電驅(qū)動橋的案例
淺析電驅(qū)動橋耐久試驗方法
電驅(qū)動橋是從傳統(tǒng)車橋衍變而來，它是汽車的傳動系統(tǒng)，起著承受負(fù)載、降低轉(zhuǎn)速、增大轉(zhuǎn)矩、保證左右車輪差速以及制動等功能。通過合理的選型和充分的驗證，可實現(xiàn)產(chǎn)品的緊湊化、輕量化、高效率和高壽命。
電驅(qū)動橋的種類
按電動機在整車中的布置形式可將電驅(qū)動橋分為電動機直聯(lián)式、平行軸式和同軸式。
1）直聯(lián)式結(jié)構(gòu)（見圖1）是采用電動機取代燃油車的發(fā)動機和變速器，所采用的電驅(qū)動橋是從傳統(tǒng)燃油車的驅(qū)動橋上通過加大齒輪速比以及提升齒輪性能衍變而來，起初應(yīng)用于微型乘用車、物流車等領(lǐng)域，現(xiàn)主要集中應(yīng)用于輕型貨車、中型貨車等以上車型。
圖1 電動機直聯(lián)式電驅(qū)動橋
2）平行軸式結(jié)構(gòu)（見圖2）是采用電動機進(jìn)一步取代燃油車的發(fā)動機、變速器和傳動軸，將電動機集成為電驅(qū)動橋的一個子零件并與電驅(qū)動橋的輸出半軸呈平行布置，其減速器采用兩級傳動，系統(tǒng)集成度高，能量損耗小，目前廣泛應(yīng)用于物流車、微型乘用車、輕型客車及皮卡上。從近年市場上的反饋來看，該電驅(qū)動橋已經(jīng)完美地滿足了整車廠和客戶使用需求，大大加快了汽車的電動化進(jìn)程。
圖2 平行軸式電驅(qū)動橋
3）同軸式結(jié)構(gòu)（見圖3）是在平行軸式電驅(qū)動橋基礎(chǔ)上，將電動機與電驅(qū)動的輸出半軸做同軸布置，使得產(chǎn)品的集成度更優(yōu)，是電驅(qū)動橋的發(fā)展方向。
圖3 同軸式電驅(qū)動橋
電驅(qū)動橋的耐久試驗
1.電動機直聯(lián)式電驅(qū)動橋的耐久試驗
電動機直聯(lián)式電驅(qū)動橋是從傳統(tǒng)燃油驅(qū)動橋衍變而來，因而可參考QC/T 533－2020《汽車驅(qū)動橋臺架試驗方法》、QC/T 534－2020《汽車驅(qū)動橋臺架試驗評價指標(biāo)》進(jìn)行耐久試驗。
展開 電驅(qū)動橋關(guān)鍵技術(shù)綜述
1 前言
電驅(qū)動橋是針對電動汽車設(shè)計的一種機電一體化驅(qū)動系統(tǒng)，具有集成化程度高、體積小、能耗低等優(yōu)點。作為電動汽車的核心部件，其性能直接影響電動汽車的動力性和經(jīng)濟性。
電驅(qū)動橋可分為集中式電驅(qū)動橋和分布式電驅(qū)動橋。集中式電驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但具有成本低、對傳動系統(tǒng)設(shè)計影響較小以及開發(fā)難度低的優(yōu)點。分布式電驅(qū)動橋具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕以及效率高的優(yōu)點，但差速控制困難、非簧載質(zhì)量大。
電驅(qū)動橋主要由電機、逆變器、變速器組成。由于在轉(zhuǎn)矩密度、功率密度以及效率等方面具有顯著優(yōu)勢，永磁同步電機已逐漸成為車用電機的主流。為進(jìn)一步減小電驅(qū)動橋的體積和質(zhì)量，新一代電驅(qū)動橋大多將電力電子元件集成到逆變器上。單擋變速器和多擋變速器各有優(yōu)缺點，但隨著電驅(qū)動橋技術(shù)的發(fā)展，多擋電驅(qū)動橋逐漸成為了研究的熱點。
本文將對電驅(qū)動橋關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行綜述，并在此基礎(chǔ)上總結(jié)得出電驅(qū)動橋的發(fā)展方向。
2 電驅(qū)動橋關(guān)鍵技術(shù)
