電驅(qū)減速器的案例
五菱丨同軸式電驅(qū)橋減速器的開發(fā)
電驅(qū)橋是新能源汽車上最重要?jiǎng)恿鲃?dòng)部件，電驅(qū)橋總成的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)性能直接影響電動(dòng)車輛的整車布置和整車性能。電驅(qū)橋總成一般包括電機(jī)、減速器、橋管、半軸等主要部件。考慮體積、成本和可靠性等因素，將電機(jī)與減速器同時(shí)集成在電驅(qū)橋上是目前的趨勢(shì)。
目前市場(chǎng)上的大多數(shù)電驅(qū)橋減速器為偏軸式（展開式）減速器，采用定軸式圓柱齒輪的兩級(jí)減速結(jié)構(gòu)，其電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸相對(duì)輸出軸（差速器）的中心線是偏置布置的（如圖1）。這種結(jié)構(gòu)出現(xiàn)時(shí)間比較早，工藝相對(duì)成熟，但是無法解決電機(jī)偏置所帶來的問題：
圖1 采用偏軸式減速器的電驅(qū)橋結(jié)構(gòu)圖
減速器的徑向尺寸較大，影響電動(dòng)車輛的整車布置，特別是影響動(dòng)力電池或電機(jī)控制器的安裝空間。
由于電機(jī)重量較大，電機(jī)偏置懸掛會(huì)導(dǎo)致橋體上的彈簧座板承受額外的傾覆力矩，導(dǎo)致電驅(qū)橋在車輛運(yùn)行過程中出現(xiàn)低頻抖動(dòng)，產(chǎn)生額外噪聲，影響駕駛舒適性。
電機(jī)軸與減速器輸入軸在進(jìn)行花鍵耦合時(shí)，容易由于內(nèi)外花鍵不同心而引起可靠性問題和NVH問題。
以上亟需解決的難題，關(guān)鍵點(diǎn)就在于減速器上。而采用同軸減速器結(jié)構(gòu)的電驅(qū)橋，因其結(jié)構(gòu)緊湊，在電動(dòng)汽車上應(yīng)用具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)，能較好地解決上述問題。
在現(xiàn)有技術(shù)中的同軸式電驅(qū)橋大部分為行星齒輪減速結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠?qū)较蚝洼S向尺寸都控制的較好，是電驅(qū)橋中結(jié)構(gòu)最緊湊的設(shè)計(jì)之一。但行星減速用的內(nèi)齒圈制造難度大，而且行星齒輪需求數(shù)量多，總的成本高，在同樣動(dòng)力下至少是普通定軸式齒輪兩倍以上的成本，所以不能夠很好的廣泛運(yùn)用。
有鑒于此，某公司設(shè)計(jì)研發(fā)了一種采用定軸式圓柱齒輪作同軸減速器的電驅(qū)橋總成，這種結(jié)構(gòu)讓電機(jī)總成和差速器總成實(shí)現(xiàn)了同軸居中，由于這兩部分合起來的重量在電驅(qū)橋上占比最大的，保證了重心基本居中。另外，定軸式齒輪的生產(chǎn)廠家比較多，工藝成熟且產(chǎn)量大。
展開 一種同軸式電驅(qū)橋減速器的開發(fā)
電驅(qū)橋是新能源汽車上最重要?jiǎng)恿鲃?dòng)部件，電驅(qū)橋總成的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)性能直接影響電動(dòng)車輛的整車布置和整車性能。電驅(qū)橋總成一般包括電機(jī)、減速器、橋管、半軸等主要部件。考慮體積、成本和可靠性等因素，將電機(jī)與減速器同時(shí)集成在電驅(qū)橋上是目前的趨勢(shì)。
目前市場(chǎng)上的大多數(shù)電驅(qū)橋減速器為偏軸式（展開式）減速器，采用定軸式圓柱齒輪的兩級(jí)減速結(jié)構(gòu)，其電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸相對(duì)輸出軸（差速器）的中心線是偏置布置的（如圖1）。這種結(jié)構(gòu)出現(xiàn)時(shí)間比較早，工藝相對(duì)成熟，但是無法解決電機(jī)偏置所帶來的問題：
圖1 采用偏軸式減速器的電驅(qū)橋結(jié)構(gòu)圖
減速器的徑向尺寸較大，影響電動(dòng)車輛的整車布置，特別是影響動(dòng)力電池或電機(jī)控制器的安裝空間。
由于電機(jī)重量較大，電機(jī)偏置懸掛會(huì)導(dǎo)致橋體上的彈簧座板承受額外的傾覆力矩，導(dǎo)致電驅(qū)橋在車輛運(yùn)行過程中出現(xiàn)低頻抖動(dòng)，產(chǎn)生額外噪聲，影響駕駛舒適性。
電機(jī)軸與減速器輸入軸在進(jìn)行花鍵耦合時(shí)，容易由于內(nèi)外花鍵不同心而引起可靠性問題和NVH問題。
以上亟需解決的難題，關(guān)鍵點(diǎn)就在于減速器上。而采用同軸減速器結(jié)構(gòu)的電驅(qū)橋，因其結(jié)構(gòu)緊湊，在電動(dòng)汽車上應(yīng)用具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)，能較好地解決上述問題。
