輪邊驅(qū)動橋的案例
【資訊】特斯拉推出輪邊電機？詳細剖析輪邊驅(qū)動技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景
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最近，針對近期網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)的關(guān)于“特斯拉雙電機驅(qū)動系統(tǒng)是輪邊驅(qū)動形式”的熱議。知乎集合了眾多電動汽車和智能汽車領(lǐng)域的專業(yè)答主，組成「拆車天團」，對特斯拉的Model Y車型進行了全面拆解和驗證。
接下來就跟著小編來一一剖析特斯拉的雙電機驅(qū)動系統(tǒng)是什么？輪邊驅(qū)動形又是如何布置？我們該如何從專利角度看懂輪邊驅(qū)動技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景？
3.24-25-合肥-800V電驅(qū)系統(tǒng)創(chuàng)新技術(shù)峰會
一、特斯拉雙電機驅(qū)動系統(tǒng)是輪邊驅(qū)動的形式嗎？NO！
在區(qū)分兩者的概念前，我們先來了解下什么是純電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)？首先，純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)作為“三電”系統(tǒng)核心技術(shù)之一，主要由驅(qū)動控制系統(tǒng)、驅(qū)動電機和減速器等部件構(gòu)成。驅(qū)動電機和驅(qū)動控制系統(tǒng)作為關(guān)鍵技術(shù)，其技術(shù)水平直接決定了純電動汽車整車的動力性、經(jīng)濟性和客戶的駕乘感受。
現(xiàn)階段電動汽車按照驅(qū)動系統(tǒng)布置形式分為：集中式和分布式驅(qū)動布置兩類形式。
集中式驅(qū)動布置形式按照電機數(shù)量可分為單電機和雙電機兩種；而分布式驅(qū)動布置形式按照電機安裝位置可分為輪邊電機和輪轂電機兩種。
那么，特斯拉的雙電機驅(qū)動系統(tǒng)在整車中是如何布置的呢？（見圖1）可以明顯看出，紅色部分是特斯拉雙電機安裝的位置，（兩電機分別安裝在前橋和后橋的中部）其屬于集中式驅(qū)動布置的雙電機形式。
用戶為什么會將這種雙電機布置形式誤解為輪邊驅(qū)動形式呢？這時我們需要了解輪邊驅(qū)動的定義：“每個驅(qū)動車輪由單獨的電動機驅(qū)動，但是電動機不是集成在車輪內(nèi)，而是通過傳動電機輸出軸連接到車輪把驅(qū)動電機安置在副車架驅(qū)動力附近，著重強調(diào)在驅(qū)動輪附近”；簡而言之就是，輪邊電機的安裝位置緊靠驅(qū)動輪附近；而特斯拉的雙電機驅(qū)動則是安裝在車輛的前橋和后橋中部。
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汽車驅(qū)動橋知識.
中央雙級減速驅(qū)動橋
在國內(nèi)目前的市場上，中央雙級驅(qū)動橋主要有2 種類型：一類載重汽車后橋設(shè)計，如伊頓系列產(chǎn)品，事先就在單級減速器中預(yù)留好空間，當要求增大牽引力與速比時，可裝入圓柱行星齒輪減速機構(gòu)，將原中央單級改成中央雙級驅(qū)動橋，這種改制“三化”（即系列化，通用化，標準化）程度高，橋殼、主減速器等均可通用，錐齒輪直徑不變；另一類如洛克威爾系列產(chǎn)品，當要增大牽引力與速比時，需要改制第一級傘齒輪后，再裝入第二級圓柱直齒輪或斜齒輪，變成要求的中央雙級驅(qū)動橋，這時橋殼可通用，主減速器不通用，錐齒輪有2 個規(guī)格。由于上述中央雙級減速橋均是在中央單級橋的速比超出一定數(shù)值或牽引總質(zhì)量較大時，作為系列產(chǎn)品而派生出來的一種型號，它們很難變型為前驅(qū)動橋，使用受到一定限制；因此，綜合來說，雙級減速橋一般均不作為一種基本型驅(qū)動橋來發(fā)展，而是作為某一特殊考慮而派生出來的驅(qū)動橋存在。
中央單級、輪邊減速驅(qū)動橋
