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新能源車用電驅動（dòng）橋的設計

2022-8-30 來源：江西江鈴底盤股份（fèn）有限公司作（zuò）者：黃蘇剛鄒兵鳳

摘要：隨著新能源（yuán）汽車電動化（huà）步伐的加快，且電驅動（dòng）橋具備高集成度（dù）、低成（chéng）本、高傳動效率和輕量化等諸多優點，傳統汽車上的發動機（jī）、傳動係統將逐漸被電驅動橋取代。本文先後介紹新能源汽車用電驅動橋的種類和（hé）設計開（kāi）發，同時列舉實例對設計過程加以說明，為汽車（chē）相關（guān）從業人員提供借鑒。

關鍵詞 : 新能源汽車 ; 電驅動橋 ; 齒（chǐ）輪 ;軸承 ; 設計

電驅動（dòng）橋是新能源汽車的動力係統和傳動係（xì）統，有著為整車提供動力、承受負載、降低轉速、增大扭矩和保證左右車輪差速等功能。通常包括電動機、減速器（含差速器、齒輪、軸承）、驅動半軸、剛性橋殼及輪轂軸承這些（xiē）關鍵零（líng）部（bù）件。通過合理的設計優化及係統可靠的（de）台架試驗，可實現產品的緊湊化、輕量化、高效率和高壽命（mìng）。

電驅動橋的種（zhǒng）類

新能源（yuán）汽車電動機（jī）的布置形式可分為電動機（jī）直連式、平行（háng）軸式（shì）和同軸式。直連式是采用電動機取代燃油車的發動機和變速器，所采用的電驅動橋，是從傳統燃（rán）油車的驅動橋上通過加大齒輪速比以及提升齒（chǐ）輪精度衍變而來。因其保留了傳動軸、整車電池布置空間受限，同時受速比（bǐ）最大為 7 的限製，導致無法采用高速小型（xíng）化的電（diàn）動（dòng）機，因此該（gāi）電驅動橋在國家（jiā）新能源汽車發展戰略中屬於過渡技術產品，這種（zhǒng）驅（qū）動橋稱為第一代電驅動橋（見圖 1）。

圖（tú） 1 第一代電驅動橋

平行軸式（shì）結構是采用電動機取代燃油（yóu）車的發動機、變速器和傳動軸，將電動機集成為電驅動橋的一個子零件，並與電驅動橋（qiáo）的輸出半軸呈平行布置，這種驅動橋稱為第二代電驅動橋（見圖2）。

圖 2 第二代電驅動橋

同軸式結構（gòu）是在第二代電（diàn）驅動橋基礎上，將電（diàn）動機與電驅動（dòng）的輸出半軸做同軸布置，這種驅（qū）動橋稱為第三代電驅動橋（見圖 3）。

圖 3 第三代（dài）電驅（qū）動橋

還有一種在乘用車基礎上衍變出的產品，它也是將電動機軸與輸出半軸呈（chéng）平行（háng）布置，並（bìng）且將車橋的承載功能獨立出讓剛（gāng）性橋殼承擔，而減速器配（pèi）合球籠半軸傳（chuán）遞扭矩。這（zhè）種驅動橋稱為承載與承受扭分離（lí）型電驅動橋（見圖 4）。

圖 4 承載與承扭分離型電驅動橋

從（cóng）目前各整車廠及車（chē）橋企業的研究方（fāng）向看，第二代以及第三代電驅動橋可減輕電動機質量，降低整車成本，提升整車續駛（shǐ）裏程。其中第二代電驅動橋因其前期投（tóu）入低、技術易（yì）實（shí）現（xiàn）及性價比高（gāo），而備受市（shì）場青睞，本文將以實例著重（chóng）介紹。

眾（zhòng）所周知，全浮式驅動橋較半浮式（shì）驅動橋有著更好的剛度和更高的承載能力，軸承失效和油封漏油的故障率更低。電驅動橋相較傳統驅動橋的簧下（xià）質量和設計載荷均有（yǒu）所增加，對驅（qū）動橋的各項性能要求也更為嚴格。故在此摒棄（qì）半浮式驅動橋而優選全浮式第二（èr）代電驅動橋進行（háng）設計。

