驅動橋的案例
電驅動橋關鍵技術綜述
1 前言
電驅動橋是針對電動汽車設計的一種機電一體化驅動系統，具有集成化程度高、體積小、能耗低等優點。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濟性。
電驅動橋可分為集中式電驅動橋和分布式電驅動橋。集中式電驅動橋結構復雜，但具有成本低、對傳動系統設計影響較小以及開發難度低的優點。分布式電驅動橋具有結構簡單、質量輕以及效率高的優點，但差速控制困難、非簧載質量大。
電驅動橋主要由電機、逆變器、變速器組成。由于在轉矩密度、功率密度以及效率等方面具有顯著優勢，永磁同步電機已逐漸成為車用電機的主流。為進一步減小電驅動橋的體積和質量，新一代電驅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缺點，但隨著電驅動橋技術的發展，多擋電驅動橋逐漸成為了研究的熱點。
本文將對電驅動橋關鍵技術進行綜述，并在此基礎上總結得出電驅動橋的發展方向。
2 電驅動橋關鍵技術
電驅動橋性能主要受到3 個方面的影響：第一，電驅動橋動力傳遞路徑及分配方式隨著構型的不同而改變，從而影響電驅動橋的輸出；第二，電驅動橋結構會影響其自身的質量、體積，進而影響其性能；第三，電驅動橋控制策略影響其各部件的協同工作。
2.1 多擋化構型
目前，電驅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到起步扭矩與車速的兼容，并能夠降低電機的體積、質量和轉速。在電池技術短時間內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 淺析電驅動橋耐久試驗方法
電驅動橋是從傳統車橋衍變而來，它是汽車的傳動系統，起著承受負載、降低轉速、增大轉矩、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，可實現產品的緊湊化、輕量化、高效率和高壽命。
電驅動橋的種類
按電動機在整車中的布置形式可將電驅動橋分為電動機直聯式、平行軸式和同軸式。
1）直聯式結構（見圖1）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油車的驅動橋上通過加大齒輪速比以及提升齒輪性能衍變而來，起初應用于微型乘用車、物流車等領域，現主要集中應用于輕型貨車、中型貨車等以上車型。
圖1 電動機直聯式電驅動橋
2）平行軸式結構（見圖2）是采用電動機進一步取代燃油車的發動機、變速器和傳動軸，將電動機集成為電驅動橋的一個子零件并與電驅動橋的輸出半軸呈平行布置，其減速器采用兩級傳動，系統集成度高，能量損耗小，目前廣泛應用于物流車、微型乘用車、輕型客車及皮卡上。從近年市場上的反饋來看，該電驅動橋已經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程。
圖2 平行軸式電驅動橋
3）同軸式結構（見圖3）是在平行軸式電驅動橋基礎上，將電動機與電驅動的輸出半軸做同軸布置，使得產品的集成度更優，是電驅動橋的發展方向。
圖3 同軸式電驅動橋
電驅動橋的耐久試驗
1.電動機直聯式電驅動橋的耐久試驗
電動機直聯式電驅動橋是從傳統燃油驅動橋衍變而來，因而可參考QC/T 533－2020《汽車驅動橋臺架試驗方法》、QC/T 534－2020《汽車驅動橋臺架試驗評價指標》進行耐久試驗。
展開 汽車驅動橋知識.