輪邊減速驅(qū)動橋較為廣泛地用于油田、建筑工地、礦山等非公路車與軍用車上。當前輪邊減速橋可分為2類：一類為圓錐行星齒輪式輪邊減速橋；另一類為圓柱行星齒輪式輪邊減速驅(qū)動橋。圓錐行星齒輪式輪邊減速橋由圓錐行星齒輪式傳動構(gòu)成的輪邊減速器，輪邊減速比為固定值2，它一般均與中央單級橋組成為一系列。在該系列中，中央單級橋仍具有獨立性，可單獨使用，需要增大橋的輸出轉(zhuǎn)矩，使牽引力增大或速比增大時，可不改變中央主減速器而在兩軸端加上圓錐行星齒輪式減速器即可變成雙級橋。這類橋與中央雙級減速橋的區(qū)別在于：降低半軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，把增大的轉(zhuǎn)矩直接增加到兩軸端的輪邊減速器上，其“三化”程度較高。
但這類橋因輪邊減速比為固定值2，因此，中央主減速器的尺寸仍較大，一般用于公路、非公路軍用車。圓柱行星齒輪式輪邊減速橋，單排、齒圈固定式圓柱行星齒輪減速橋，一般減速比在3至4.2之間。
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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)橋將有相當長的過渡期
圖6 城市配送車用的電驅(qū)動橋
純電動汽車雙電機驅(qū)動構(gòu)型大盤點
重卡載荷變化大，由單電機高效，向追求運行綜合高效
3.1 采埃孚雙電機輪邊驅(qū)動客車橋
輪邊電機構(gòu)型是從集中式到輪轂式構(gòu)型之間的過渡構(gòu)型，通常輪邊電機與固定速比減速器一起安裝在車架上，減速器輸出軸直接或通過短半軸與車輪相連來驅(qū)動車輪。
輪邊電機構(gòu)型優(yōu)勢在于舍棄了傳統(tǒng)的主減速器和差速器，不再經(jīng)由長半軸部件傳動，簡化了機械傳動結(jié)構(gòu)，降低了車載自重。
同時，減速器采用斜齒齒輪，相比主減常用的雙曲面齒輪，傳遞效率提高，制動回收能力提高，傳動平穩(wěn)，沖擊、振動和噪聲較小。
劉義：集成電機與變速箱是未來新能源商用車動力傳動系統(tǒng)的理想解決方案
驅(qū)動電機+自動變速箱的模式，可以有效的規(guī)避一些問題。高速電機+減速器的使用范圍要窄一些，比較好的路況會采取這種方案。輪邊電機驅(qū)動橋，我們看到奔馳的城市專用車輛18噸車也采用了這種技術(shù)路線，對于城市路況較好的是一種良好解決方案。輪轂電機，這個技術(shù)雖然有研究和探討，但是真正在市面上運行的產(chǎn)品還暫時沒有?；旌蟿恿υ谖覀儑业奈髂衔鞅钡纫恍┨厥鈪^(qū)域，在有坡道的地方對于商用車來說會有使用需求。
純電輕卡變速箱是我們的強項，通過這些年的努力，做到性價比、可靠性最優(yōu)化，滿足用戶需求。我們在通過變速箱和電機結(jié)合來做動力總成方面做了很多工作，能夠滿足各種工況使用。用戶在深圳使用了幾十臺車都反映效果很好，運營里程能夠提升20%以上，這是電機和變速箱做了很好的能量優(yōu)化，使電機始終在高效區(qū)域工作，動力性也有很好的表現(xiàn)。純電重卡也是跟電機匹配的，也有很好的應(yīng)用案例。
3.新能源商用車動力傳動系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃
下一步我們的重點還是發(fā)展電機+AMT，有2檔AMT、4檔AMT、6檔AMT，適應(yīng)各種不同工況需要。同時，我們也為商用車將來在混動方面的技術(shù)路線做了積極探討。綜合上面的一些長期做的工作來說，我們認為將來電機跟變速箱的集成，針對不同工況情況下，使用不同的檔位有不同的需求，這是在商用車的動力總成方面，我們目前認為比較理想的解決方案，我們也會在這個方向上從事各種關(guān)鍵技術(shù)的研究，為客戶提供一個比較好的產(chǎn)品。
展開 商用車雙電機動力系統(tǒng)構(gòu)型-行星排技術(shù)
針對純電動商用車種類多、 用途廣、 工況復(fù)雜等特點，本文結(jié)合國家重點研發(fā)計劃新能源汽車重點專項，研發(fā)了一種基于變速箱+行星排耦合的雙電機驅(qū)動系統(tǒng)新構(gòu)型，可實現(xiàn)雙電機耦合驅(qū)動、協(xié)調(diào)再生制動、單電機獨立驅(qū)動/作業(yè)等多種工作模式，實現(xiàn)一種動力平臺滿足行駛與作業(yè)兩種使用需求。
1 純電動商用車動力系統(tǒng)主流構(gòu)型方案分析
目前國內(nèi)外純電動商用車的主流驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)型，可分為集中式和分布式驅(qū)動兩大類。
