新能源車用（yòng）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： 黃蘇剛 鄒兵鳳（fèng）
摘要：隨著新能源汽車電動化步伐的加快，且電驅動橋具（jù）備高集成度、低（dī）成本、高傳動（dòng）效率和輕量化等諸多優（yōu）點，傳統（tǒng）汽車上的（de）發動機、傳動係（xì）統將逐漸被電驅動橋取代。本文先後介紹（shào）新能源汽車用電驅動橋的種（zhǒng）類和設計（jì）開發，同（tóng）時列舉實例對設計過（guò）程加以說（shuō）明，為汽車相關從業人員提供借鑒。
關鍵詞 : 新能源（yuán）汽車 ; 電驅動橋 ; 齒輪 ;軸承 ; 設計
電驅動橋是新能源（yuán）汽車的動力係統和傳動係統，有（yǒu）著（zhe）為整車提供動力、承受負載、降低轉速、增大扭矩和保證左右車輪差速（sù）等功能。通常包括電動機、減速器（含差速器、齒輪、軸（zhóu）承）、驅動半軸、剛性橋殼（ké）及輪轂軸承這些關鍵零部件。通過（guò）合理的設計優（yōu）化及係統可靠的台架試驗，可（kě）實現產品的緊湊化、輕量（liàng）化、高效（xiào）率和高壽命。
電驅（qū）動橋的種類
新能（néng）源汽車電動機的布置形式可（kě）分為電動機直連式、平行軸式和同軸式。直連（lián）式是采（cǎi）用電動機取代燃油（yóu）車的發（fā）動機和（hé）變速器，所采用的電（diàn）驅動橋，是從傳統（tǒng）燃油車的（de）驅動橋上通過加大齒輪速比以及提升齒（chǐ）輪精度（dù）衍變而來（lái）。因其保留了傳動軸、整車電池布置空間受限，同時受速比最大為 7 的（de）限製，導致（zhì）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渡技術產品，這種（zhǒng）驅（qū）動橋稱為第一代電驅動橋（見圖 1）。
圖 1 第一（yī）代電驅動橋
平（píng）行軸式結（jié）構是采用電動機取（qǔ）代燃油車（chē）的發動（dòng）機、變速器和傳（chuán）動（dòng）軸，將電動機集成為電（diàn）驅（qū）動橋的一個子零件，並與電驅動橋的輸出半軸呈平行布置，這種驅動橋稱為第二代電驅動橋（見圖2）。
圖 2 第二代電（diàn）驅動橋
同軸式結構是在第二（èr）代電驅動橋基礎（chǔ）上，將電動機與電驅動的輸（shū）出半（bàn）軸做同軸布置（zhì），這種驅動（dòng）橋稱（chēng）為第三代電驅動橋（見圖 3）。
圖 3 第三代電驅動橋
還有一種在乘（chéng）用車基礎上衍變（biàn）出的產品，它也是將電動機（jī）軸與輸（shū）出半（bàn）軸呈平行布置，並且將車橋的承載功能獨立出讓剛性橋殼承（chéng）擔，而減速器配合球籠半軸傳遞（dì）扭矩。這種驅動橋稱為承載與（yǔ）承受扭分離型電驅動橋（見（jiàn）圖 4）。
圖 4 承載與承扭分離型電驅動（dòng）橋
從目前各（gè）整車廠（chǎng）及車橋企業的研究方向看，第二代以及第三代電驅動橋可減（jiǎn）輕電動機質量（liàng），降低整車成本，提（tí）升整車續駛裏程。其中（zhōng）第二代電驅動橋因其前（qián）期投入低、技術易實現（xiàn）及性價比高，而（ér）備受市場青睞，本文將以實例著重（chóng）介紹。
眾所周知，全浮式驅動橋較半浮式驅動橋（qiáo）有著更好的剛度和更高的（de）承載能力，軸承失（shī）效和油（yóu）封漏油的故（gù）障率更低。電驅（qū）動橋相較傳統驅動橋的簧下質量和設計載荷均有所增加，對驅動橋的各項性能要求也更為嚴（yán）格。故在此摒棄半浮式（shì）驅動橋而優選全浮式第二代電驅動橋進行設計。