驅動橋是位于傳動系末端能改變來自變速器的轉速和轉矩，并將它們傳遞給驅動輪的機構。驅動橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動裝置和驅動橋殼等組成，轉向驅動橋還有等速萬向節。另外，驅動橋還要承受作用于路面和車架或車身之間的垂直力，縱向力和橫向力，以及制動力矩和反作用力。
發展歷史
叉車轉向橋、驅動橋是叉車轉向系統和驅動系統的重要組成部分，隨著叉車產品結構調整與技術升級的不斷進行，其轉向橋、驅動橋也緊隨其后，同步發展。
規模化
目前國內叉車轉向橋市場容量接近20萬臺，生產廠將近10家。相關廠家的轉向橋、驅動橋產品主要為合力叉車及國內其他廠家配套，同時還出口到美國、英國、日本、韓國、加拿大等國。其規模化程度可見一斑，不可小覷。
專業化
叉車驅動橋行業在技術方面緊跟叉車行業的發展。通常情況下，叉車主機廠在進行產品升級時，就會對車橋提出相應的需求。而車橋生產廠的任務則是根據這些需求，設計、生產出相應的產品。
目前，叉車市場對驅動橋的需求主要集中在1-4.5噸和5-10噸兩類產品。其中，1-4.5噸驅動橋總成主要由橋殼、輪轂、制動鼓、半軸、制動器等組成，驅動橋殼采用整體鑄造形式；5-10噸驅動橋總成主要由主減速器、差速器、輪邊減速器、半軸和橋殼、輪轂、制動鼓等部件組成，各零件之間必須有正確的連接和配合間隙。
同時，隨著叉車產品的結構調整，驅動橋產品還不斷向通用性強、低噪音、濕式免維護制動的技術方向發展。其專業化程度已非常之高。
展開 中國首款量產的兩檔電驅動橋，為何受SUV青睞？
面對日益嚴苛的汽車油耗目標及排放法規要求，越來越多的汽車生產商開始考慮采用驅動電機替代傳統發動機，并與減速器和差速器一起，組成電驅動橋系統，實現驅動系統的電動化。
9月12日，搭載舍弗勒兩擋電驅動橋（2-speed eAxle）的長安CS75 PHEV上市，成為國內第二款搭載該電驅動橋產品的插電混動四驅SUV。
舍弗勒兩擋平行軸式電驅動橋是中國市場上首款實現量產的兩擋電驅動橋，已經應用在長安CS75 PHEV和長城WEY P8兩款插電式混動四驅SUV車型上。
電驅動橋系統可以直接取代發動機和變速器，靈活安裝在前軸或后軸，實現前輪或后輪純電驅動。通過這種方式，傳統燃油車很容易實現電動化。
它也可以僅安裝在后軸，匹配前軸的動力總成系統，實現四驅功能。此時，傳統四驅系統的重要部件，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動橋取代，這樣既節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動橋的額外成本。
這種驅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。目前，前后軸均搭載舍弗勒單檔電驅動橋的高性能電動四驅車，奧迪etron即將在今年年底發布。對于純電動汽車，這款電驅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動橋來說，使用兩擋電驅動橋的電動汽車在動力性和經濟性上更有優勢，尤其是對于SUV車型而言。
展開 
一款重卡驅動橋傳動效率提升設計優化及驗證
摘要：該文通過對一款重卡驅動橋進行結構設計與優化，提升了傳動效率，降低了整車油耗，并對改進前后的驅動橋傳動效率及整車油耗做了試驗和對比測試，結果表明，中橋效率提升了1.72%，后橋效率提升了2.28%，整車油耗降低了1.5 L，在一定程度上有利于促進其他車型驅動橋傳動效率的提升。
關鍵詞：重卡驅動橋；傳動效率；設計優化；試驗對比
作者簡介：
段傳勝，北京福田戴姆勒汽車有限公司工程師，研究方向為汽車驅動橋；
陳夢，北京福田戴姆勒汽車有限公司工程師，研究方向為汽車驅動橋。
