電驅動橋開發設計流程的研究

梁作華　韓寧　張桂華　劉曉軍　楊曉華

摘 要：電驅動后橋作為集成化的設計可以減少整車空間體積的占用，為整車電池、電機控制器等零部件的布置提供更多的空間，在純電動商務車中有著很大的優勢，文章闡述了一種電驅動后橋開發設計流程的研究方法，為電驅動后橋的開發設計提供更多的研究方法。關鍵詞：電驅動后橋;開發設計;流程中圖分類號：U462.1? 文獻標識碼：B? 文章編號：1671-7988（2020）02-97-03

Abstract： As an integrated design， the electric drive rear axle can reduce the space volume of the whole vehicle， provide more space for the layout of the battery， motor controller and other parts of the whole vehicle， and has great advantages in the pure electric commercial vehicle. This paper describes a research method of the development and design flow of the electric drive rear axle， which provides more research methods for the developmental design of the electric drive rear axle.Keywords： Electric Rear Axle; Developmental Design; ProcessCLC NO.： U462.1? Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）02-97-03

前言

純電動商務汽車（例如純電動物流車，小型電動載貨汽車）具有噪音小，節能環保的優點，已經在市場進行了大力推廣，但同樣存在續航較短的缺點，為增加續航里程，需要在車輛上安裝更多電池。傳統的電機布置結構需占用較多空間，而電驅動后橋作為集成化的設計，占用空間較小，可以為電池的安裝提供更多的空間。

1 傳統電機布置結構與電驅動后橋結構對比

傳統純電動商務汽車動力系統布置結構是將發動機加變速器替換為驅動電機，并布置在原安裝位置，其他結構與燃油車沒有較大變化。電驅動后橋是直接將電機集成在后橋中，中間省去了傳動軸的環節，具有以下優點：

（1）無傳動軸工作時產生的噪音，工作噪音小。

（2）無傳動軸傳遞過程中的效率損失，工作效率高。

（3）高集成化的電驅動橋會極大的節省整車布置空間。

2 關鍵技術

電驅動后橋在整個設計過程中，設計的關鍵技術有三個方面：

（1）電驅動后橋的整體結構設計及匹配計算;

（2）電驅動后橋的NVH研究;

（3）整車匹配測試。

2.1 電驅動后橋的整體結構設計及參數匹配計算

對電驅動后橋的結構設計，首先需要考慮純電動商務車的的運行參數，車輛長寬高、整備質量、滿載質量、運行路況、車輛整體結構、最高車速、加速性能等要求，還需要著重考慮鋰電池、電機控制器等關鍵零部件的布置位置。

依據車輛運行參數完成電機的選擇以及主減速器的設計。電機選型過程中主要考慮的參數有：外形參數、電功率密度、額定扭矩、峰值扭矩、峰值扭矩持續時間、額定轉速、峰值轉速、峰值傳輸持續時間、防護等級等參數。主減速器在設計過程中要考慮主減速比的選擇。電機參數與主減速比要進行綜合匹配，以達到較高的電功率密度、較小的體積，滿足整車驅動要求。

2.2 電驅動橋的NVH研究

電驅動橋的NVH主要有兩個方面（電機噪聲）和后橋主減速器噪聲研究。電機噪聲主要研究內容包括驅動電機在臺架測試無負載及加載負載時噪聲及振動水平（該項也為電機選型時的主要參考參數之一）。

驅動后橋噪聲產生的原因主要是由后橋主減速器內的齒輪副在運轉過程中產生的各種振動和沖擊，齒輪副產生的振動也是軸承噪聲和橋殼結構噪聲在內的幾乎所有的噪聲的力量源。因此電驅動后橋內的齒輪系統的研究是降低噪聲和振動的重要項目之一。具體研究內容有齒輪的加工精度 裝配精度 加工方法 齒輪粗糙度等方面。

2.3 整車道路測試及調試實驗

整車道路測試實驗涉及的內容主要包括：動力性能測試，續駛里程測試，可靠性測試三個方面。

2.3.1 動力性測試

動力測試研究內容有兩個方面：一是驗證電驅動橋的整體設計是否能夠滿足車輛行駛的加速性能，并且在100%油門開度的情況下，電機扭矩由0急劇增加至最大扭矩是否會引起整車共振并導致車輛噪聲急劇增加。二是能否滿足爬坡性能和加速性能，測試電驅動后橋是否可以滿足實際爬坡要求。

2.3.2 可靠性測試

可靠性測試用于測試整套電驅動橋的在長時間運行故障發生的類型與頻次，并對發生的故障類型對整套系統的控制程序進行修改，以滿足車輛要求。

在整個可靠性測試過程中，不允許一直高速運行，模擬國家標準運行工況可以發現更多的故障隱患。在整個可靠性測試過程中，不斷的對控制程序進行微調，以使車輛動力性、經濟性、可靠性達到一個比較理性的狀態。

2.3.3 續駛里程測試

在標準城市工況下進行測試，主要包含兩個個方面：一是實際運行過程中電機是否有較多的時間在高效區運行。二是在整車制動過程中的制動扭矩是否在合適的范圍，制動扭矩過大（回收電流大）但會導致車輛剎車加劇，車輛運行不平穩且存在一定的危險性，制動扭矩較小會導致車輛能量回收少，整車續駛里程減少。

3 整體研究流程（見圖3）

4 總結

本方案僅是提出電驅動后橋的一種整體開發設計流程方法，在具體實施過程中，每一個方面還需要做細致的研究并做好詳細的記錄作為整個開發設計流程追溯的重要文件。通過對電驅動后橋的反復調試可以使電驅動橋具有更好的可靠性、經濟性、實用性，在市場上得到更廣的推廣和應用。

參考文獻

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