电动汽车发展早期的减速器
技术及产品
NO. 237
对电动汽车来说，变速箱是锦上添花还是画蛇添足？
1）增加变速箱，会增加电动汽车成本？
2）增加变速箱，会增加电动汽车重量？
3）增加变速箱，经济性提升有限？
关于这个问题，以一个经典车型为例来进行分析：特斯拉的第一个
车型Roadster的最初设计是180kW电机+2档变速箱，后来由于变速
箱生产质量的问题，被迫采用了固定齿比减速器，但为了达到相同
的动力性能，使电机功率增大到240kW才能达到相同的性能。为了
配合更大的电机，电池也需要从60kWh增大到80kWh以提供更大的
输出功率。让我们总结一下：
1）原方案：180kW电机+60kWh电池+变速箱
2）新方案：240kW电机+80kWh电池+固定齿比减速器
以此例来看，“为了达到相同的动力性能”，特斯拉的新方案去掉了
变速箱，但被迫换用了更大的电机，以及20kWh的电池。
以特斯拉Model S P85可以轻松赢在起步，但在中后段加速却频输
对手。究其原因，问题就出在特斯拉匹配的单级变速箱上：它使特
斯拉始终在一挡上行驶，完成从起步到最高时速的行驶。
这相当于开一辆燃油车，用一挡起步后不换挡，直到转速被拉高至
红线区，发动机不能回到最佳扭矩输出区间，再加速能力被大幅削
弱。单级变速箱造成电动机产生的扭矩输出一气呵成，也许不间断
的动力输出对起步加速有利，但却不利于车辆的经济性与舒适性。
尤其是为追求性能采用高转速电动机的Model S，它配置的高转电
动机功耗较大，并且单级变速箱一挡大齿比，造成车辆巡航状态也
处于较高的转速临界点，经济性不高。
汽车上变速箱有两大基本功用：
1）配合离合器保证汽车正常起步，不至于因起步负载过大而熄火
2）在车主不断变化车速的过程中，通过档位的切换（变速比）使
得发动机稳定处于工作转速。
如果是想问纯电车是不是需要多挡位变速器，那么就目前市面上来
看，如：特斯拉、宝马i3、北汽电动车、启辰晨风、比亚迪e5、帝
豪EV、腾势、江淮iev5等，清一色都为单挡变速器（单速变速器
是指用一个固定传动比进行变速，并不是指没有变速器）。目前大
多采用单挡减速方案的原因也主要是因为电机的特性与内燃机不同，
驱动电机一般具有低速恒转矩和高速恒功率的特性，在很低的转速
下就能产生很大的扭矩，不像内燃机车需要减速增扭来起步。
然而采用单挡减速器时，纯电动乘用车的动力性能完全取决于驱动
电机，对驱动电机性能的要求较高，即要求驱动电机既能在恒转矩
区提供较高的驱动转矩，又能在恒功率区提供较高的转速,以满足
车辆加速、爬坡与高速行驶的要求。当电动汽车的速度到达极限之
后没有提升空间，所以的速度受到制约，高速经济性不高。同时，
采用单挡减速器不利于高电驱动总成系统的效率，这是因为单一传
动比通常无法同时兼顾纯电动乘用车的动力性和经济性，行驶过程
中驱动电机多数情况下无法处于高效率工作点，尤其是在最高或最
低车速以及低负荷条件下，驱动电机效率一般会降至 60-70%以下，
严重浪费了车载电能而减少续驶里程。
为什么国内绝大多数电动汽车还是匹配单级变速箱呢？并非他们不
懂得锦上添花的道理，而是因为：
1）国外：适配于高速电机的变速箱生产不出来。典型例子是特斯
拉，那个变速箱供应商搞不出来，使特斯拉的车晚出来一年，差点
把特斯拉搞死。
2）国内：变速箱供应链弱、整车厂集成控制能力弱，导致不想用
复杂的变速箱。这一般出现于国内的厂家。这里值得一提的是，电
动汽车如果不用变速箱，连离合器都可以省了！所以，我们还没有
看到多级变速箱的存在。这不是说厂商们已经放弃了提升经济性，
只是现在还无暇顾及。多挡变速箱优势在哪里？
所以如果能匹配一个速比范围合理的多挡变速箱，来优化电动机动
力爆发的时机，那将会大幅提升经济性，其次是持续加速性能。