電驅動（dòng）橋的設計主要包括以下步驟 :

1）整車動力性仿真確定（dìng）電驅動（dòng）橋主要設計（jì）參數。

2）減速器齒（chǐ）輪及軸承的布置校核（hé）。

3）差速器強度（dù）設計校核（hé）。

4）半軸強度的設計校核。

5）輪（lún）轂軸（zhóu）承的（de）設計校核。

6）剛性橋殼的設計校核。

以表 1 的（de）整車參數和設計目標對某電驅動（dòng）橋進行詳細設計。

電驅動橋的設計開發

1.整車動力性校核

參考相關文獻理論和計算方法，匯編基於EXCEL 的整車動（dòng）力性計算表格。根據表 1 內相關參數，分別選取第（dì）一代和第二代電驅動橋進行動力（lì）性計算，計算結果（guǒ）分別見表 2 和表（biǎo） 3。

表（biǎo） 1 某（mǒu）純電動輕客整車參數及設（shè）計目標

表 2 第一代電驅動橋動力性計（jì）算

表 3 第二代電驅（qū）動橋動力性計算

根據表 2 和表 3 的計算結（jié）果，采用（yòng）同等功率的電動機，第二代電驅動橋將為整車帶來更大的爬坡（pō）度、更快的加速時間和更高的傳動效率。同時采用高轉速電動機後省卻傳動（dòng）軸，便於布置更多的動力電（diàn）池（chí），提高了整車（chē）能量密度及（jí）續駛裏程，使電動機重量和整車成本下降。

2.減速（sù）器齒（chǐ）輪及軸（zhóu）承的布（bù）置校核

根據表 3 的整車動力性仿真計算結果，結合所選電動機的外形尺寸，對（duì）第二代電驅動橋減（jiǎn）速器的齒輪及軸承做如圖 5 所示布（bù）置。通過多次的軟件（jiàn）分析（xī）和迭代修正，最終形成（chéng）的齒（chǐ）輪及軸承參數見表 4 和（hé）表（biǎo） 5。

圖 5 第二代電驅動橋減速器齒輪及軸承布置

表 4 各軸承參（cān）數

表 5 各齒輪（lún）參數

在最大輸入扭矩工（gōng）況下對齒輪及軸承強度和壽命進行 Romax 軟件分析，分析（xī）結（jié）果見表 6 和表 7。

3.差速器強（qiáng）度設計校核

根（gēn）據上述所（suǒ）選的第二代（dài）電驅動橋（qiáo）動力性計算結果，可得到該電驅動橋最大（dà）輸出轉矩 T。為保證電驅動（dòng）橋應對快速升扭和其（qí）他衝擊工況，在此給定輸出轉矩 1.8 的後備係數 ; 結合傳統驅動橋所用的差速器承扭能（néng）力，按 1.8T 的承扭能力（lì）初選某型差速器總成。

表 6 軸承分（fèn）析結果

表 7 齒輪分析結果（guǒ）

結語（yǔ）

第二代平（píng）行軸式及第三代同軸式電驅動橋均不同（tóng）程度的在傳統驅動橋上衍變（biàn）發展而來，是當下市場主流產品。

采用平行軸式電驅動橋可最大限度（dù）地借用傳統（tǒng）驅動橋的（de）剛性橋（qiáo）殼、半軸等相關資源（yuán），前期投入較低、技術易實現、性價比高，其技術難點集中在（zài）減速器總成的設計開發和相關台架試驗上。采用第三代同軸式電驅動橋需將電動機作為承載件而借用不了傳統驅動橋的剛性橋殼和半軸，開發高速中空（kōng）電動機以（yǐ）及行星排齒輪的技術難度高、性價比低，然而高集成度和簧下質量輕的特性使它（tā）必然會（huì）成為電（diàn）驅（qū）動橋的最終發（fā）展方向，推動汽車工業快速發展。

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