某型电驱动轮边减速桥总成的研究与应用.pdf

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1、 某型电驱动轮边减速桥总成的研究与应用某型电驱动轮边减速桥总成的研究与应用 摘摘 要要 纯电动客车是一种对空气污染较小的城市交通工具，符合汽车节能环保的 发展要求。因此得到国家相关政策的支持，一些企业也正在投入资金和人力开 展深入研究。在城市公交客车上采用纯电动技术的意义在行业内已取得普遍共 识，但在其产业化过程中，除了电池、驱动电机等技术瓶颈外，其与普通内燃 机驱动客车相比，电动客车的车桥总成的设计与生产也存在着一系列的问题。 轻量化，高效性，智能化，低噪音的电动化车桥总成技术取代传统车桥技 术将成为行业发展的方向。作为整车的重要部件，车桥的集成一体化发展将推 动汽车行业的竞争，谁掌握了领先

2、的技术并能将其产业化，就会在未来的行业 竞争中占得先机，所以采用传动效率高的轮边电驱动桥已成为未来新能源客车 的发展方向。本文参照相关驱动桥的设计方法进行了某型电驱动桥的设计。本 文首先确定主要部件的结构型式和主要设计参数； 然后参考类似驱动桥的结构， 确定出总体设计方案；最后对关键零部件进行了理论计算和试验验证。 电驱动桥作为一种新技术产品，该课题今后将会成为热点而继续被深入研 究和发展。 关键词：纯电动客车，动力方式，驱动桥，设计方案 Research and Application on a kind of Electric Drive Axle ABSTRACT Pure electr

3、ic bus is a kind of less air pollution urban transportation, and conforms to the requirements and development of environmental protection and saving energy on automobile. This technology has been supported by relevant national policies, and some enterprises are investing money and manpower to carry

4、out in-depth study. In the city bus on the meaning of pure electric technology in the industry has achieved widespread consensus, but in its industrialization process, in addition to the battery, motor and other technical bottleneck, its passenger, compared with ordinary internal combustion engine,

5、the electric passenger car chassis, etc. Design and production of axle there are a number of problems. It will become the developing direction of the industry that lightweight, high efficiency, intelligent, low noise electric axle assembly technology displace traditional axle technology. As an impor

6、tant part of a vehicle, the integration development of axle will push the car industrys competition, who master the advanced technology and realize industrialization will take the advantage in the future competition. So high transmission efficiency electric drive axle will be the development directi

7、on in the future .The paper does designing of this type of electric drive axle reference to the related design method of drive axle drive. It determines the structure of the main components and design parameters, firstly, and then determines the overall design reference to the similar structure, doe

8、s the theoretical calculation and experimental verification for key parts finally. Electric drive axle as a kind of new technology product will become the hot spot and continue to be further researched and developed in the future. KEY WORDS：pure electric vehicle ，power mode ，overall axle design 致致 谢

9、谢 本文是在导师王其东老师的精心指导下完成的，在论文的撰写过程中，从 论文大纲的排序到正文内容的增减、修改均得到导师的耐心指教，提出了许多 宝贵意见。导师严谨求实的治学风范、平易近人的工作作风和及循循善诱的教 诲等，给我留下深刻的印象，得到了学术上和工作上的进步，这些都使我终身 受益，值此学位论文完成之际，谨向尊敬的导师致以深深的感谢和崇高的敬意！ 同时感谢一起参与此研发项目的同事、主机厂和供应商的合作与帮助！ 最后，感谢审阅本文的各位领导、专家和所有曾经给予我帮助的老师、领 导和同事。感谢他们的支持与帮助。 作者：俞海洋 2013 年 11 月 30 日 目目 录录 第第 1 章章 绪绪 论

10、论 错误!未定义书签。 1.1 课题的研究背景、目的和意义.1 1.1.1 新能源客车发展现状和国内需求 .1 1.1.2 新能源客车在国外需求 .2 1.1.3 轮边电驱桥的开发目的 .3 1.1.4 轮边电驱桥的优点 3 1.2 国内外电驱动桥发展现状 5 1.2.1 直接驱动式电驱动车桥 .5 1.2.2 带轮边减速器电驱动车桥 6 1.3 本课题研究的主要内容 错误错误!未定义书签。未定义书签。 第第 2 章章 某型电驱动桥主要参数和总成选择某型电驱动桥主要参数和总成选择 错误!未定义书签。 2.1 电驱动桥的结构概述. 错误错误!未定义书签。未定义书签。 2.2 某型新能源整车的基本

11、参数 错误错误!未定义书签。未定义书签。 2.3 某型电驱动桥总成的选型 15 2.4 本章小结 17 第第 3 3 章章 某型电驱动桥的主要零部件设计与分析某型电驱动桥的主要零部件设计与分析 . 错误!未定义书签。 3.1 某型电驱动桥的桥壳总成分析. 错误错误!未定义书签。未定义书签。 3.1.1C 型梁的静力学分析 18 3.1.2 C 型梁的模态分析 25 3.2 某型电驱动桥的主减总成分析. 错误错误!未定义书签。未定义书签。 3.2.1 主被动锥齿轮的方案设计 27 3.2.2 主被动锥齿轮基本参数的选择 . 31 3.2.3 主被动锥齿轮的几何尺寸计算 . 33 3.2.4 主被

