1.3 采埃孚ZF同轴减速器原理介绍

ZF 同轴减速器进展

采埃孚ZF 的同轴减速器不同于舍弗勒的NW方案，而是比较巧妙的差减一体方案，即没有专门的差速器机构，而是融入了行星轮系之中。

根据新闻，该款ZF减速器已经于2025年在国内量产。以下是2025年12月的新闻。

“全球首台基于行星齿轮技术方案的Indi同轴减速器产品，近日在采埃孚杭州工厂正式下线并实现批量交付。这一创新产品将搭载于中国头部汽车制造商的主流中高端电动车型（实际是搭载吉利极氪汽车），该车型首批车辆即将投放市场。此次批量交付不仅标志着采埃孚在电驱动核心部件领域的重要突破，同时也以“德国技术概念+中国自主研发”的创新模式，为采埃孚深化全球电动化战略、巩固亚太市场领先地位注入核心动能。”

新闻稿里提到的主要优点

1)       空间效率提升：相比传统减速器，体积缩减约50%，为电动车底盘布局释放更多设计自由度；

2)       重量减轻：重量降低50%，助力整车续航能力提升；

3)       传动效率优化：通过减少能量损耗，显著提升车辆动力性能与能效表现。

集成Indi减速器的三合一电驱动系统爆炸图：

ZF Indi 减速器的原理

ZF Indi同轴减速器实际上是两级的NGW行星排串联而成，一级的齿圈作为二级的太阳轮，固定二级的行星架，分别使用一级的行星架和二级的齿圈输出。这种结构原理看似简单，实际一点也不容易，要对行星轮减速器有深入的理解才能玩的转。

速比计算行星齿轮基本运动关系式

对于简单行星齿轮机构（Simple Planetary Gear Train），其基本运动关系为：

其中：

n_s ：太阳轮转速

n_R ：内齿圈转速

n_PC ：行星架（载体）转速

α ：齿数比参数，定义为

该公式描述了在行星齿轮机构中，太阳轮、内齿圈与行星架三者之间的转速约束关系。

公式的物理意义

该公式可改写为：

从中可以看出：

1)       行星架转速是太阳轮转速与齿圈转速的齿数加权平均。

2)       当 α 较大（齿圈齿数远大于太阳轮）时，行星架转速更接近齿圈转速

3)       当 α 较小时，行星架转速更接近太阳轮转速

ZF Indi 两级减速计算

采埃孚这款减速器简单来看，是两级NGW简单行星排的串联，因此可以使用两个NGW行星排的速比计算公式联立进行计算。

第一级：

第二级：

二级太阳轮和一级齿圈共转速：

二级行星架固定，转速为0：

另外：

 

综合以上条件，可以得到：

物理意义：

这个式子本质上是一个转速平衡/分流关系：输入太阳轮转速 n_S1被分解成两部分：一部分通过一级行星架输出n_pc1，另一部分通过二级行星排 → 齿圈输出n_R2

如果要作为减速器使用，那么直行情况左右车轮转速必须得相等，即n_pc1 = n_S1。那么齿比关系要满足的必要条件就是：

这个条件非常重要，是设计这款减速器的必须要满足的条件，关系到齿轮齿数的配比。

最终减速器的速比：

差速原理 - 转速差速

以下公式本身就说明 PC1 与 R2 之间存在确定的线性运动学耦合， n_PC1 与 n_R2 之间互相线性制约，但并没有被唯一确定。这正是差速机构的数学特征：一个输入 → 两个输出之间存在一条线性约束 → 输出可相对变化。

如果固定输入转速n_S1 = 常数，把总方程改写成差速形式

或写成“相对变化率”：

物理意义：R2 转速增加，PC1 必然按比例降低，比例由齿数参数决定。由前述分析可知：

 所以，会得到：

那就意味着一边转速的减少，等于另一边转速的增加量，这就实现了差速功能。

差速原理 - 扭矩均分

除了差速，还要能够实现扭矩均分

理想无损条件下的功率守恒

用转速 × 扭矩表示：

代入速度关系可得：

两个输出扭矩之比为：

这就是该机构的固有扭矩分配比。因为 1+ α1 = α1 x α2 ，所以这就说明了扭矩是均分的。

ZF Indi 减速器基本参数

下边据说是量产的这款减速器的基本参数：

参数	该款电驱系统性能
电机类型
冷却方式
电压等级
峰值扭矩
峰值功率
持续功率
持续扭矩
减速器主要参数
参数	太阳轮S1	行星轮P1	齿圈R1	太阳轮S2	行星轮P2	齿圈R2
齿轮旋向	36	49	136	151	20	193
齿数
速比	1+ 136/36+ 136/36 x 193/151 = 9.606
齿轮模数
压力角
螺旋角
中心距
齿宽
齿顶圆

分别计算：

发现两者并不完全相等，那么左右轮的扭矩之比为：

假设输入扭矩T_s1 =520Nm，那么

左右轮的扭矩差值

这款减速器据说已经量产，反过来说明，实际应用中，可能没办法保证  和  完全相等，而是确保差值在一定范围内，进而确保左右轮端分配的扭矩和转速差控制在一定范围内。

ZF Indi 减速器实物图片