在采用插电混动结构的车型中，宝马i8已经率先为驱动前轮的电动
机单独装配了一台结构小巧的“双级”变速箱。GKN已经推出量产
电动机用两级变速箱，虽然从挡位数看还有点名不副实，不过从宝
马i8装配它后的性能表现看已经优于单级变速箱。
随着电动汽车业内对变速箱的共同认可，以及电动汽车逐步由目前
低端产品向上升级换代，用户对性能、效率和续航里程的追求以及
对重量和成本的敏感度降低，匹配可变速的变速器应该是电动汽车
传动系统未来的发展趋势。
GKN为Volvo提供电驱动桥
吉凯恩传动系统公司（GKN Driveline）发布的同轴eAxle系统最先
被应用于沃尔沃T8 Twin Engine插电式混动车中。该款吉凯恩电驱
动系统将发挥轴分离二级驱动功能（axle-split secondary drive
role），功率为60 kW的电驱动系统可为后轮提供动力。沃尔沃
XC90采用的eAxle驱动系统体积虽小，不过操控性能依然处于较
高水平。其尺寸为263mm x 310mm x 293mm，重量仅15 公斤，而
其却能提供2400Nm的额定输出扭矩。吉凯恩工程师表
示，将电动机输出作为传动输入轴，可以使电动传动系统体积更小、
重量更轻、性能更强劲。吉凯恩eAxle驱动系统采用智能分离技术，
从而提供了更高效的电驱动模式和更强劲的全驱性能。而通过采用
变速箱副轴设计，eAxle驱动系统的内效率提升了95%。与此同时，
吉凯恩目前正在开发采用齿轮行星组版本的eAxle驱动系统。由于 整
套系统采用了半集成式布局，即电动机和变速箱共用壳体，因此
eAxle驱动系统设计更加紧凑，重量也明显减轻。当eAxle驱动系
统处于闲置状态时，电动机便从动力传动系统去耦，以减少内燃机
工作模式下的功耗损失。
保时捷918 Spyder的和宝马i8
GKN认为解决方案是插电式混合动力模块，让汽车具备电动全轮驱
动和扭矩矢量分配。该动力传动系统结合了成熟的保时捷918
Spyder的和宝马i8的插电式混合动力车和福克斯RS上采用的
Twinster扭矩分配系统技术。
GKN预期体积更小、功能更强大的扭矩矢量电动驱动桥可以在今后
的车辆提供动力的60-70％。采用轻量化设计的传动部件实现了:1
的传动比，该系统可提供高达2000 Nm的转矩和70 kW的功率，足
以使车辆在纯电动模式下达到125 km/h的最高速度。
此外，在全轮驱动(AWD)模式下，纯电动模式比传统机械系统的提
速能力强很多。整套装置的重量只有 kg且体积较小，长宽高分
别为457mm、229mm、259mm，便于在有限空间内安装。
GKN还对齿轮和轴承布置进行了优化，实现更高的效率、更好地
NVH性能和耐久性。通过优秀的制造工艺(包括齿轮的低齿隙影响、
高性能传输差速器)，以及先进的控制算法，确保了驱动模式从纯电
动、混合动力以及雨雪模式之间的顺畅切换。
GKN吉凯恩eAxle直接将电动机的转矩传递到汽车轮胎上，提供更
及时的动态响应和加速能力。目前，eAxle已经可以实现
14 000 r/min的输入转速，且在接下来的几年中，输入转速有望达
到甚至超过20 000 r/min，混合驱动模式时转速可能更高。
一个功率60kW，240Nm的GKN EVO的电动马达驱动的电动桥采用
1:10的传动比。这样带有一套双离合器Twinster扭矩矢量分配系统
就能为后轮分配2400Nm的强大扭矩了。
虽然竞争对手系统主要连接标准电机、逆变器和减速箱，但GKN的
紧凑型模块将三者集成为一个单元。到目前为止，电动和轴对称混
合动力汽车已经采用单速变速箱；使用固定比率限制电动驱动器的
加速度或最高速度，因为它们必须以一定的速度断开，以防止电动
机转速过快。GKN表示，它的双速eAxle是第一个能使电动汽车在