集中式驅(qū)動系統(tǒng)又可分為兩種，一種是將傳統(tǒng)汽車動力系統(tǒng)更換為純電動力系統(tǒng)， 這種構(gòu)型包括電機直驅(qū)、電機+減速器、電機+變速器等型式，如圖1（a）所示，這是中重型純電動商用車的主流構(gòu)型，宇通客車、德國SIEMENS 公司的集中式驅(qū)動系統(tǒng)，已有規(guī)模化應(yīng)用；另一種是將動力系統(tǒng)集成在驅(qū)動橋上， 包括電機直驅(qū)、 電機+減速器等型式，如圖1（b）所示，是中輕型純電動商用車的主流型式。
分布式驅(qū)動主要有輪邊電機+減速器、 輪轂電機+減速器、輪轂電機等型式，如圖1（c）所示，德國ZF、比亞迪的輪邊驅(qū)動橋在城市客車領(lǐng)域已有推廣， 在運輸與作業(yè)類商用車領(lǐng)域應(yīng)用較少，英國Protean、荷蘭e-Traction 等公司的輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)，目前仍處于應(yīng)用驗證階段，未有規(guī)?；瘧?yīng)用。
圖1 純電動商用車主流驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)型
Fig.1 The driving system of electric commercial vehicle
市場上現(xiàn)有的N2/N3 類中重型純電動商用車， 特別是作業(yè)車輛， 其動力系統(tǒng)延續(xù)傳統(tǒng)作業(yè)車輛技術(shù)路線，依然采用主副電機分別驅(qū)動行駛和作業(yè)機構(gòu)， 由于主副電機工作工況不同、 兩套電機不能協(xié)同工作， 特別是對于行駛時不作業(yè)、 作業(yè)時不行駛的專用車型， 存在較大的功率冗余，也導(dǎo)致成本較高。
展開 商用車雙電機動力系統(tǒng)構(gòu)型-行星排技術(shù)
集中式驅(qū)動系統(tǒng)又可分為兩種，一種是將傳統(tǒng)汽車動力系統(tǒng)更換為純電動力系統(tǒng)， 這種構(gòu)型包括電機直驅(qū)、電機+減速器、電機+變速器等型式，如圖1（a）所示，這是中重型純電動商用車的主流構(gòu)型，宇通客車、德國SIEMENS 公司的集中式驅(qū)動系統(tǒng)，已有規(guī)模化應(yīng)用；另一種是將動力系統(tǒng)集成在驅(qū)動橋上， 包括電機直驅(qū)、 電機+減速器等型式，如圖1（b）所示，是中輕型純電動商用車的主流型式。
分布式驅(qū)動主要有輪邊電機+減速器、 輪轂電機+減速器、輪轂電機等型式，如圖1（c）所示，德國ZF、比亞迪的輪邊驅(qū)動橋在城市客車領(lǐng)域已有推廣， 在運輸與作業(yè)類商用車領(lǐng)域應(yīng)用較少，英國Protean、荷蘭e-Traction 等公司的輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)，目前仍處于應(yīng)用驗證階段，未有規(guī)?；瘧?yīng)用。
展開 新能源重卡發(fā)展綜述
2 純電動重卡
2.1 純電動重卡的技術(shù)現(xiàn)狀
純電動重卡的技術(shù)路線靈活多樣，主要包括中心電機驅(qū)動、中央電機驅(qū)動橋、輪邊電機驅(qū)動橋等方案。中心電機驅(qū)動方案，與傳統(tǒng)燃油車的布置方式基本一致，取消了發(fā)動機和離合器，用驅(qū)動電機連接變速器，原車平臺的借用程度最高。中央電機驅(qū)動橋方案在原傳動驅(qū)動橋主減速器的位置上集成驅(qū)動電機（一般為橫置）、變速器等零部件，集成度高，布置空間占用小。輪邊電機方案將兩個驅(qū)動電機及變速器分別集成在車橋左右兩側(cè)，由兩個電機分別驅(qū)動該側(cè)的車輪。目前以上三種方案都有廠家采用。
由于純電重卡的續(xù)駛里程仍有待提高，且充電時間長，對充電站等基礎(chǔ)配套設(shè)施要求高，目前更適用于行駛范圍固定、行駛時間固定的領(lǐng)域，如場地用車和固定線路運行等。
2.2 主要的純電動重卡產(chǎn)品
2.2.1 國外現(xiàn)狀
戴姆勒eCascadia 半掛卡車，用于城際間物流和港口運輸，配備550kWh 電池組，續(xù)航里程為400km 左右，可在90分鐘內(nèi)完成80%的充電。2019 年首批兩輛eCascadia 已交付客戶。
達夫CF 4x2 牽引車，用于輕載城市物流，配備了170kWh的鋰離子電池，續(xù)航里程為100km 左右；快充30 分鐘，充滿則需要1.5 小時。
沃爾沃純電動FL 卡車，配備300kWh 電池組，用于城市配送和垃圾處理，快充需要兩個小時。
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