在現(xiàn)有技術(shù)中的同軸式電驅(qū)橋大部分為行星齒輪減速結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠?qū)较蚝洼S向尺寸都控制的較好，是電驅(qū)橋中結(jié)構(gòu)最緊湊的設(shè)計(jì)之一。但行星減速用的內(nèi)齒圈制造難度大，而且行星齒輪需求數(shù)量多，總的成本高，在同樣動(dòng)力下至少是普通定軸式齒輪兩倍以上的成本，所以不能夠很好的廣泛運(yùn)用。
有鑒于此，某公司設(shè)計(jì)研發(fā)了一種采用定軸式圓柱齒輪作同軸減速器的電驅(qū)橋總成，這種結(jié)構(gòu)讓電機(jī)總成和差速器總成實(shí)現(xiàn)了同軸居中，由于這兩部分合起來的重量在電驅(qū)橋上占比最大的，保證了重心基本居中。另外，定軸式齒輪的生產(chǎn)廠家比較多，工藝成熟且產(chǎn)量大。
展開 某型電驅(qū)減速器換擋系統(tǒng)執(zhí)行電機(jī)設(shè)計(jì)選型開發(fā)2.0 ￥500
某型電驅(qū)減速器換擋系統(tǒng)執(zhí)行電機(jī)設(shè)計(jì)選型開發(fā)2.0
【原理圖解】純電車型減速器和混動(dòng)車型變速器
點(diǎn)擊藍(lán)字關(guān)注EDC電驅(qū)未來
一. 純電車型減速器
減速器結(jié)構(gòu)與原理
寶馬 i3 的變速器由寶馬集團(tuán)自行研發(fā), 變速器的生產(chǎn)也由寶馬 Dingolfing 工廠相關(guān)部門負(fù)責(zé)。
變速器總傳動(dòng)比為 9. 7 ∶ 1, 因此變速器輸入端的轉(zhuǎn)速是變速器輸出端的 9. 7 倍。該傳動(dòng)比通過兩個(gè)圓柱齒輪對(duì)來實(shí)現(xiàn), 因此在變速器內(nèi)輸入軸旁還有一個(gè)中間軸。變速器輸出端處的圓柱齒輪與差速器殼體固定連接在一起并驅(qū)動(dòng)差速器。變速器內(nèi)部齒輪結(jié)構(gòu)如圖 3-72 所示。差速器將轉(zhuǎn)矩分配給兩個(gè)輸出端并在兩個(gè)輸出端之間進(jìn)行轉(zhuǎn)速補(bǔ)償。
圖 3-73 所示的結(jié)構(gòu)示意圖以簡(jiǎn)化形式展示了變速器內(nèi)的轉(zhuǎn)矩傳輸情況。
特斯拉驅(qū)動(dòng)單元設(shè)有—個(gè)單速齒輪減速齒輪箱, 位于電機(jī)和變頻器之間, 如圖 3-74 所示。變速器通過兩個(gè)相等長(zhǎng)度的驅(qū)動(dòng)軸與后輪連接, 采用雙級(jí)減速和三軸副軸結(jié)構(gòu)。鑄鋁變速器外殼配有齒輪箱、變頻器透氣孔、 注油和排水塞。
展開 
電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速器剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)建模及振動(dòng)噪聲優(yōu)化
電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速器振動(dòng)噪聲測(cè)試設(shè)備：在試驗(yàn)過程中，技術(shù)人員需要使用比利時(shí) LMS SCADAS Mobile 便攜式移動(dòng)數(shù)采系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有 4～40 個(gè)通道，且每個(gè)通道采樣率均為 204.8kHz，分辨率為 24 位，信噪比為105dB，數(shù)據(jù)傳輸率為 3.8M 采樣點(diǎn) / 秒。同時(shí)，在測(cè)試過程中，技術(shù)人員還需要使用測(cè)試軟件完成數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)
記錄分析。
2.電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速器測(cè)試條件及工況：具體情況如表 2、表 3 所示。
3.2 結(jié)果分析
3.2.1 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速器噪聲信號(hào)分析
結(jié)合上述測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析可知，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速器出現(xiàn)位置為傳聲器處，伴隨軸轉(zhuǎn)速不斷提高，噪聲呈現(xiàn)為階次提高狀態(tài)，其中第 23 階與 46 階噪聲最為明顯。結(jié)合階次跟蹤定理可知，23 階與 46 階噪聲為電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 1 級(jí)減速器齒輪副的 1 倍與 2 倍，即在優(yōu)化過程中，技術(shù)人員應(yīng)將電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速器 1 級(jí)嚙合齒輪副處的噪聲優(yōu)化為主要工作內(nèi)容 [5]。