12、动锥齿轮的强度计算 35 3.2.5 主减速器锥齿轮轴承的载荷计算 . 37 3.3 某型电驱动桥的轮边总成分析 40 3.3.1 轮边行星轮系选型与设计 41 3.3.2 轮边减速器的方案设计方案的分析与选型 . 42 3.3.3 行星齿轮传动结构的选择 43 3.3.4 轮边减速器计算 43 3.3.5 齿轮强度校核验算 46 3.4 某型电驱桥电机选择匹配验证. 48 3.4.1 额定功率验证 . 49 3.4.2 最大爬坡度验证 49 3.4.3 额定车速行驶验证 50 3.4.4 加速性能要求验证 50 3.5 本章小结 错误错误!未定义书签。未定义书签。 第第 4 章章 某型电驱动

13、桥主要零部件的实验验证某型电驱动桥主要零部件的实验验证 . 错误!未定义书签。 4.1 台架验证情况 . 错误错误!未定义书签。未定义书签。 4.1.1C 型梁台架验证 . 53 4.1.2 驱动电机台架验证 54 4.1.3 主被动齿轮+轮边总成台架验证 . 55 4.2 整车路试 错误错误!未定义书签。未定义书签。 4.2.1 路试目的 56 4.2.2 路试对象 57 4.2.3 路试执行标准 . 57 4.2.4 路试条件 58 4.2.5 路试结论 60 4.3 本章小结 错误错误!未定义书签。未定义书签。 第第 5 章章 总结与展望总结与展望 . 错误!未定义书签。 5.1 论文总

14、结 62 5.2 工作展望 62 参考文献参考文献 63 插图清单插图清单 图 1-1 电动客车需求量预测直方图 2 图 1-2 整车低出口示意图 .3 图 1-3 8 轮电驱动布置示意图4 图 1-4 混合动力车型结构示意图 5 图 1-5 直接驱动式电动车桥示意图 .6 图 1-6 带轮边减速器电驱桥示意图 .7 图 1-7 采埃孚公司 ZF130 电驱动轮边桥外形图 8 图 1-8 BYD 公司电驱动轮边桥外形图 .8 图 1-9 LB12 电驱动轮边桥外形图.9 图 2-1 驱动电机横向布置轮边电驱桥剖面示意图 11 图 2-2 驱动电机横向布置电驱桥动力线传递示意图 . 12 图 2

15、-3 驱动电机纵向布置轮边电驱桥剖面示意图 13 图 2-4 驱动电机纵向布置电驱桥动力线传递示意图 . 13 图 2-5 某型电驱动轮边减速驱动后桥三维造型图 16 图 3-1 某型电驱动轮边后桥壳结构示意图. 18 图 3-2 C 形梁网格划分云图 . 19 图 3-3 C 形梁约束和加载示意图 19 图 3-4 C 形梁应变云图 20 图 3-5 C 形梁整体应力云图 . 20 图 3-6 C 形梁局部应力云图 . 20 图 3-7 C 形梁局部应力云图 . 21 图 3-8 C 形梁中间位置应力云图 21 图 3-9 C 形梁应变区域划分 . 22 图 3-10 某型电驱动主减总成连接

16、示意图 27 图 3-11 主减速器的传动形式示意图 28 图 3-12 双曲面齿轮副的受力分析图 . 29 图 3-13 某型电驱动桥的轮边总成轴测分解图 . 41 图 3-14 齿轮传动简图 43 图 3-15 西门子高速驱动电机参数介绍图 . 51 图 4-1 C 型梁台架试验现场图 . 53 图 4-2 C 型梁台架试验过程加载曲线图 . 54 图 4-3 驱动电机台架试验现场图 . 55 图 4-4 驱动电机台架试验过程加载曲线图 . 55 图 4-5 主被动齿轮+轮边总成台架试验现场图 . 56 图 4-6 主被动齿轮+轮边总成台架试验过程加载曲线图 56 图 4-7 性能试验道路

17、 58 图 4-8 平坦公路 . 58 图 4-9 凸凹不平路-碎石路 . 59 图 4-10 鱼鳞坑路 59 图 4-11 卵石路 . 59 图 4-12 高速路 . 60 附表清单附表清单 表 1-1 采埃孚公司 ZF130 轮边电驱桥技术参数 .8 表 1-2 BYD 公司轮边电驱桥技术参数 .9 表 1-3 LB12 电驱桥技术参数 .9 表 2-1 某型纯电动客车技术参数 . 14 表 2-2 某型电驱桥设计参数 14 表 2-3 某型电驱动桥总成技术参数说明表 . 17 表 3-1 C 形梁各划分区域的应力分布情况 22 表 3-2 C 形梁各阶模态振型及频率. 25 表 3-3

