電動(dòng)車越來越多地采用E軸三合一裝置，將馬達(dá)、逆變器和齒輪整合在一起，以實(shí)現(xiàn)車輛更小、更輕、成本更低，同時(shí)提高車輛性能。因此愈來愈多的汽車業(yè)者，開發(fā)出了基於X-in-1單元的多功能平臺(tái)，并大量的應(yīng)用於多款車型。

今天電動(dòng)車的架構(gòu)正在發(fā)生重大的改變。目前，電池、馬達(dá)等動(dòng)力系統(tǒng)，煞車、助力轉(zhuǎn)向等底盤系統(tǒng)，攝影機(jī)、毫米波雷達(dá)、雷射等安全系統(tǒng)，以及汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、顯示器等座艙系統(tǒng)等，正以分散的方式進(jìn)行控制，但其中有些部分卻又是相互連接。

所以電動(dòng)車越來越多地采用E軸三合一裝置，將馬達(dá)、逆變器和齒輪（減速齒輪）整合在一起，以實(shí)現(xiàn)車輛更小、更輕、成本更低，同時(shí)提高車輛性能。隨著汽車開發(fā)效率的提高，整合電力電子控制（例如，DC-DC轉(zhuǎn)換器和車載充電器OBC）的趨勢正快速的被接受，因此愈來愈多的汽車業(yè)者，開發(fā)出了基於X-in-1單元的多功能平臺(tái)，并大量的應(yīng)用於多款車型。

自駕車比傳統(tǒng)汽車消耗更多的電力

HV和燃料車一樣，但需要由電動(dòng)馬達(dá)提供動(dòng)力，因此它們是內(nèi)燃機(jī)車輛。雖然是高精度電子控制，但涉及化學(xué)反應(yīng)的一系列機(jī)制下，存在輕微的時(shí)間滯後，使電腦所做的決定立即得到反映。當(dāng)使用傳統(tǒng)的加速踏板和煞車踏板時(shí)尤其如此，經(jīng)常會(huì)感受到必須按住加速器，并等待幾秒鐘才能獲得所需的輸出。

隨著自動(dòng)駕駛系統(tǒng)變得更加復(fù)雜，能夠以更多的時(shí)間回應(yīng)各種情況，這種時(shí)滯將變得更加顯著。但是純電動(dòng)車用馬達(dá)的特點(diǎn)是從踩下油門的那一刻起就能發(fā)揮出最大扭矩，其動(dòng)力結(jié)構(gòu)本身也比內(nèi)燃機(jī)簡單。它還與電子控制相容，并且能夠比內(nèi)燃機(jī)更快地反映電腦決策。在這樣的背景下，電子控制系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)馬達(dá)的匹配和協(xié)調(diào)，就變得至關(guān)重要。

自動(dòng)駕駛汽車比傳統(tǒng)汽車消耗更多的電力，這是為了確保自動(dòng)駕駛所需的系統(tǒng)，例如高性能系統(tǒng)單晶片（SoC）和各種感測器能充分的運(yùn)作。正如安裝在電腦中的GPU（圖形處理單元）的耗電量，與其性能成正比一樣，因此安裝在自動(dòng)駕駛汽車中的超高性能電腦也需要更多的電力。從這一點(diǎn)來看，可以說電池容量較小的燃料車作為自動(dòng)駕駛汽車是處於劣勢。至少也需要混合動(dòng)力汽車（HV）才能導(dǎo)入一部分的自動(dòng)駕駛功能。

線控將成為下一代驅(qū)動(dòng)技術(shù)主流

目前最新的觀念是透過「線控」，現(xiàn)階段線控系統(tǒng)可與電腦控制相容。傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)、煞車和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，例如加速器、煞車和轉(zhuǎn)向器，透過將控制設(shè)備機(jī)械連接到轉(zhuǎn)向輪，將操作命令物理傳輸?shù)矫總€(gè)控制設(shè)備。但是線控系統(tǒng)則是將操作命令轉(zhuǎn)換為電訊號(hào)，并在沒有任何實(shí)體連接的情況下傳輸。透過電腦化後，操作命令被轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)，實(shí)現(xiàn)透過電線控制車輛的電氣控制。在取代機(jī)械結(jié)構(gòu)下，藉由電氣控制使車輛的行駛更為平順和靈活。

此外，也因?yàn)榫€控驅(qū)動(dòng)（加速器控制）、線控制動(dòng)（煞車控制）和線控轉(zhuǎn)向（轉(zhuǎn)向控制）的優(yōu)勢，取代傳統(tǒng)機(jī)械控制裝置的依賴，增加了布局的靈活性。在這樣的機(jī)制下，未來踏板和方向盤可以用按鈕或操縱桿代替，并且可以自由設(shè)置在駕駛座中更人性化的地方。