驅動橋作為功率、能量傳動鏈的重要一環，提升驅動橋傳動效率對降低能耗起著至關重要的作用。本文通過對驅動橋主減速器齒輪、軸承、油封設計進行優化，降低轉動慣量，導入齒輪油及油液管理系統，設計斷開提升機構等方式，提升了驅動橋傳動效率，降低了整車燃油消耗[1-3]。
1 驅動橋傳動效率概念及影響因素
1.1 驅動橋傳動效率概念
驅動橋傳動效率η是指驅動橋的輸出功率Po與驅動橋的輸入功率Pi的比值，即η=Po/Pi，η越大，代表傳動效率越高，驅動橋能量消耗越少，驅動橋的具體構成如圖1所示。
圖1 驅動橋的具體構成
1.2 影響驅動橋傳動效率的因素
通過對驅動橋的傳遞路徑和功率消耗進行分析可知，影響傳動效率的主要因素為齒輪的嚙合精度、軸承齒輪摩擦副、轉動體轉動慣量、攪油功率損失等。
2 驅動橋傳動效率提升改進方案
2.1驅動橋傳動效率提升改進方案
根據驅動橋傳動效率的影響因素，從以下3個方面對驅動橋結構進行了優化設計。
展開 細高齒設計在電驅動橋NVH 優化中的應用
3 齒輪設計和分析優化
齒輪作為電驅動橋的核心部件，直接決定了驅動橋的速比、中心距等主要參數，且決定了整個主減的受力狀態，進而決定了軸、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計。根據電驅動橋產品的性能要求，齒輪設計的原則是在滿足強度的前提下盡可能提高NVH 性能，且不增加總成的尺寸和重量。可見電驅動橋的齒輪設計并不是孤立的，不能一味地追求高重合度，必須考慮齒輪設計對電驅動橋總成其他零部件的影響。
以我司開發的一款電驅動橋產品A 為例，在前期設計階段，利用專業的傳動系統分析軟件MASTA 建立了包含齒輪、軸、軸承、殼體等主要零部件的分析模型（如圖3 所示），對齒輪參數進行設計和分析。在最初的設計方案中，兩級齒輪均采用標準齒輪設計，齒輪設計滿足速比和中心距要求，但考慮到一級齒輪轉速很高，在高速工況下可能產生NVH 問題，影響整車舒適性，故優化齒輪設計以提高一級齒輪重合度。
展開 細高齒設計在電驅動橋NVH 優化中的應用
圖13 電驅動橋產品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 電驅動橋產品B 在車型II 上噪聲測試曲線
根據測試結果，電驅動橋產品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，對整車噪聲貢獻度很低，NVH 表現優秀。通過顧客試駕反饋，相比其他競品，該產品的噪聲表現很好。無論客觀數據還是主觀評價，都證明了該產品優秀的NVH性能。
6 結論
1）電驅動橋的NVH 性能與齒輪的重合度有密切關系，齒輪設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；而采用細高齒設計可以避免這些不良影響同時提高齒輪的重合度。
3）對比電驅動橋產品A 兩級齒輪和電驅動橋產品B 的NVH 表現，可見細高齒設計可以有效提高電驅動橋的NVH性能。同時也證明了小螺旋角設計可以獲得好的NVH 表現。
4）細高齒設計會對齒輪齒根彎曲強度造成一定的削弱，但通過設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。
展開 電驅動橋測試試驗方法
輸入扭矩
電機并不能長時間在峰值扭矩工況下工作，因此電動驅動橋持續使用峰值扭矩的情況并不多，即便如此，電動驅動橋參照傳統驅動橋使用最大輸入扭矩的要求，仍然采用峰值扭矩作為輸入扭矩，對電動驅動橋進行加嚴考核。
分析 | 基于新能源汽車永磁電機的電驅動橋開發探討深度分析！
五、電驅動橋開發難度分析
1）中央電機驅動橋開發難度分析
①主減速器和差速器功能
②輪邊電機驅動橋，其主減速器和差速器功能呢？
③輪轂電機驅動橋，原來的輪邊減速器也給省了？
將電機安裝到驅動橋上產生新問題
六、開發電驅動橋是內在要求，但不宜浮躁
車用電機的基本要求是什么？
中央電機加傳統橋將有相當長的過渡期
