一、概述
相对乘用车电驱动系统而言,商用车电驱动系统存在着多条技术路线并行的情况,并没有出现哪种类型的产品包打天下的局面,这也是由商用车种类众多、用途各异的实际情况决定的,并且商用车普遍存在小批量、多品种、定制化的行业特征。
本文以皮卡、轻型载货车和大型VAN类车型(物流)的电驱桥为着力点展开探讨。
二、平行轴电驱桥适用于微面、A00级车型及老年代步车
电驱桥的所谓平行轴,是指电机轴心线与车桥半轴是平行关系。
平行轴电驱桥相比于乘用车的“二合一/三合一+等速驱动轴”的方式,无论是成本还是重量,都更有优势,具体优势有如下三点:
a)成本方面,借用燃油车传统后桥的桥壳、差速器、半轴、轮毂和制动部分,成本可控;而2根等速驱动轴的成本就超过500元;还要另外设计用于安放钢板弹簧的整体式托架,不管铸造还是焊接,造价都不菲;而宏光mini EV的电后桥,猜测其电机+车桥的成本也就在1200元上下。
b)重量方面,电机+车桥的重量也会显著低于“二合一电驱+等速驱动轴+整体式钢板弹簧托架”的构型。
c)整体式传统后桥的工艺技术可靠、制造简单。
1)驱动电机质心点悬臂设计,起步、加速震动,冲击工况恶劣,瞬间加速度可达300~500G;
2)极易造成壳体破裂,影响操控性,还会带来整车NVH问题;
3)电机突出桥体,占用底盘空间,影响电池布置。
本着“一切脱离使用场景的技术分析都是耍流氓”的原则,上述的几条缺点,在微面、微卡、A00级车型和老年代步车上表现并不明显;而随着搭载车型吨位的增大,电驱桥功率和重量、体积随之放大,上述的缺陷会变得越来越明显,在车桥承载达到2吨左右会接近性能和缺陷的临界点。
三、全同轴式电驱桥可能是一种过渡产品
全同轴式电驱桥是指,不但电机同轴,减速器也是同轴形式,即采用行星齿轮减速器,DANA和BYD都开发过这种产品。
▲Dana es5700r
这是一种真正的同轴桥,优点显而易见:电驱动部分(电机+减速器)占用空间最小,对整车尤其是底盘布置最友好。
但缺陷更加明显,主要是行星减速器的制造工艺问题,在电机高速化的浪潮下,目前峰值转速已经普遍提升到12000rpm~16000rpm,这对行星减速器的齿轮制造工艺带来巨大挑战:行星轮和太阳轮可以磨齿,甚至可以采用带螺旋角的斜齿轮来增大重合度而带来更加平稳的啮合,而内齿圈的制造,尤其是热处理后的磨齿工艺难度很大,齿面精度要达到6级甚至更高,这就带来了成本的大幅上升。
我们简单做个估算:速比为10的平行轴减速器,电机输出扭矩300Nm,成本构成:一级主动轮80元+一级被动轮110元+二级主动轮100元+二级被动轮210元(差速器大齿轮)+轴100元,轴齿总成本在600元左右。
同样规格的同轴桥的1个NW行星排:阶梯行星轮150元×3+太阳轮100元+行星框架170元+内齿圈220元+齿圈支架150元+滚针行星轮销垫片轴承50×3=1240元。
全同轴桥行星排结构受到性能和成本的双重压制,这大概也是DANA和BYD全同轴桥没有批量应用的原因之一吧。
四、电机同轴后桥
电机同轴桥(减速器不同轴)可以看做是平行轴桥和全同轴桥的一种折中方案。
继承了电机同轴的优点,规避了减速器同轴的行星排带来的坑,毕竟平行轴减速工艺成熟可靠。
电机同轴设计,通过质心点位置改变来解决冲击问题;相比平行轴方案,系统效率提高5%,NVH性能最好,解决了低频(电机重心偏离)振动问题。
长城同轴电桥的轴齿系统布置采用偏置轴式同轴设计Axial tooth arrangement adopts offset shaft coaxial design:
1)机械结构简单 Simple mechanical structure
2)承载扭矩高 High load torque
3)更优化的搭载布置空间 Optimized layout space
4)集成度高,利于整车搭载High integration level, which is conducive to vehicle deployment
5)更好的NVH特性Better NVH performance
6)壳体采用一体式高强度壳体Adopts integrated high-strength housing
7)超高机械强度,可满足商用车苛刻的应用环境Ultra-high mechanical strength to meet the harsh application environment of commercial vehicles
8)一体式壳体设计节省空间、轻量化One-piece housing design saves space and weight
9)壳体模态优化设计,提升壳体的降噪能力Optimal design of the shell modal to reduce the noise level
长城(精工)同轴电驱桥进行的各种性能分析
长城(精工)同轴电桥参数
不可否认,这种同轴桥相比于平行轴电驱桥,其三段式的桥壳结构,相比于冲焊桥壳甚至一体液胀成型的桥壳,重量和成本都增加了,所以这种类型的同轴桥也不是万能的,在车桥承载超过1.5吨以后,适配新能源性能皮卡、电动轻卡、大VAN车型等,优势会越来越明显。
长城(精工)这款同轴电桥,其电机轴、差速器、半轴、减速器壳体连接处的结构和加强筋的布置、铸铁电机壳结构和水道等散热系统布置各方面,都具有十分重要的参考价值,毕竟是一轮轮设计、分析、验证、优化之后的量产产品,通过借鉴其设计思路可以少走很多弯路,站在巨人肩膀上会让我们节省宝贵的研发周期和成本。
为方便业内同行对标学习,我们第一时间拿到了这款同轴电桥的拆车件(中段部分):
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