電驅(qū)動橋性能主要受到3 個方面的影響：第一，電驅(qū)動橋動力傳遞路徑及分配方式隨著構(gòu)型的不同而改變，從而影響電驅(qū)動橋的輸出；第二，電驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)會影響其自身的質(zhì)量、體積，進(jìn)而影響其性能；第三，電驅(qū)動橋控制策略影響其各部件的協(xié)同工作。
2.1 多擋化構(gòu)型
目前，電驅(qū)動橋通常配備單速變速器，以最大限度降低成本、體積，減輕質(zhì)量并提高其適配性。
相比于單擋變速器無法兼顧車輛起步時的轉(zhuǎn)矩和速度，多擋變速器可以通過低擋位提供大扭矩，高擋位提高車輛的速度達(dá)到起步扭矩與車速的兼容，并能夠降低電機的體積、質(zhì)量和轉(zhuǎn)速。在電池技術(shù)短時間內(nèi)難以取得重大突破的情況下，通過提高效率增加電動汽車的續(xù)航里程就顯得尤為重要。在日常駕駛條件下，采用單擋變速器的電機實際效率與最高效率仍然存在一定差距。
展開 中國首款量產(chǎn)的兩檔電驅(qū)動橋，為何受SUV青睞？
面對日益嚴(yán)苛的汽車油耗目標(biāo)及排放法規(guī)要求，越來越多的汽車生產(chǎn)商開始考慮采用驅(qū)動電機替代傳統(tǒng)發(fā)動機，并與減速器和差速器一起，組成電驅(qū)動橋系統(tǒng)，實現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)的電動化。
9月12日，搭載舍弗勒兩擋電驅(qū)動橋（2-speed eAxle）的長安CS75 PHEV上市，成為國內(nèi)第二款搭載該電驅(qū)動橋產(chǎn)品的插電混動四驅(qū)SUV。
舍弗勒兩擋平行軸式電驅(qū)動橋是中國市場上首款實現(xiàn)量產(chǎn)的兩擋電驅(qū)動橋，已經(jīng)應(yīng)用在長安CS75 PHEV和長城WEY P8兩款插電式混動四驅(qū)SUV車型上。
電驅(qū)動橋系統(tǒng)可以直接取代發(fā)動機和變速器，靈活安裝在前軸或后軸，實現(xiàn)前輪或后輪純電驅(qū)動。通過這種方式，傳統(tǒng)燃油車很容易實現(xiàn)電動化。
它也可以僅安裝在后軸，匹配前軸的動力總成系統(tǒng)，實現(xiàn)四驅(qū)功能。此時，傳統(tǒng)四驅(qū)系統(tǒng)的重要部件，如分動箱、傳動軸、后橋差速器以及液壓附件等，均可被裝在后軸上的電驅(qū)動橋取代，這樣既節(jié)約了傳動線路中的大量空間，便于集成高壓電池，同時也減少了使用電驅(qū)動橋的額外成本。
這種驅(qū)動概念具有同軸式和平行軸式兩種布置形式可供選擇，它的整車應(yīng)用平臺覆蓋范圍極廣，可以覆蓋從對功率密度有極高要求的運動跑車，直到對半軸傳動角度有極高要求的SUV。從弱混、強混、插電混動到純電動系統(tǒng)。目前，前后軸均搭載舍弗勒單檔電驅(qū)動橋的高性能電動四驅(qū)車，奧迪etron即將在今年年底發(fā)布。對于純電動汽車，這款電驅(qū)動橋有單檔方案和具備動力換檔功能的兩檔方案。
相比很多電動汽車采用的單擋電驅(qū)動橋來說，使用兩擋電驅(qū)動橋的電動汽車在動力性和經(jīng)濟性上更有優(yōu)勢，尤其是對于SUV車型而言。
展開 細(xì)高齒設(shè)計在電驅(qū)動橋NVH 優(yōu)化中的應(yīng)用
圖13 電驅(qū)動橋產(chǎn)品B 在車型I 上噪聲測試曲線
如圖14 所示，裝在車型II 上進(jìn)行測試，整車噪聲加速工況最高75dB，滑行工況最高72dB；二級齒輪階次噪聲加速工況最高45dB，滑行工況最高42dB；一級齒輪階次噪聲加速工況最高41dB，滑行工況最高31dB。
圖14 電驅(qū)動橋產(chǎn)品B 在車型II 上噪聲測試曲線
根據(jù)測試結(jié)果，電驅(qū)動橋產(chǎn)品B 在兩種不同的車型上，各種工況下，兩級齒輪的階次噪聲值都很低，且曲線平穩(wěn)無明顯峰值，基本上全程距離整車噪聲20dB 以上，對整車噪聲貢獻(xiàn)度很低，NVH 表現(xiàn)優(yōu)秀。通過顧客試駕反饋，相比其他競品，該產(chǎn)品的噪聲表現(xiàn)很好。無論客觀數(shù)據(jù)還是主觀評價，都證明了該產(chǎn)品優(yōu)秀的NVH性能。