圖6 城市配送車用的電驅動橋
驅動橋橋殼剛度優化分析
摘要：利用HyperMesh建立驅動橋有限元模型,然后運用RADIOSS求解器對該后橋進行有限元分析，得到該后橋的位移云圖及應力值，通過位移云圖需找影響剛度的關鍵位置，然后通過OptiStruct對關鍵位置形狀進行優化。
關鍵詞：后橋 有限元分析 優化分析 HyperMesh
1 前言
乘用車驅動橋是整車的關鍵零部件，其性能直接影響整車的安全性、可靠性。驅動橋總成是否滿足產品的設計需要，對整車的性能起到關鍵作用。
橋殼是驅動橋總成上一個單獨的件，它具有支撐汽車載荷的作用，并將載荷傳遞給車輪。作用在后橋車輪的牽引力、制動力和側向力及垂直載荷經后橋傳遞到車架上。若汽車后橋的強度及剛度不能達到要求，則會失效，可能會造成后橋斷裂，或永久變形，不能再繼續使用。因此在設計上，為了達到安全要求，對驅動橋的剛度有一定要求。本文中的驅動橋橋殼主要用于微型貨車，它是由中段的鋼板沖焊件分別與兩端的無縫鋼管焊接而成。
2 有限元模型的建立及分析
后橋總成包括：橋殼焊接總成、主減總成、半軸總成，他們之間通過螺栓和軸承傳遞力，因此，在進行有限元模型建立時，按照以往分析經驗對一些連接和零件進行簡化。
3 驅動橋橋殼有限元分析模型建立
根據汽車相關設計要求及試驗標準，利用有限元軟件HyperMesh建立有限元模型，使用有限元求解器RADIOSS對驅動橋進行力學性能分析。當汽車高速行駛于不平路面上時，驅動橋除承受在靜止狀態下的那部分載荷外，還承受附加的沖擊載荷，這種工況下最為危險， 此時后橋橋殼的位移分布情況，如圖3所示。
展開 驅動橋殼一體化結構和制造技術研究現狀及發展趨勢(上)
作為車輛重要傳動和承載構件的驅動橋殼，其結構關系到車輛的可靠性和耐久性，甚至直接影響車輛使用過程中車載人員的安全。所以，為確保車輛的可靠性、耐久性以及使用過程中的安全性，設計驅動橋殼時不僅要充分保證其強度和剛度良好，還應考慮到經濟因素以及輕量化的要求。即使在新能源汽車迅猛崛起的現階段，驅動橋殼作為必備構件，仍然具有不可替代的地位。在新的時代背景下，對驅動橋殼的重量、產品質量、服役性能等提出越來越高的要求。如何滿足新形勢下驅動橋殼的輕量化、高精度、高性能的成形需求，已經成為各個零部件供應商及相關科研院所關注和研究的重點。為了對驅動橋殼成形工藝的現狀和未來發展趨勢有更好地把握，本文針對汽車驅動橋殼成形工藝的歷史、發展和現狀，對近十年有關汽車驅動橋殼輕量化相關的文獻進行了梳理和歸納，主要介紹了驅動橋殼的結構及演變、一體化橋殼設計及優化研究進展、一體化橋殼的制造工藝、未來發展趨勢等相關內容。
驅動橋殼的結構
承載整車重量是汽車驅動橋殼的基本功能，并且驅動橋殼可以保護差速器、半軸和主減速器等零件不受損傷，此外還承受著路面給予車輪的反力和反力矩，并經懸架傳遞給車身。由于實際行駛過程中受力復雜，所以驅動橋殼需具有良好的強度、剛度和疲勞壽命，并且為了車輛行駛的平順性，而盡可能地減小其自身重量。根據結構特點不同，驅動橋殼的結構形式可分為下列三種。
分段式橋殼
分段式橋殼的結構又分為兩段可分式和三段可分式，該橋殼結構的各個部分通過螺栓連接起來，所以易于制造加工。但使用過程中若進行維修、拆卸及調整都極為麻煩，而且該類型橋殼的強度、剛度等力學性能的表現情況也不盡理想，過去也只是用于輕型商用汽車，如今已很少在車輛上使用。
組合式橋殼
組合式橋殼是由幾部分殼體與鋼管鑄造成一體的，對加工過程精度要求較為嚴格，具有質量輕、精度高等特點。
展開 
干貨|細高齒設計在優化電驅動橋NVH的應用
電動汽車與燃油汽車相比，動力源電機的噪聲比發動機有所降低，驅動橋的 噪聲會更為突出，因此提高驅動橋的NVH性能對電動汽車的品質具有重要意義。
通過對驅動橋和變速箱NVH的研究表明，齒輪的傳遞誤差波動是傳動系統噪 聲的主要激勵，可以說齒輪噪聲是驅動橋NVH問題的源頭之一，因此圓柱齒輪 的設計對電驅動橋的品質至關重要。