例如BOLDLY的「NAVYA ARMA」就是沒有采用手把或其他裝置，而是藉由一個(gè)類似游戲控制器操作的系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)這種新一代的行車控制（圖一）。

圖一 : 駕駛員進(jìn)行控制器操作實(shí)務(wù)訓(xùn)練（左），NAVYA ARMA的駕駛控制器（右）。（source：SOFTBANK）

輪內(nèi)馬達(dá)與X-in-1系統(tǒng)讓行駛更智慧

除了線控系統(tǒng)之外，還有工程師采用了輪內(nèi)馬達(dá)的設(shè)計(jì)，透過將馬達(dá)放置在驅(qū)動(dòng)輪附近，不僅可以單獨(dú)控制每個(gè)車輪，還可為車輛的內(nèi)部布局提供更大的自由度。而這樣的變化，在整合多種功能下，系統(tǒng)將變得更加復(fù)雜，維持行駛安全性變得更加困難，因此診斷功能和故障預(yù)測等預(yù)防性技術(shù)更被相關(guān)業(yè)者所關(guān)注，也逐漸出現(xiàn)異業(yè)結(jié)盟合作的趨勢。

Nidec（原日本電產(chǎn)）在2023年6月，宣布將和瑞薩電子合力開發(fā)下一代E-Axle（X-in-1系統(tǒng)）半導(dǎo)體解決方案，整合了EV所需的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和各種電力電子設(shè)備，來實(shí)現(xiàn)高水準(zhǔn)的性能和效率，并且達(dá)到體積小、輕量化、低成本目標(biāo)。

Nidek-E-Axle

對(duì)於X-in-1系統(tǒng)，Nidek已在2019年底開發(fā)了一款6合1的概念驗(yàn)證（PoC），除了馬達(dá)、逆變器和齒輪之外，還配備DC-DC轉(zhuǎn)換器、OBC和配電單元（PDU）。與瑞薩電子合作，將是此計(jì)畫的第二階段，透過整合電池管理系統(tǒng)（BMS）和其他系統(tǒng)來進(jìn)一步提高整合度。而DC-DC和OBC功率裝置所采用的功率元件，也將從原先的碳化矽（SiC），替換為更適合高頻作業(yè)的氮化??（GaN）。

例如Nidec的「E-Axle」?fàn)恳R達(dá)系統(tǒng)整合了馬達(dá)、逆變器和減速器，雖然整合動(dòng)力需要這三個(gè)元件，但從產(chǎn)生連接功能，到輪胎的驅(qū)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)扭矩，再到驅(qū)動(dòng)車輛，每單元又是可以獨(dú)立的操控（圖二）。

圖二 : 透過小型eAxle的應(yīng)用，可將車體外型與車內(nèi)空間做最大的應(yīng)用。（source：日本電產(chǎn)、豐田汽車）

日產(chǎn)-e-POWER

在驅(qū)動(dòng)總成方面，日產(chǎn)也投入了相當(dāng)大的資源發(fā)展下一代的技術(shù)。目前，日產(chǎn)正透過電動(dòng)車（EV）和e-POWER，兩大方向全力發(fā)展電氣化。尤其是加速開發(fā)下一代電動(dòng)動(dòng)力總成X-in-1，希??透過100%電機(jī)驅(qū)動(dòng)，以及主要元件的共享和模組化來普及電動(dòng)車（圖三）。

圖三 : 日產(chǎn)下一代電動(dòng)動(dòng)力總成X合1（source：日產(chǎn)汽車）

EV和e-POWER都是日產(chǎn)汽車100%獨(dú)立發(fā)展出來的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)。由於兩個(gè)系統(tǒng)均僅依靠馬達(dá)運(yùn)行，因此馬達(dá)和逆變器等主要部件可以共享。并且透過將X-in-1模組化，不僅提高了基本性能，例如更輕、更小，透過整合改善聲音和振動(dòng)性能，而且透過進(jìn)一步共享主要元件來降低組件成本和產(chǎn)量，與2019年相比，成本大幅度的降低了30%（圖四）。

圖四 : 動(dòng)力總成小型化（體積比）。（source：日產(chǎn)汽車）

行駛1200公里的新一代電池

對(duì)於電池電動(dòng)車（BEV）來說，電池就像是讓電力流動(dòng)的心臟。目前主流的技術(shù)是將液態(tài)鋰離子電池，透過提高方形電池的能量密度來提高性能，來增加可行駛的距離和EV車使用時(shí)間。

在2023年6月，豐田汽車發(fā)表了一項(xiàng)令全球車界驚訝的技術(shù)消息。豐田表示將於2026年推出LEXUS下一代電動(dòng)車。更重要的是，該車將配備下一代鋰離子電池，可提供1000公里的實(shí)際續(xù)航里程。

