中重型电驱桥构型和技术发展趋势

1.电驱桥构型分析 1.1电驱桥构型概述 电驱动总成Electric drive system（EDS） 乘用车电驱动总成在集成方面的发展趋势是二合一/三合一乃至七合一、八合一、十合一，甚至12合1等 电驱桥electric axle（e-axle） 商用车电驱桥的构型趋势是电机+变速箱的二合一，AVL这种集成控制器的三合一电驱桥目前尚没有大规模应用，主要原因： ⚫增加了簧下重量，影响整车乘坐舒适性和行驶平顺性；⚫控制器集成到车桥上，簧下的震动和恶劣工况容易对内部电子器件造成失效。 缩写： ⚫电机electric motor（EM） ⚫减速器Transmission（TM） ⚫控制器Motor control unit（MCU） 一体化电驱桥 1.2平行轴电驱桥 1.2.1单电机单挡平行轴电驱桥 构型适用范围：0.5～4.5吨电驱桥；技术要点：三轴两级减速、速比7-12、整体或分体减速器壳；单电机单挡电驱桥承载能力无法超过5吨的原因：电机无法同时兼顾起步的大扭矩和最高车速时的电机最大转速，即使在理论参数上能够同时满足的话，在成本和重量上也得不偿失。 郑州智驱平行轴电驱桥，带鼓式制动驻车，图片来源：展会实拍 1.2.2单电机2挡平行轴电驱桥 ⚫构型适用范围：6～13吨电驱桥 ⚫技术要点：平行轴减速、速比9-50、AMT变速箱 变速箱两个挡位就可以兼顾起步的低速大扭矩和最高车速时的电机最大转速，此构型存在的问题是AMT换挡时的换挡时间导致的动力 中断。 鹏翔两挡电驱桥，图片来源：网络 1.2.3单电机4挡平行轴电驱桥 ⚫构型适用范围：13～16吨电驱桥 ⚫技术要点：平行轴减速/速比14-111/AMT变速箱 四挡电驱桥彻底解决了电机的扭矩和转速之间的矛盾，但变速机构过于复杂。 比亚迪四挡电驱桥，图片来源：展会实拍 1.2.4双电机单挡平行轴电驱桥 ⚫构型适用范围：13～16吨电驱桥 ⚫技术要点：平行轴减速/共用差速器或单驱 两个电机各司其职，一个负责低速起步，另一个负责高速。 驱动电机前后对称布置有利于解决偏载导致的配重问题，图片来源：网络 Wrightspeed电驱桥 ⚫构型适用范围：5～10吨电驱桥 ⚫技术要点：左右轮独立驱动、中央电机分布式驱动 1.2.5双电机2挡平行轴电驱桥 ⚫构型适用范围：10～13吨电驱桥； ⚫技术要点：平行轴减速、共用机械差速器； ⚫两个电机各司其职，彻底解决了AMT换挡导致的动力中断问题，是目前最完美的电驱桥构型。 1.3同轴电驱桥 1.3.1同轴电驱桥 ⚫构型适用范围：1.5～4.5吨电驱桥 ⚫技术要点：行星排、速比4-15、三段式桥壳 ⚫双联NGW或者NW行星排减速 ⚫普通三段式桥壳导致承载能力无法提高，极限在6T左右 （其他异形桥壳通过特殊结构可以使承载能力继续提高，如下图，但连接结构变得复杂，制造成本和重量都上升了） ⚫电机高速化对行星排的工艺制造提出了越来越高的要求 图片来源：网络 1.3.2偏置同轴电驱桥 ⚫构型适用范围：1.5～4.5吨电驱桥 ⚫技术要点：平行轴减速器、速比7-12、三段式桥壳 ⚫关键词：电机同轴、减速器不同轴 ⚫用平行轴减速器取代了行星排，规避了行星排的工艺制造难度 1.4轮边电驱桥 ZF AVE130，平行轴减速箱+同轴轮边减速器进行减速，速比范围20～40 ZF AVE130，轮边可见4个斜齿的行星轮 ZF轮边电驱桥（卡车版），奔驰装过样车 1.5轮毂电机 1.5.1外转子 外转子的结构导致径向尺寸较大，整个机构重量很大，且轮辋为 特制，轮胎更换困难 1.5.2内转子 在电机输出轴连接行星排减速器即构成内转子轮毂电机。内转子轮毂电机由于存在行星排的减速增扭作用，电机转速提高而扭矩降低，有利于电机小型化、轻量化、低成本化。 内转子和外转子的结构对比： ⚫轮毂电机优缺点 1.6分布式电驱动 1.7中央电机+传统桥 ⚫目前最成熟的商用车电驱动系统构型。 ⚫成本低、可靠性高、簧下重量轻（相比电驱桥）。 ⚫目前国内做此构型产品的有：特百佳、绿控、越博、精进、法士特、中德等。 ⚫目前360kW电机+4AMT变速箱+控制器的价格不超过5万元。 1.7中央双电机+传统桥 双电机会避免AMT变速箱换挡的动力中断，有利于重载爬坡工况，但双电机会使系统变得复杂、成本也会增加。 二、中重型电驱桥技术发展趋势 纯电整车架构 2.1微型车 2.1.1低端：整体式平行轴电驱桥 ⚫优点是构型简单、成熟、成本低 ⚫缺点是整体式硬桥导致的汽车后车厢震动、噪音等NVH问题 2.1.2高端：断开式平行轴电驱动总成 除了贵，剩下都是优点 搭载独立悬挂电驱动总成，提高乘坐舒适性和行驶平顺性 2.2轻型车 2.2.1轻卡：平行轴电驱桥 ⚫强调承载能力和经济性 ⚫电机偏置导致的偏载、偏振问题是制约其产业化的问题之一 平行轴电驱桥 2.2.2皮卡：偏置同轴电驱桥 ⚫减轻电机偏置导致的偏载和偏振 ⚫优化NVH，兼顾经济性 ⚫载荷：2.5T 2.3客车 轮边电机桥：降低地板高度、提高乘坐舒适性 盘毂动力独立悬挂轮边电机桥，来源：产品宣传资料 直驱构型在纯电客车上仍然有相当份额。哪怕电机后面只增加一个固定速比减速器，也是增加了一个潜伏的故障/问题点，带来可靠性隐患。 2.4中重型车电驱桥 单电机两挡电驱桥 双电机两挡电驱桥 双电机两挡电驱桥优势： ⚫无换挡冲击；⚫无动力中断；⚫更高的车速；⚫更大的起步扭矩/爬坡度；⚫更宽的电机高效区；⚫优秀的动力经济性。 双电机两挡电驱桥传动简图 2.5特种车 纯电矿卡：中央电机+传统桥 多轴轮式车辆（特种车）：轮毂电机。优势：简化传动系统，扭矩矢量控制、原地转向、提高离地间隙、底盘平整便于布置装甲、更加适合无人化智能车辆等。 某纯电轮式底盘，来源：网络 2.6不同构型电驱动总成的比较 2.6.1轮毂电机 2.6.2轮边电机桥 2.6.3 4AMT电驱桥 2.6.4电机+变速箱+传统桥 这是目前应用最多的构型 技术成熟，整车变动小、风险小、成本低