6 結(jié)論
1）電驅(qū)動橋的NVH 性能與齒輪的重合度有密切關(guān)系，齒輪設(shè)計中合理地提升重合度有利于獲得好的NVH 性能。
2）加大螺旋角雖然能提高重合度，但會帶來額外的軸向力，對軸承、軸和殼體等其他零部件的強度剛度造成不良的影響；而采用細(xì)高齒設(shè)計可以避免這些不良影響同時提高齒輪的重合度。
3）對比電驅(qū)動橋產(chǎn)品A 兩級齒輪和電驅(qū)動橋產(chǎn)品B 的NVH 表現(xiàn)，可見細(xì)高齒設(shè)計可以有效提高電驅(qū)動橋的NVH性能。同時也證明了小螺旋角設(shè)計可以獲得好的NVH 表現(xiàn)。
4）細(xì)高齒設(shè)計會對齒輪齒根彎曲強度造成一定的削弱，但通過設(shè)計校核和試驗驗證的方法，可以避免齒輪強度不足造成的失效。
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細(xì)高齒設(shè)計在電驅(qū)動橋NVH 優(yōu)化中的應(yīng)用
6 結(jié)論
1）電驅(qū)動橋的NVH 性能與齒輪的重合度有密切關(guān)系，齒輪設(shè)計中合理地提升重合度有利于獲得好的NVH 性能。
2）加大螺旋角雖然能提高重合度，但會帶來額外的軸向力，對軸承、軸和殼體等其他零部件的強度剛度造成不良的影響；而采用細(xì)高齒設(shè)計可以避免這些不良影響同時提高齒輪的重合度。
3）對比電驅(qū)動橋產(chǎn)品A 兩級齒輪和電驅(qū)動橋產(chǎn)品B 的NVH 表現(xiàn)，可見細(xì)高齒設(shè)計可以有效提高電驅(qū)動橋的NVH性能。同時也證明了小螺旋角設(shè)計可以獲得好的NVH 表現(xiàn)。
干貨|細(xì)高齒設(shè)計在優(yōu)化電驅(qū)動橋NVH的應(yīng)用
而齒輪作為電驅(qū)動橋的核心部件，直接決定了驅(qū)動橋的速比、中心距等主要參數(shù) ，且決定了整個主減的受力狀態(tài)，進(jìn)而決定了軸、軸承、殼體等主要零部件的強 度和剛度要求，間接影響了整個主減幾乎每個零部件的設(shè)計。
根據(jù)電驅(qū)動橋產(chǎn)品的性能要求，齒輪設(shè)計的原則是在滿足強度的前提下盡 可能提高NVH性能。
CAE齒輪強度仿真計算
對一級齒輪使用細(xì)高齒設(shè)計方案并進(jìn)行齒輪強度校核。依照ISO 6336:2006標(biāo)準(zhǔn)計算齒輪應(yīng)力。按疲勞條件和材料S-N曲線計算許用應(yīng)力。
如圖所示，齒根彎曲疲勞強度和齒面接觸疲勞強度均滿足要求。
試驗驗證
(周節(jié)累計誤差、齒形齒向等誤差相當(dāng)前提下)
一級細(xì)高齒、二級標(biāo)準(zhǔn)齒NVH測試及結(jié)論
搭載了一級細(xì)高齒、二級標(biāo)準(zhǔn)齒輪的電驅(qū)動橋產(chǎn)品A，順利通過了齒輪疲勞試驗和總 成靜扭試驗，驗證了齒輪和電驅(qū)動橋總成強度設(shè)計的合理性。
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而齒輪作為電驅(qū)動橋的核心部件，直接決定了驅(qū)動橋的速比、中心距等主要參數(shù) ，且決定了整個主減的受力狀態(tài)，進(jìn)而決定了軸、軸承、殼體等主要零部件的強 度和剛度要求，間接影響了整個主減幾乎每個零部件的設(shè)計。
根據(jù)電驅(qū)動橋產(chǎn)品的性能要求，齒輪設(shè)計的原則是在滿足強度的前提下盡 可能提高NVH性能。
CAE齒輪強度仿真計算
對一級齒輪使用細(xì)高齒設(shè)計方案并進(jìn)行齒輪強度校核。依照ISO 6336:2006標(biāo)準(zhǔn)計算齒輪應(yīng)力。按疲勞條件和材料S-N曲線計算許用應(yīng)力。
如圖所示，齒根彎曲疲勞強度和齒面接觸疲勞強度均滿足要求。
試驗驗證
(周節(jié)累計誤差、齒形齒向等誤差相當(dāng)前提下)