豐田首席技術(shù)官中?裕樹表示，雖然1000公里令人驚訝，但如果使用全固態(tài)電池，根據(jù)簡單的計(jì)算，預(yù)計(jì)可以達(dá)到1200公里。此外，正在開發(fā)能實(shí)現(xiàn)10分鐘或更短的快速充電時(shí)間的技術(shù)（充電率從10%到80%）。

對(duì)於業(yè)界來說，這則消息是具有相當(dāng)?shù)恼鸷承浴Ｒ驗(yàn)槊绹妱?dòng)車的平均續(xù)航里程略低於500公里，目前2023年款Lucid Air以830公里領(lǐng)先產(chǎn)業(yè)，雖然特斯拉可在15分鐘內(nèi)充電至80%。但是如果豐田的新技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，將會(huì)壓倒兩者。

造成業(yè)界震撼首先第一個(gè)理由，是豐田在電動(dòng)車方面被認(rèn)為是「落後者」，并且沒有良好的記錄。例如，豐田剛在2022年推出了首款電動(dòng)車bZ4X後，由於擔(dān)心輪轂螺栓松動(dòng)并導(dǎo)致車輪脫落，該車在首次亮相後就立即被召回。

另一方面，大多數(shù)主要汽車制造商在市場上至少有兩種電動(dòng)車車型，就像BMW和賓士各推出了五款車型。但是直至2023年年底，而豐田和旗下豪華品牌LEXUS各自推出了一款車型。

根據(jù)發(fā)表的資料顯示，豐田對(duì)於下一代的車用電池來說，豐田除了開發(fā)高品質(zhì)、廉價(jià)的電池外，還致力將雙極結(jié)構(gòu)與高鎳正極結(jié)合的高性能電池商業(yè)化，以在2027-2028年實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步發(fā)展（表一）。

在降低電池成本方面，將使用廉價(jià)的磷酸鋰（LFP）作為材料，達(dá)到與目前的bZ4X相比，續(xù)航里程增加20%，成本降低40%，快速充電時(shí)間為30分鐘或更短。而在高性能電池商業(yè)化方面，除了續(xù)航里程提高10%、成本降低10%外，并且讓達(dá)到池以20分鐘，或更短的快速充電時(shí)間（SOC=10-80）實(shí)現(xiàn)壓倒性的性能。

圖五 : 豐田藉由改變電池結(jié)構(gòu)來提升效能。（source：豐田汽車；作者整理）

豐田發(fā)表新一代數(shù)位駕駛艙

對(duì)於觀察未來EV車駕駛艙的趨勢變化，最熱門的議題莫過於豐田汽車最近發(fā)表了新一代數(shù)位駕駛艙，除了全數(shù)位儀表外還配備手持?jǐn)?shù)位顯示器。

在2023年日本移動(dòng)展上，豐田汽車宣布了預(yù)計(jì)在2026年發(fā)表的下一代電池EV車中，采用全數(shù)位駕駛艙，將透過數(shù)位化、智慧化來重新定義座艙。特點(diǎn)包括內(nèi)建平面顯示器的全數(shù)位儀表板、非常少見的線控方向盤，以及方向盤兩側(cè)的手持式數(shù)位顯示器。座艙中心部分也設(shè)置了觸控式顯示器，用於娛樂目的。

圖六 : 豐田2000GT的數(shù)位駕駛座（source：豐田汽車）

豐田表示這款數(shù)位化智慧座艙，對(duì)於駕駛者來說提供了三個(gè)高價(jià)值性的設(shè)計(jì)。包括：1.所有操作均可在手邊進(jìn)行，無需將視線離開路面；2.即使是駕駛者也將能夠獲得數(shù)位體驗(yàn)。因?yàn)槟壳暗臄?shù)位內(nèi)容主要是提供給乘客，而非是駕駛體驗(yàn)的一部分；3.靈活滿足多種需求，從只專注於汽車基本功能的跑車、低價(jià)車的需求，演進(jìn)成享受駕駛需求的更多有趣性。

特別是，方向盤兩側(cè)的手持式數(shù)位顯示器，具有與動(dòng)力系統(tǒng)相關(guān)的操作，例如左側(cè)的換檔選擇器，以及右側(cè)的娛樂相關(guān)的操作。特別是，右側(cè)的數(shù)位顯示器，提供駕駛者可以像智慧型手機(jī)一樣操作，因此任何經(jīng)常使用智慧型手機(jī)的人都可以輕松地操控。另一方面，由於是全新的作業(yè)系統(tǒng)，操作非常直觀，只需觸摸「D」等鍵即可，同時(shí)ADAS操作也集中在左側(cè)。