整个速度范围内提高性能的电动汽车。
为了使整个结构更加紧凑，位移机构位于输入轴而不是中间的中间
轴。GKN承诺，在所有情况下，即使输入轴转速高达11400转/分，
eMotor和同步驱动的精确软件控制都能实现平滑的变速。
eAxle的效率高达97%。GKN预期体积更小、功能更强大的扭矩矢
量电动驱动桥可以在今后的车辆提供动力的60-70％。该系统能产
生最大65kW的功率，并能提供高达2000Nm的扭矩给后轮。完整
的eDrive模块只有300mm高，325mm宽，重54公斤。
博格华纳eGearDrive系列产品
博格华纳eGearDrive是针对电动汽车传动系统研发的产品。使用铝
压铸壳体，实现轻量化设计，简化部件，减轻产品重量。对于OEM
而言，eGearDrive用可扩展和紧凑的设计实现了更高的传动效率。
1) 博格华纳eGearDrive 31-01
31-01型eGearDrive以高效斜齿轮传动、较小齿侧间隙、结构紧凑重量
轻、高度集成化、平稳安静的运转让它成为了电动车领域的强势产品。
这款产品之后被Tesla收购了。
eGearDrive 31-01技术参数：产品重量36kg、单速、减速速比、传
动效率98%（8000rpm/20Nm）、输入扭矩300Nm、输入转速14000rpm、
中心轴距213mm、润滑方式齿轮油泵式润滑、驻车系 统电子控制、集
成一体、响应时间350mS
Tesla roadster上的31-01
eGearDrive 31-01传动效率曲线
（输入扭矩50Nm、温度65℃、润滑油Mobil Dex VI）
eGearDrive 31-01
博格华纳的eGearDrive变速箱拥有紧凑的设计结构和大扭矩，以及
平滑、安静的操作性能。高效率齿轮传动系统和紧凑、自重较轻的
设计结构有助于提高单次充电行驶里程，从而降低对电池容量的要
求。变速箱同时配备电子校准式停车锁定系统。为提高HEV和EV
发 动 机 的 效 率 ， 博 格 华 纳 研 发 的 新 技 术 中 包 含 久 经 考 验 的
eGearDrive 变速系统与高压发卡式缠绕（HVH）技术的电机（继承
于新近收购的Remy International）整合起来的高效系统。
eGearDrive变速系统专为新兴的高压电动汽车市场设计，可应用于
不同种类、不同能效比的电机。该技术采用高效的斜齿轮传动，具
有降低噪音、提高行驶里程的特性，从而降低对汽车电池的蓄电要
求，为混合动力汽车和电动汽车带来诸多优势。这一结构紧凑的轻
质系统将eGearDrive®变速系统与电机集成，实现高扭矩特性和最
大91%的能效比。系统还可选配ePark装置 -- 一款应用范围广泛的具
备电子控制单元（ECU）和CAN功能的电子执行驻车锁定系统。
eGearDrive 31-01爆炸图
博格华纳eGearDrive 31-03
2011年，博格华纳为福特首款量产纯电动车TransitConnect配套了
31-03型eGearDrive，采用了无油泵的飞溅式润滑方式构简单。
BorgWarner eGearDrive 31-03
BorgWarner eGearDrive 31-03
eGearDrive 31-03技术参数：重量28kg、固定减速比、减速速
比
定200Nm、峰值300Nm、输入转速14000rpm、中心轴距210mm、电子
驻车，集成到箱体，反应时间350mS。31-03型eGearDrive可 以胜任前
驱的A级和B级电动汽车传动系统，同时配备宽泛的减速比 可供选择，
减速齿轮的重合度大于4，具有较高的承载量和运行效率。
eGearDrive 31-03爆炸图
总成效率（3000转/145华氏度）
Inpu
t
fr:m
m -
tar
›7iutput
