼體、共軸、優化形狀關系?？刂埔惨粯?，我們怎么樣去共用芯片、共用電路、共用功率器件、所有的接插件能否放一起…還有小刀雙動力、蘇州八方電器做的三速變速輪轂的電機結構?？傮w上來說是一個結構一體化和控制一體化的趨勢。
整車驅動系統都會談NVH，它有幾個方向，但大同小異。“需要關注的和四輪車差不多，但是需要關注的程度不太一樣，而且關鍵是能不能抓大放小。因為有傳動，還需要關注傳動效率損失，所以從離合器或單向器，到齒輪，到潤滑，到驅動設計都是需要考慮如何降低損耗。”劉海量表示。
最后是產品規劃。4月份美的工業技術收購了天騰動力，這是家做e-Bike中置動力系統的廠家。下圖是其已有的產品。“這個產品最大的特點是靜音。因為是行業最低的傳動比，同時其空間和體積跟行業競品是基本一致的，這就降低了轉速，帶來了更好的靜音體驗。因此所有騎行的小伙伴基本對它的評價都是非常滿意的，因為聽不到任何的聲音，它非常適合做城市車。同時我們還針對較大功率需求的場景，比如山地，電機扭矩會進一步增大。同時，美的工業技術也有自研的方案。剛才我也介紹了幾個重要的適合兩輪車應用場景的技術點，我們在這里基本都實現了。所以，我們現在有一套寬幅高效的、MBD代碼生成、非對稱扁線繞組技術的驅動系統，可以供各位車廠來使用。”
下圖是該公司做的e-Bike中置電機。“它跟市面牙盤齒數適配性非常好的系統。當前有兩個車型，同時今年下半年還會推出一個系統，并會在今年年底在越南實現批量生產。我們的電機可以在峰值扭矩75%的前提條件下連續運行，保證殼體不過溫?？梢詫崿F非常強勁的動力輸出，同時不需要打高溫標識。”劉海量說。
下圖是其產品規劃。“因為e-Bike落地的終端更多是在海外，所以我們主要是在歐洲布局售后服務網點，這也是依托美的全球化的資源。”劉海量表示。
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