电驱动桥开发设计流程的研究

梁作华　韩宁　张桂华　刘晓军　杨晓华

摘 要：电驱动后桥作为集成化的设计可以减少整车空间体积的占用，为整车电池、电机控制器等零部件的布置提供更多的空间，在纯电动商务车中有着很大的优势，文章阐述了一种电驱动后桥开发设计流程的研究方法，为电驱动后桥的开发设计提供更多的研究方法。关键词：电驱动后桥;开发设计;流程中图分类号：U462.1  文献标识码：B  文章编号：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

纯电动商务汽车（例如纯电动物流车，小型电动载货汽车）具有噪音小，节能环保的优点，已经在市场进行了大力推广，但同样存在续航较短的缺点，为增加续航里程，需要在车辆上安装更多电池。传统的电机布置结构需占用较多空间，而电驱动后桥作为集成化的设计，占用空间较小，可以为电池的安装提供更多的空间。

1 传统电机布置结构与电驱动后桥结构对比

传统纯电动商务汽车动力系统布置结构是将发动机加变速器替换为驱动电机，并布置在原安装位置，其他结构与燃油车没有较大变化。电驱动后桥是直接将电机集成在后桥中，中间省去了传动轴的环节，具有以下优点：

（1）无传动轴工作时产生的噪音，工作噪音小。

（2）无传动轴传递过程中的效率损失，工作效率高。

（3）高集成化的电驱动桥会极大的节省整车布置空间。

2 关键技术

电驱动后桥在整个设计过程中，设计的关键技术有三个方面：

（1）电驱动后桥的整体结构设计及匹配计算;

（2）电驱动后桥的NVH研究;

（3）整车匹配测试。

2.1 电驱动后桥的整体结构设计及参数匹配计算

对电驱动后桥的结构设计，首先需要考虑纯电动商务车的的运行参数，车辆长宽高、整备质量、满载质量、运行路况、车辆整体结构、最高车速、加速性能等要求，还需要着重考虑锂电池、电机控制器等关键零部件的布置位置。

依据车辆运行参数完成电机的选择以及主减速器的设计。电机选型过程中主要考虑的参数有：外形参数、电功率密度、额定扭矩、峰值扭矩、峰值扭矩持续时间、额定转速、峰值转速、峰值传输持续时间、防护等级等参数。主减速器在设计过程中要考虑主减速比的选择。电机参数与主减速比要进行综合匹配，以達到较高的电功率密度、较小的体积，满足整车驱动要求。

2.2 电驱动桥的NVH研究

电驱动桥的NVH主要有两个方面（电机噪声）和后桥主减速器噪声研究。电机噪声主要研究内容包括驱动电机在台架测试无负载及加载负载时噪声及振动水平（该项也为电机选型时的主要参考参数之一）。

驱动后桥噪声产生的原因主要是由后桥主减速器内的齿轮副在运转过程中产生的各种振动和冲击，齿轮副产生的振动也是轴承噪声和桥壳结构噪声在内的几乎所有的噪声的力量源。因此电驱动后桥内的齿轮系统的研究是降低噪声和振动的重要项目之一。具体研究内容有齿轮的加工精度 装配精度 加工方法 齿轮粗糙度等方面。

2.3 整车道路测试及调试实验

整车道路测试实验涉及的内容主要包括：动力性能测试，续驶里程测试，可靠性测试三个方面。

2.3.1 动力性测试

动力测试研究内容有两个方面：一是验证电驱动桥的整体设计是否能够满足车辆行驶的加速性能，并且在100%油门开度的情况下，电机扭矩由0急剧增加至最大扭矩是否会引起整车共振并导致车辆噪声急剧增加。二是能否满足爬坡性能和加速性能，测试电驱动后桥是否可以满足实际爬坡要求。

2.3.2 可靠性测试

可靠性测试用于测试整套电驱动桥的在长时间运行故障发生的类型与频次，并对发生的故障类型对整套系统的控制程序进行修改，以满足车辆要求。

在整个可靠性测试过程中，不允许一直高速运行，模拟国家标准运行工况可以发现更多的故障隐患。在整个可靠性测试过程中，不断的对控制程序进行微调，以使车辆动力性、经济性、可靠性达到一个比较理性的状态。

2.3.3 续驶里程测试

在标准城市工况下进行测试，主要包含两个个方面：一是实际运行过程中电机是否有较多的时间在高效区运行。二是在整车制动过程中的制动扭矩是否在合适的范围，制动扭矩过大（回收电流大）但会导致车辆刹车加剧，车辆运行不平稳且存在一定的危险性，制动扭矩较小会导致车辆能量回收少，整车续驶里程减少。

3 整体研究流程（见图3）

4 总结

本方案仅是提出电驱动后桥的一种整体开发设计流程方法，在具体实施过程中，每一个方面还需要做细致的研究并做好详细的记录作为整个开发设计流程追溯的重要文件。通过对电驱动后桥的反复调试可以使电驱动桥具有更好的可靠性、经济性、实用性，在市场上得到更广的推广和应用。

参考文献

[1] 徐忠诚，张飞，王国林.轻型驱动桥NVH性能关键影响因素研究[J].轻型汽车技术，2013（03）：16-18.

[2] 赵来杰.电动汽车同轴一体化电驱动桥有限元分析及轻量化设计[D].重庆大学，2017.

[3] 范健文，吴彤峰，金国栋.电动汽车电驱动系统结构方案分析[J].机械制造，2003（11）：38-40.