采用具有高重合度的細高齒設計成為提升電驅動橋NVH性能的有效手段之一。
傳動原理
齒輪傳動是依靠各對齒輪的依次嚙合來實現的，實際嚙合線長度與基圓齒距 的比值稱為重合度。
為了使齒輪能夠連續傳動，應該保證前一對齒輪脫離嚙合前，后一對齒輪已 經進入嚙合，即重合度必須大于1。作為衡量齒輪連續傳動的條件，重合度越大 ，表明齒輪傳動的連續性和平穩性越好。
圖解說明
理論分析
通過理論和實驗的方法對齒輪的動態特性進行了研究，表明重合度是影響圓 柱齒輪NVH的關鍵因素。
展開 干貨|細高齒設計在優化電驅動橋NVH的應用
電動汽車與燃油汽車相比，動力源電機的噪聲比發動機有所降低，驅動橋的 噪聲會更為突出，因此提高驅動橋的NVH性能對電動汽車的品質具有重要意義。
通過對驅動橋和變速箱NVH的研究表明，齒輪的傳遞誤差波動是傳動系統噪 聲的主要激勵，可以說齒輪噪聲是驅動橋NVH問題的源頭之一，因此圓柱齒輪 的設計對電驅動橋的品質至關重要。
采用具有高重合度的細高齒設計成為提升電驅動橋NVH性能的有效手段之一。
傳動原理
齒輪傳動是依靠各對齒輪的依次嚙合來實現的，實際嚙合線長度與基圓齒距 的比值稱為重合度。
為了使齒輪能夠連續傳動，應該保證前一對齒輪脫離嚙合前，后一對齒輪已 經進入嚙合，即重合度必須大于1。作為衡量齒輪連續傳動的條件，重合度越大 ，表明齒輪傳動的連續性和平穩性越好。
圖解說明
理論分析
通過理論和實驗的方法對齒輪的動態特性進行了研究，表明重合度是影響圓 柱齒輪NVH的關鍵因素。
展開 干貨|細高齒設計在優化電驅動橋NVH的應用
電動汽車與燃油汽車相比，動力源電機的噪聲比發動機有所降低，驅動橋的 噪聲會更為突出，因此提高驅動橋的NVH性能對電動汽車的品質具有重要意義。
通過對驅動橋和變速箱NVH的研究表明，齒輪的傳遞誤差波動是傳動系統噪 聲的主要激勵，可以說齒輪噪聲是驅動橋NVH問題的源頭之一，因此圓柱齒輪 的設計對電驅動橋的品質至關重要。
采用具有高重合度的細高齒設計成為提升電驅動橋NVH性能的有效手段之一。
傳動原理
齒輪傳動是依靠各對齒輪的依次嚙合來實現的，實際嚙合線長度與基圓齒距 的比值稱為重合度。
為了使齒輪能夠連續傳動，應該保證前一對齒輪脫離嚙合前，后一對齒輪已 經進入嚙合，即重合度必須大于1。作為衡量齒輪連續傳動的條件，重合度越大 ，表明齒輪傳動的連續性和平穩性越好。
圖解說明
理論分析
通過理論和實驗的方法對齒輪的動態特性進行了研究，表明重合度是影響圓 柱齒輪NVH的關鍵因素。
展開 干貨 | 4個MOS管驅動的全橋電路原理講解
01
H橋驅動原理
1.1 電機驅動
電路首先，單片機能夠輸出直流信號，但是它的驅動才能也是有限的，所以單片機普通做驅動信號，驅動大的功率管如MOS管，來產生大電流從而驅動電機，且占空比大小能夠經過驅動芯片控制加在電機上的均勻電壓到達轉速調理的目的。電機驅動主要采用N溝道MOSFET構建H橋驅動電路，H 橋是一個典型的直流電機控制電路，由于它的電路外形酷似字母 H，故得名曰“H 橋”。4個開關組成H的4條垂直腿，而電機就是H中的橫杠。要使電機運轉，必須使對角線上的一對開關導通，經過不同的電流方向來控制電機正反轉，其連通電路如圖所示。
1.2 H橋驅動原理
實踐驅動電路中通常要用硬件電路便當地控制開關，電機驅動板主要采用兩種驅動芯片，一種是全橋驅動HIP4082，一種是半橋驅動IR2104，半橋電路是兩個MOS管組成的振蕩，全橋電路是四個MOS管組成的振蕩。其中，IR2104型半橋驅動芯片能夠驅動高端和低端兩個N溝道MOSFET，能提供較大的柵極驅動電流，并具有硬件死區、硬件防同臂導通等功用。運用兩片IR2104型半橋驅動芯片能夠組成完好的直流電機H橋式驅動電路，而且IR2104價錢低廉，功用完善，輸出功率相對HIP4082較低，此計劃采用較多。
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