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新能源車用電驅動橋的設計

2022-8-30 來源：江西江鈴底盤股份有限公司作者（zhě）：黃蘇剛鄒（zōu）兵鳳

摘（zhāi）要（yào）：隨著新能源汽車電動（dòng）化步伐的加（jiā）快，且電驅動（dòng）橋具備高集成度、低成（chéng）本、高（gāo）傳動效率和輕量化等諸多優點，傳統汽車上的發（fā）動機、傳動係統將逐漸被電驅動橋取代。本文先（xiān）後介（jiè）紹新能源汽車用電驅動（dòng）橋的（de）種類和設計開（kāi）發，同時列（liè）舉（jǔ）實例對設計過程加以說明，為汽車相關從業（yè）人員（yuán）提供借鑒。

關鍵詞 : 新能源汽車 ; 電驅動橋（qiáo） ; 齒輪 ;軸承 ; 設計

電驅動橋是新能源汽車的動力係統和傳動係統，有著為（wéi）整車（chē）提（tí）供動力、承受負載、降低轉速（sù）、增大扭矩和保證左右車輪差（chà）速等功能。通常包括電（diàn）動機、減速器（含差速器、齒輪（lún）、軸承）、驅動半軸、剛性橋殼及輪轂軸承這些關鍵零部件。通過合理的設計優化及係統可靠的台（tái）架試驗，可實現產品的緊湊化、輕量化、高效率和高（gāo）壽命。

電驅動橋的種類

新能源汽（qì）車電動機（jī）的布置形式可（kě）分為電動機直連式、平行（háng）軸式和同軸式。直連式是采（cǎi）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（shì）從傳統燃油車的驅動橋上通過加大齒輪速比以及提升齒輪（lún）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（tóng）時受速比最大為 7 的限製，導致無法采用高速小型化的電動機，因此該電驅動橋在國家新能源汽車發展戰略中屬於過（guò）渡技術（shù）產品，這種驅（qū）動橋稱（chēng）為第一代電驅（qū）動橋（見圖 1）。

圖 1 第一代電驅動（dòng）橋

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

圖（tú） 2 第二代電驅動橋

同軸（zhóu）式（shì）結構是在第二代電驅（qū）動橋基礎上，將電動機與電驅動的輸出半軸做同軸（zhóu）布置，這種（zhǒng）驅動橋稱（chēng）為第（dì）三代電驅動橋（見（jiàn）圖 3）。

圖 3 第三代電驅動橋

還有一種在乘用車基礎上衍變出的產品，它也是將電動機（jī）軸與輸出半軸呈平（píng）行布置，並且將車橋的承載功能（néng）獨立出讓剛性（xìng）橋殼承擔，而減速器配合球籠（lóng）半（bàn）軸傳遞扭（niǔ）矩。這種驅動橋稱為承載與承受扭分離型（xíng）電驅動（dòng）橋（見（jiàn）圖 4）。

圖 4 承（chéng）載與承扭分離型電驅動橋

從目前各整車廠及車橋企業的研究方（fāng）向看，第二代以及（jí）第三代電驅（qū）動橋可減輕電動（dòng）機（jī）質量（liàng），降低整車成本，提升整車續駛裏程。其中第二代電驅動橋因其前（qián）期投入低、技術易實現及性價比高，而備受市場青睞，本文將以實例著重介（jiè）紹。

眾所周知，全（quán）浮式（shì）驅動橋較半浮式驅動橋有著更好的（de）剛（gāng）度和更高的承載能力，軸承失效（xiào）和油（yóu）封漏油的故障率更低。電驅動橋相較傳統驅動橋的簧下質量和設計載荷均有所增（zēng）加，對驅動橋的各項性能要求也更（gèng）為嚴格。故在（zài）此摒棄半浮（fú）式驅動橋而優選全浮（fú）式第（dì）二代電驅動（dòng）橋進行設計。

電驅（qū）動（dòng）橋的設計主要包括以下步驟 :

1）整車動力性仿真確定電驅動橋主要設計參數。

2）減速器齒輪及軸承的（de）布置校核。

3）差速器強（qiáng）度設計校核。

4）半軸強度（dù）的設計校核。

5）輪轂軸承的（de）設計校核。

6）剛（gāng）性（xìng）橋殼的設（shè）計校核。

以表 1 的整車參數和設計目標對（duì）某（mǒu）電驅（qū）動橋進（jìn）行詳細設計。

電驅動橋的設計開發

1.整車動（dòng）力性校核

參考相關文獻理論和計算方法，匯編基於EXCEL 的整車動力性計（jì）算表格。根據（jù）表 1 內相關參數，分（fèn）別選取第一代和第二代電驅動橋進行動（dòng）力性（xìng）計算，計算結果分別見表 2 和表 3。

表 1 某純電動輕客整車參數及設計目標

表 2 第一代電驅動橋動力性計算

表 3 第二（èr）代電驅動橋動力（lì）性計算

根據表（biǎo） 2 和表 3 的計算結果，采用同等功率的電動機，第二代（dài）電驅動橋將（jiāng）為整（zhěng）車帶來更大的爬坡度、更快的加速（sù）時（shí）間和（hé）更高的傳動效率。同時采用高轉速（sù）電動（dòng）機後省卻傳動軸，便於布置更多的動力電池，提高了整（zhěng）車能量密度及續駛裏程，使電動機重量和整（zhěng）車成本下降。

2.減速（sù）器齒輪及軸承（chéng）的布置（zhì）校核（hé）

根據表 3 的整車動力性（xìng）仿真計算結（jié）果，結合所（suǒ）選電動機（jī）的外形尺寸，對第二代電驅動橋減速器的（de）齒輪及軸承做如（rú）圖 5 所示布置。通過多次的軟件分析和迭代修正，最終形成的齒輪及軸承參數（shù）見表 4 和表 5。

圖 5 第二代電驅（qū）動（dòng）橋減速器齒輪及軸承布置

表 4 各軸承參數

表 5 各齒輪參數

在最大輸入扭矩工況下對齒輪及軸（zhóu）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.差速器強度設計校核

根據上述所選的第二（èr）代電驅動橋動力性計算結果，可得到該電驅動橋最大（dà）輸出轉（zhuǎn）矩 T。為保證電驅動橋應對快（kuài）速升扭和其（qí）他衝擊工況，在此給定輸出轉矩 1.8 的後備（bèi）係數 ; 結合傳統（tǒng）驅動橋所用的差速器承扭能力，按 1.8T 的承扭能力初選某型差速器總成。

表 6 軸承分析（xī）結果

表（biǎo） 7 齒輪分析（xī）結果

結語

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

采用平行（háng）軸式電驅動橋可（kě）最大限度地借用傳統驅動橋的剛（gāng）性橋殼、半軸等相關資源，前期投入較低、技術易實現、性價比高，其技術難點集中在減速（sù）器總成（chéng）的設計開發和相（xiàng）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（jiàn）而（ér）借用不了傳統驅動橋的剛性（xìng）橋殼和半軸，開發高速（sù）中（zhōng）空電動機以及行星排齒輪（lún）的技術難度高、性價比低，然（rán）而高集成度和簧下質量輕的特性使（shǐ）它必然會成（chéng）為電驅動橋的最終發展方向（xiàng），推動汽車工（gōng）業快速發展。

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