tz left
wheel
eGearDrive 31-03
eGearDrive 31-03传动系统示意图
Output
to right
wheel
eGearDrive 31-03转速和功率
eGearDrive 31-03飞溅润滑油道设计
eGearDrive 31-03轮齿精度AGMA 10级，对应国标8级。
BorgWarner eGearDrive 31-03
eGearDrive 31-03通过转接的法兰盘，适应不同的电机联结型
式，箱体最大转动角度可达90°
Input
Torque
B.›C+
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Mechanical cx
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▲圆柱齿轮二级减速+差速器
减速器内部采用二级圆柱斜齿轮减速的方式，斜齿轮比直齿轮啮合更加
平稳，磨齿后能显著降低噪音。为了方便实现和电机的机械接口布置，
31-03型eGearDrive使用了独特的法兰式连接器连接到电机壳体上， 并可
以通过调整安装布置角度以满足不同车型的需求。差速器部分和普通乘
用车并无区别：整体式差速器壳+半轴齿轮+行星轮＋一字轴
博格华纳eGearDrive 31-03减速器具体参数：
博格华纳为北汽新能源车所提供的代号为31-03减速器，最先搭载
在福特首款量产的纯电动汽车TransitConnect上，继承了使用在特
斯拉Roadster上的31-01型号的重量轻、体积小的特点，但具有更宽
泛的传动比，从而能够搭配更多不同类型的电机使用。博格华纳
eGearDrive 31-03使用铝压铸的壳体，有效的减少了重量，简化部
件，实现轻量化设计，符合新能源汽车的轻量化、绿色节能设计趋
势。
由于具有多种传动比可供选择，所以eGearDrive 31-03能够适用
于多种型号的电机，使之能够广泛的运用于更多品牌的电动轿车上。
eGearDrive减速器最初型号31-01是限量供应给特斯拉Roadster 的
产品，Tesla Roadster Sport版从静止加速到96km/h只需要时间，
传动系统的高效率功不可没。BorgWarner固定齿比变速箱（电驱
动桥）具备更高的稳定性、牵引力和低噪音性能，31- 01型
eGearDrive并在后来被特斯拉所买断。
eGearDrive®电子驱动桥具有较高的扭矩容量，能够处理高达
14,000rpm的输入速度，从而保证运作平稳、低噪。并且得益于高
效传动齿轮的运用，使整个减速器的传动效率超过97%，。与此同
时，这款减速器还有电子驻车锁止系统可供选择，能够使厂家为中
国消费者提供他们所喜爱的电子驻车功能。
博格华纳电驱系统eDM
2015年，博格华纳收购美国雷米电机后，研发了集成电机和电子
驱动变速桥eGearDrive总成为一体的eDM（Electric Drive Module）。
2018年eDM在中国长城汽车公司的C30电动汽车上得到应用，这是
使用eDM的第一个中国车企。博格华纳eDM技术参数：持续功率
80kW、峰值功率135kW、持续扭矩1450Nm、峰值扭矩2500Nm、
电机峰值扭矩315Nm、电机最高转速10600rpm。eDM中的HVH
250电机的效率达到95%（eDM系统传动效率大于92%），由于先
进的扁铜线定子绕组技术，电机功率密度更高。技术参数：产品
重量79kg、减速型式单级减速、可选速比
转速12000rpm。
博格华纳二合一电驱eDM
注意其在电机和行星排减速器之间使用链条代替齿轮传动
博格华纳二合一电驱eDM
博格华纳另一个版本的eDM
博格华纳eDM内部结构图
博格华纳三合一电驱系统iDM