一級細(xì)高齒、二級標(biāo)準(zhǔn)齒NVH測試及結(jié)論
搭載了一級細(xì)高齒、二級標(biāo)準(zhǔn)齒輪的電驅(qū)動橋產(chǎn)品A，順利通過了齒輪疲勞試驗和總 成靜扭試驗，驗證了齒輪和電驅(qū)動橋總成強度設(shè)計的合理性。
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而齒輪作為電驅(qū)動橋的核心部件，直接決定了驅(qū)動橋的速比、中心距等主要參數(shù) ，且決定了整個主減的受力狀態(tài)，進(jìn)而決定了軸、軸承、殼體等主要零部件的強 度和剛度要求，間接影響了整個主減幾乎每個零部件的設(shè)計。
根據(jù)電驅(qū)動橋產(chǎn)品的性能要求，齒輪設(shè)計的原則是在滿足強度的前提下盡 可能提高NVH性能。
CAE齒輪強度仿真計算
對一級齒輪使用細(xì)高齒設(shè)計方案并進(jìn)行齒輪強度校核。依照ISO 6336:2006標(biāo)準(zhǔn)計算齒輪應(yīng)力。按疲勞條件和材料S-N曲線計算許用應(yīng)力。
如圖所示，齒根彎曲疲勞強度和齒面接觸疲勞強度均滿足要求。
試驗驗證
(周節(jié)累計誤差、齒形齒向等誤差相當(dāng)前提下)
一級細(xì)高齒、二級標(biāo)準(zhǔn)齒NVH測試及結(jié)論
搭載了一級細(xì)高齒、二級標(biāo)準(zhǔn)齒輪的電驅(qū)動橋產(chǎn)品A，順利通過了齒輪疲勞試驗和總 成靜扭試驗，驗證了齒輪和電驅(qū)動橋總成強度設(shè)計的合理性。
展開 分析 | 基于新能源汽車永磁電機的電驅(qū)動橋開發(fā)探討深度分析！
五、電驅(qū)動橋開發(fā)難度分析
1）中央電機驅(qū)動橋開發(fā)難度分析
①主減速器和差速器功能
②輪邊電機驅(qū)動橋，其主減速器和差速器功能呢？
③輪轂電機驅(qū)動橋，原來的輪邊減速器也給省了？
將電機安裝到驅(qū)動橋上產(chǎn)生新問題
六、開發(fā)電驅(qū)動橋是內(nèi)在要求，但不宜浮躁
車用電機的基本要求是什么？
中央電機加傳統(tǒng)橋將有相當(dāng)長的過渡期
圖6 城市配送車用的電驅(qū)動橋
電驅(qū)動橋測試試驗方法
一、傳統(tǒng)橋標(biāo)準(zhǔn)試驗方法
傳統(tǒng)驅(qū)動橋
傳統(tǒng)驅(qū)動橋采用QC/T 533-1999《汽車驅(qū)動橋臺架試驗方法》進(jìn)行測試，采用QC/T 534-1999《汽車驅(qū)動橋臺架試驗評價指標(biāo)》進(jìn)行評價。
1) 總成靜扭試驗
2) 總成齒輪疲勞試驗
3) 總成噪聲試驗
4) 橋殼垂直彎曲疲勞試驗
5) 橋殼垂直彎曲剛性試驗
6) 橋殼垂直彎曲靜強度試驗
二、電動驅(qū)動橋普遍試驗方法介紹
近些年來，能源的短缺和人們對生活質(zhì)量的更高要求使得新能源汽車得以快速發(fā)展。電動驅(qū)動橋的產(chǎn)生與發(fā)展，則為電驅(qū)動車的發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)。
電驅(qū)動橋具有如下優(yōu)勢：
1) 污染低
2) 噪音小
3) 效率高
電驅(qū)動橋
目前電驅(qū)動橋采用電機+驅(qū)動橋所形成的整體式驅(qū)動橋型式，絕大多數(shù)試驗項目仍舊可以采用QC/T 533-1999《汽車驅(qū)動橋臺架試驗方法》和QC/T 534-1999《汽車驅(qū)動橋臺架試驗評價指標(biāo)》進(jìn)行試驗和評價。
展開 電驅(qū)動橋NVH解決思路
電驅(qū)動橋NVH解決思路
電驅(qū)動橋技術(shù)及技術(shù)路線
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方正電機-集成式電驅(qū)動橋系統(tǒng)開發(fā)
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