電驅動（dòng）橋的設計主（zhǔ）要包括以下（xià）步驟 :
1）整車動（dòng）力性（xìng）仿真確（què）定電驅動橋主要設計參數。
2）減速器齒（chǐ）輪及軸承的布置校核。
3）差速（sù）器強度設計校核。
4）半（bàn）軸強度的設計校核。
5）輪（lún）轂軸承的設計校核。
6）剛性橋殼的設計校（xiào）核。
以（yǐ）表 1 的整車（chē）參數（shù）和設計目標對（duì）某電驅動橋進行詳細設計。
電（diàn）驅動橋的設計開發
1.整車動力性校核（hé）
參考（kǎo）相關文獻理論（lùn）和計算方法，匯（huì）編基於（yú）EXCEL 的整車動力性計算表格（gé）。根據表（biǎo） 1 內相關參數，分別選取第一代和第二代電驅動橋進行動力性計算，計算結果分別見表 2 和表 3。
表（biǎo） 1 某純電動輕客（kè）整車參數及設（shè）計目標
表 2 第一代電驅動橋動力性計算
表 3 第（dì）二代電驅（qū）動橋動（dòng）力性（xìng）計算
根據表 2 和表 3 的計算結果，采用同（tóng）等功率的電動機，第二（èr）代（dài）電驅動橋將為整車帶來更大的爬坡度、更快的加速（sù）時間和更高的傳動效率。同時采用高轉速電動機後省卻傳動軸，便於布置更多的動力電池，提高了整（zhěng）車能（néng）量密（mì）度及續駛裏程，使電動機重量和整車成本下降（jiàng）。
2.減速器齒輪及軸承的布置校核
根據表 3 的整車動力性仿（fǎng）真計算結果，結合所選電動機的外形尺寸，對第二代電驅動橋減速器的齒輪及軸承做如圖 5 所示（shì）布置。通過多次的軟件分析和迭代修正，最終形成的齒輪及（jí）軸承參數（shù）見表 4 和表 5。
圖 5 第二（èr）代電驅動橋減（jiǎn）速器齒輪及軸承（chéng）布置
表 4 各軸承參數（shù）
表 5 各齒輪參數
在最大輸入扭矩工況下對齒輪及軸承（chéng）強度和壽命（mìng）進行 Romax 軟件分析，分析結果見表 6 和表 7。
3.差（chà）速器強度設計校核
根據上述所選的第（dì）二（èr）代電驅動橋（qiáo）動力性計算結果，可得到該電驅動（dòng）橋最大輸（shū）出轉矩 T。為保證電驅動（dòng）橋應對快速升扭和其他衝擊工況，在此給定輸出轉矩 1.8 的後備係數 ; 結合傳統驅動橋所用（yòng）的差（chà）速器承扭能力，按 1.8T 的承扭能（néng）力初選某型差速器總成。
表 6 軸承分析結果
表 7 齒輪分析結果
結語
第二代平行軸式（shì）及第（dì）三代同軸式電驅動橋均不同程度（dù）的在傳統驅動橋上衍變發展而來，是當下市（shì）場主流（liú）產（chǎn）品。
采用平行軸式電驅動橋可最大限度地借用傳統驅動橋的剛性橋殼、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（jiǎn）速器總（zǒng）成的設計開發和相關台架試驗上。采用第三代同軸式電驅動橋需將電動機作為承載件而借（jiè）用不了傳（chuán）統驅動橋的（de）剛性橋殼和半（bàn）軸（zhóu），開發高速中空電動（dòng）機以及行星排齒輪（lún）的技術難度高、性價比低，然而高集成度和（hé）簧下質量輕的特性使它（tā）必然會成（chéng）為電驅動橋的最終發展方向，推動汽車工業快（kuài）速發展。
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