2019年，博格华纳继“双合一”（既电机和减速器合一）的eDM 电
驱动模块后，顺势推出了“电控+电机+减速器三合一”，且适用于
纯电力驱动、P4混动的全集成电驱动力单元。在收购了英国的新
能源汽车控制装置和电池充电器生产商Sevcon之后，博格华纳将减
速箱、电机和控制器集成在一起，研发出iDM（Integrated
Drive Module）。相比eDM，iDM在性能、集成度、尺寸、重量、
成本方面的优势更明显，非常符合电动汽车驱动系统的发展趋势。
博格华纳iDM（integrated Drive Module）电驱系统集成了减速器、
电机和电控部分。作为博格华纳已经投产的eDM的下一代产品，
IDM有三个版本：IDM XS、IDM S、IDM M，可以适用在乘用车
及商用车的前桥或后桥上。IDM也可以应用在那些原本纯电前驱车
型的后桥上，形成P4电驱后桥架构。
博格华纳三合一电驱iDM
博格华纳iDM eAxle电控部分采用了主流的IGBT（Insulated Gate
Bipolar Transistor) 绝缘栅双极型晶体管技术。电机方面，博格华纳的
iDM系统中的电机是最高转速16000 rpm的永磁同步电机。可以支持
更高速比从而提升轮端扭矩输出，减小电机尺寸。该电机也采用发卡
式定子绕组技术，以大幅提升电机的功率密度以及NVH表现。此外，
iDM系统中要支持延伸出电子矢量控制功能：该系统可以同时控制左
右轴的扭矩输出，使得电动汽车具备燃油发动机车辆的电子稳定程序
（ESP）能力，矢量分配效果类似于讴歌的SH-AWD。
iDM系列产品的主要优势在于其可扩展和模块化的架构，且支持各
种齿轮速比（目前可提供的固定减速比）和电机尺寸。iDM的工
作电压为220-480V直流电压（VDC），根据客户的不同的整车电压
平台，该可提供高达160kW的峰值功率和的峰值扭矩。
博格华纳目前的iDM以集成了开放式差速器，可以实现电机扭矩矢
量控制，以为了防止车轮一侧打滑（50%的扭矩），另一侧失去动
力（50%的扭矩不足以驱动车辆离开），博格华纳还可以加装电子
差速锁，从而在车轮一侧打滑时，将打滑侧扭矩设为零，赋予另一
侧100%扭矩，从而驱动车辆离开打滑区域。博格华纳IDM减速器速
比和电机尺寸可以根据客户的要求做出改变，电压250-450V，电机
功率90-160kW，输出扭矩2500-3800Nm。上一代电驱产品eDM由于
电控没有集成到电驱系统上，所以需要两套系统分别冷却他们；然
而iDM由于实现了三合一，所以省去了一套冷却系统。
博格华纳电驱相关产品价格
Layout
众所周知，德系、中系混动车型尤为偏爱P2架构，小改动+低成
本+强动力是该架构的核心优势。博格华纳的P2方案更是强调与
现有动力总成的兼容性，车企无需改变发动机或变速箱原本的设
计与定位，就可以将内燃机汽车轻松升级为HEV / PHEV车型。
博格华纳的P2方案中的电机中，S型绕组导线成型工艺已得到大
规模应用，从而令整个系统的功率和扭矩密度都明显提升。
而高度集成的P2混合驱动模块和P2液压控制模块，采用CSC高压
液压驱动，能够帮助提高系统效率和性能，并兼容HV PHEV，
HV HEV和48V轻混系统。
博格华纳P2驱动模块的电机，直接置于内燃机和变速器之间（提
供串联和侧置两种灵活布置形式），并集成多达三个离合器；其
中的断开离合器允许系统与发动机分离，以实现纯电动驾驶、发
动机驱动、混合驱动，并支持发动机启停、能量回收以及支持发
动机停缸，帮助实现更高燃油效率、更强的系统总输出。
综上所述，博格华纳的P2技术解决方案，令汽车制造商可以充分
利用现有资源，以很少的投资和更多的灵活性来扩展他们的整车
产品线，有助于混动汽车快速上市，占领更大市场份额。