3.2.2 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)箱體振動(dòng)信號(hào)分析
在該次實(shí)驗(yàn)中，電驅(qū)動(dòng)箱各處振動(dòng)變化趨勢(shì)與加速度二者之間均存在正相關(guān)關(guān)系，即加速度越快，噪聲越大。
3.2.3 25Nm 加速工況測(cè)試結(jié)果
M1 與 M2 均存在非常明顯的階次噪聲，且第 23 階與 46 階為噪聲發(fā)生變化的主要區(qū)域。結(jié)合測(cè)試結(jié)果與階次跟蹤定理可知，為降低階次噪聲對(duì)減速器運(yùn)行的影響程度，在電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速器運(yùn)行期間，技術(shù)人員可以通過優(yōu)化第二季減速器齒輪來提高傳遞準(zhǔn)確率，以此來降低誤差。
展開 兩擋AMT（電驅(qū)橋）新型無摩擦式同步器設(shè)計(jì)及仿真
圖10 整車沖擊度及結(jié)合套位移曲線圖
傳統(tǒng)摩擦式同步器在換擋過程中依靠摩擦進(jìn)行速度同步，一般依靠摩擦式同步器進(jìn)行換擋速度同步的AMT等變速器，其掛擋時(shí)間一般為0.25 s左右，退擋時(shí)間為0.15 s 左右，而文中提出的新型無摩擦式同步器的掛擋時(shí)間僅為0.08 s，退擋時(shí)間僅為0.06 s，遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的摩擦式同步器。從整車沖擊度角度看，在上述設(shè)置的初始參數(shù)下，整車的沖擊度峰值為7.1 m/s3，且大部分沖擊度都小于5 m/s3，能夠保證平順地進(jìn)行換擋。而依靠傳統(tǒng)摩擦式同步器進(jìn)行換擋速度同步的AMT 等變速器在換擋過程中會(huì)產(chǎn)生明顯的頓挫感，舒適性較差，也正是因?yàn)檫@點(diǎn)導(dǎo)致AMT 變速器在乘用車上的應(yīng)用得到限制。在后文中通過優(yōu)化螺旋彈簧剛度、換擋力等值，可以保證在換擋速度同步時(shí)間基本不增加的情況下進(jìn)一步降低整車沖擊度，保證整車沖擊度峰值小于3 m/s3，能進(jìn)一步體現(xiàn)該新型無摩擦式同步器的優(yōu)勢(shì)。
展開 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速器剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)建模及振動(dòng)噪聲優(yōu)化
3.2.5 空載滑行工況測(cè)試結(jié)果
在空載狀態(tài)下，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速器振動(dòng)噪聲明顯小于轉(zhuǎn)矩負(fù)載情況時(shí)所產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲，且階次變化較弱。
4 結(jié)語
通過本文研究可知，導(dǎo)致電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速器發(fā)生振動(dòng)噪聲的原因有很多，比如載荷 / 扭矩工況、嚙合錯(cuò)位量、加工制造誤差、輕量化輪體結(jié)構(gòu)等，因此在實(shí)際工作中，技術(shù)人員可以通過對(duì)上述情況進(jìn)行優(yōu)化來降低電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速器振動(dòng)噪聲。目前，擴(kuò)大電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)覆蓋范圍屬于我國(guó)熱門研究?jī)?nèi)容，因此在控制電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速器振動(dòng)噪聲時(shí)，還需要保證電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速器性能不會(huì)受到影響，以確保其發(fā)展不受影響，幫助我國(guó)早日完成可持續(xù)發(fā)展建設(shè)。
展開 汽車動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)
FEV預(yù)測(cè)電驅(qū)專用變速器比例（EV、P4等）將快速增加，中國(guó)2030年比例超過30%。各咨詢公司均在電驅(qū)減速器方面有投入。
