电动汽车和电驱桥发展情况研究.pdfVIP

NO.1660

靳迪

1概述

随着新能源汽车的迅速发展，电动城市物流车成为了纯电动汽车的

一个重要车型，作为城市物流车的核心部件，多挡电驱动桥在市场

上的占有率逐渐增加，针对目前电驱动桥相关问题，对电驱动桥开

展结构设计和轻量化设计使其能够满足用户需求变得极为重要。

本文依托吉林省科技发展计划重点科技研发项目“城市物流车电驱

动桥开发与智能化控制关键技术研究”以城市物流车电驱动桥为研

究对象，对电驱动桥开展结构设计、仿真分析、轻量化研究工作。

提出了三挡电驱动桥新构型，对电驱动桥传动系统各零部件参数进

行了匹配优化。

采用集中式布置方式，对比分析各换挡机构的特点，设计了三挡变

速结构；针对传动系统结构和工况进行参数匹配，在其基础上对车

辆各零部件参数进行定义，对电机参数进行确定并选择相应电机，

对城市物流车的行驶工况和需求进行分析，对其传动系统参数进行

匹配；且为了降低换挡冲击，兼顾动力性和经济性的需求，在确定

最大最小传动比的基础上对三挡传动比进行优化；最后根据设计参

数对传动系统和电驱动桥进行建模，得到初步设计的电驱动桥桥壳

结构。

以四种典型工况为基础，对三挡横置一体化电驱动桥进行了刚度强

度分析和疲劳分析，验证了电驱动桥桥壳符合设计标准。

对桥壳进行仿真前处理，简化其倒角、螺栓等结构，采用四面体网

格和六面体网格结合的方式进行网格划分，根据桥壳的整体行驶状

况，将城市物流车工况简化为四种典型工况，在这四种典型工况下，

结合城市物流车参数，对电驱动桥桥壳部分进行受力分析，针对四

种工况验证电驱动桥结构是否符合设计要求。

利用循环工况对三挡横置一体化电驱动桥进行疲劳分析，验证了其

安全系数。

结合响应曲面优化设计和拓扑优化设计，对电驱动桥进行轻量化研

究。

对电驱动桥轻量化方法进行分析，针对桥壳不同部位采用不同轻量

化方法。

对半轴套管采用响应曲面优化设计，约束其最小厚度，约束桥壳最

大变形和最大应力，使其计算过程中不超过其最大值，计算结果表

明，随着厚度的减小其最大应力和变形逐渐增大，且矩形截面的宽

对桥壳的影响大于长对桥壳的影响，并得到其最优化半轴套管厚度。

对电驱动桥桥壳中间部位变速减速壳体开展拓扑优化设计，采用变

密度法优化方法，对壳体进行减重，根据拓扑优化结果对电驱动桥

中间部分变速减速壳体进行结构改进。

对轻量化结果进行分析对比。

针对上述轻量化设计后的模型，对驱动桥在某些部位产生的应力集

中，在应力较大区域进行适当改进和加厚，将轻量化且优化后的桥

壳与原设计的三挡横置一体化电驱动桥桥壳进行对比分析，桥壳减

重约11%。

2背景与意义

目前新能源政策对于纯电动汽车虽然有着较高的补贴，但是其对于

电动汽车的性能有着较高的要求；现阶段城市物流车电驱动桥存在

空间利用率不高、传动效率较低、控制系统不足以满足要求等问题

制约了其市场表现。

据相关统计，目前市面上的纯电动物流车产品，其传动装置大都为

单挡传动，即传动速比固定。并没有配备自动变速装置，这种装置

不能同时满足车辆较大行驶速度和较大爬坡度的性能要求。多挡位

电驱动桥成为市场上急需的产品。

虽然多挡位减速器意味着成本上升、重量增加、额外的损耗、换挡

中断等问题，但是电驱动桥多挡位变速器相对于单挡变速器可以使

传动系统有着更宽的扭矩范围，这样在相同的需求下，多挡电驱动

桥对电机的需求降低了很多，所以多挡变速器一定程度上降低了电

动汽车对电机和电机控制器等方面的成本。

对于复杂路况，多挡位变速器相对于单挡位变速器有着更好的适应

性，其加速能力和最高车速均有着较好的表现。综上所述多挡电驱

动桥在发挥相同性能的情况下相比于单挡电驱动桥可能会有较大的

成本降低，使其在市场的竞争力大大提高。

然而当前国内多挡电动物流车动力传动总成多承继传统燃油汽车，

存在自重较重、空间利用差、传动效率较低等问题，严重制约了其

市场表现。对多挡位尤其是三挡以上的电驱动桥进行集成化与轻量

化设计，是目前解决多挡电驱动桥市场问题的重点，本项目结合传

统驱动桥和变速箱等优点，设计出一款新型带直接挡三挡横置一体

化电驱动桥样机，对其进行轻量化设计和优化设计，促进我国多挡

位电驱动桥的发展。

3电动汽车及电驱动桥发展概况

目前国内外市场电动汽车发展较为迅速，很多国际汽车公司先后发

布了电驱动桥产品，以舍弗勒、博格华纳、吉凯恩等公司为代表。

舍弗勒研究了适应48V系统的轻度混合动力电驱动桥，如图1.1

所示。其