現(xiàn)代的FCV已經(jīng)具備批量化生產(chǎn)的條件，現(xiàn)代新一代FCV：效率60%；續(xù)駛里程609km；最大功率120kW；最低啟動(dòng)溫度-30℃；可靠性16萬km或10年。奔馳氫燃料電池車主要參數(shù)如下：燃料電池功率90kW；續(xù)航里程380km；最高車速170km/h；鋰電池1.4kWh。
值得關(guān)注的還有電驅(qū)橋技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)，F(xiàn)EV、AVL、麥格納、奧迪等都有展示，電驅(qū)橋無論對(duì)EV、PHEV或是48V，都是核心總成，在技術(shù)和總成資源方面都至關(guān)重要。
圖8 寶馬設(shè)計(jì)一個(gè)整車架構(gòu)平臺(tái)適應(yīng)各種動(dòng)力系統(tǒng)[3]
3 結(jié)束語
傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)還有繼續(xù)優(yōu)化的空間，可以進(jìn)一步提升動(dòng)力性和效率，也有望實(shí)現(xiàn)接近零排放。
混合動(dòng)力化后，利用傳統(tǒng)動(dòng)力和新能源的各自優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)很高的系統(tǒng)效率。
新型燃料使發(fā)動(dòng)機(jī)有實(shí)現(xiàn)零排放和綠色循環(huán)的可能。
未來的動(dòng)力系統(tǒng)將是多樣化的，燃料也是多元化的，電動(dòng)化與合成燃料會(huì)共存。
由于動(dòng)力系統(tǒng)的多樣性，開發(fā)和驗(yàn)證需要更多虛擬世界。
不但動(dòng)力系統(tǒng)本身在發(fā)生變化，開發(fā)方法和環(huán)境也在發(fā)生變化
展開 電動(dòng)機(jī)與變速器總成的熱管理分析
隨著環(huán)境的不斷惡化，當(dāng)前社會(huì)越來越重視新能源汽車技術(shù)的發(fā)展，作為新能源汽車關(guān)鍵零部件(電動(dòng)機(jī)及變速器)的技術(shù)發(fā)展也越來越受到重視。電動(dòng)機(jī)作為其主要驅(qū)動(dòng)源，變速器則作為動(dòng)力傳輸與分配機(jī)構(gòu)，兩者的性能設(shè)計(jì)與相互配合集成研究很大程度上決定了整車的性能。如果電動(dòng)機(jī)溫度過高未得到及時(shí)散熱，則電動(dòng)機(jī)性能就無法得到體現(xiàn)且安全性也會(huì)大打折扣，而變速器內(nèi)部含有被動(dòng)冷卻系統(tǒng)(如AT中的ATF、電驅(qū)系統(tǒng)單檔減速器中的Mobil等)，根據(jù)本身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來完成熱管理方案。如在總成結(jié)構(gòu)中能夠利用變速器被動(dòng)冷卻系統(tǒng)給予電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子或軸心散熱，這將是對(duì)電動(dòng)機(jī)是兩種不同的熱管理方案。本文將針對(duì)這兩種熱管理方案利用等效熱阻網(wǎng)絡(luò)法對(duì)總成結(jié)構(gòu)(主要針對(duì)電動(dòng)機(jī))的溫度場(chǎng)變化進(jìn)行分析及未來發(fā)展趨勢(shì)分析。
冷卻系統(tǒng)研究分析
通常主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)與變速器在新能源整車中作為兩個(gè)單獨(dú)的部件安裝，冷卻方式也是分開單獨(dú)考慮。電動(dòng)機(jī)冷卻方式主要是靠水冷套外殼冷卻，而變速器則靠箱體內(nèi)的被動(dòng)冷卻系統(tǒng)來冷卻，而如果電動(dòng)機(jī)與變速器集成總成結(jié)構(gòu)，需要統(tǒng)籌考慮兩者的冷卻方式，這樣就解決了很多以往存在的不足，例如整車安裝得分別考慮電動(dòng)機(jī)與變速器的安裝點(diǎn)位置、兩者鏈接處考慮密封等級(jí)要求等。電動(dòng)機(jī)與變速器集成總成結(jié)構(gòu)還能更好的發(fā)揮出電動(dòng)機(jī)性能和更加完善的利用變速器內(nèi)部被動(dòng)冷卻系統(tǒng)的利用率，但是其中也有劣勢(shì)存在。本文將主要針對(duì)電動(dòng)機(jī)與變速器的集成總成結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱管理分析，鑒于變速器自身被動(dòng)冷卻系統(tǒng)散熱效果及結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，將主要對(duì)電動(dòng)機(jī)部件進(jìn)行熱管理溫度分析研究。
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