18、圆弧齿双曲面齿轮的几何尺寸计算用表 33 表 3-4 许用单位齿长上的圆周力 . 36 表 3-5 某型电驱动桥的轮边总成分解明细表 41 表 3-6 轮边行星轮设计输入参数 42 表 3-7 驱动电机选型参数输入表 49 表 4-1 试验样车明细表 . 57 表 4-2 样车主要结构及技术参数表 57 表 4-3 样车路试结果统计表 60 1 第第1 1章章 绪绪 论论 全世界的汽车保有量和使用量越来越大，而且增长迅速。伴随着汽车数量 的增加，人类将面临严峻的能源和环境挑战，未来汽车的研究方向之一就是开 发节能、环保和安全的电动客车，电动客车以其在使用过程超低排放/零排放、 能源利用多元化和

19、高效化、便于实现智能化控制等方面的技术优势备受重视， 呈现加速发展态势。在电动客车诸多车桥驱动系统型式中，采用驱动电机的车 桥系统结构型式正日益成为发展方向，而电驱动车桥作为关键总成成为电动汽 车领域的研究重点和研究热点。 1.11.1 课题的研究背景、目的和意义课题的研究背景、目的和意义 1.1.1 新能源客车发展现状和国内需求 近年来，我国在纯电动客车领域取得了较大的科技成果和技术突破，拥有 了一批具有自主知识产权的核心技术，在电动汽车整车总体技术和关键零部件 技术方面积累了丰富的经验，我国正通过电动客车产业化开发环境、生产基地 以及管理环境的建设，争取在整车产品技术上取得重大突破，带动电

20、动客车、 电动城市多功能车、电动汽车相关产业的技术进步和发展。 电动客车以车载电源为动力，用电力驱动系统代替传统发动机，用电机驱 动车轮行驶。它符合道路交通、安全法规各项要求。相关研究表明，同样的原 油经过粗炼，送至电厂发电，经充入电池，再由电池驱动汽车，其能量利用效 率比经过精炼变为汽油，再经汽油机驱动汽车高，因此有利于节约能源和减少 二氧化碳的排量，正是这些优点，使电动客车的研究和应用（尤其在城市的应 用）成为汽车工业的一个“热点“。 我们政府希望弯道超车， 力争在电动汽车领域缩短与发达国家之间的差距， 先后出台多项政策促进电动汽车的发展。 节能与新能源汽车产业规划 （2012-2020

21、年） 中提出重点发展纯电动汽车、 插电式混合动力汽车，目标 2015 年市场保有量超过 50 万辆，2020 年超过 500 万辆。 电动客车作为客车行业的发展方向，在国家节能减排政策的推动下将呈现 快速发展的态势，2010-2013 年为政府推动阶段，2015 年以后为市场推动阶段， 预计 2020 年纯电动客车和插电式混合动力客车总销量达到 10 万辆，占客车市 场总销量的 10%以上。随着电池技术的发展，电动客车将成为新能源客车市场 主流，需求量（见图 1-1）也越来越大。 2 图 1-1 电动客车需求量预测直方图 2009 年 1 月，科技部、财政部联合下发关于开展节能与新能源汽车示范

22、 推广工作试点工作的通知,国家首次在北京、合肥等 13 个城市正式实施了新 能源客车补贴政策，纯电动客车补贴达到 50 万元；2010 年，增加到 25 个城市 的公共领域新能源汽车示范推广试点；示范推广带动了产品的技术改进，启动 了市场消费，带动了产业投资和产业链建设，同时培育了潜在用户，为进一步 的市场化奠定了基础。 2012 年 7 月份发布了节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020 年） ， 规划提出促进混合动力等各类先进节能技术的研发和应用，加快推广普及混合 动力等节能汽车；并提出了一系列的保障措施，如加大财税政策支持力度、强 化金融服务支撑、营造有利于产业发展的良好环境等。

23、 2013 年新能源汽车补贴政策出台。工信部、财政部、科技部和发改委发布 了关于继续开展新能源汽车推广应用工作的通知(“通知“),延续了新能汽车 补贴的政策。通知主要是希望通过新能源汽车产业发展,推进节能减排,促进大 气污染治理。 1.1.2 新能源客车在国外需求 由于我国传统客车在技术、创新、品牌方面基础较好，国内主流客车企业 大多具备较强的整车集成优势， 拥有较强的自主研发能力和显著的低成本优势， 牢牢占据着国内 95%的市场份额，产销量占世界总量 41%，近年来中国客车开 始实现大量出口，2011 年客车出口量达到国内客车总销量的 15%。与跨国公司 的竞争中，中国客车企业已形成很强的国

24、际竞争力，为电动客车发展奠定了基 础。 欧美发达国家及中东地区发达国家，由于经济发展迅速，对汽车的排放指 标要求越来越高。纯电动客车零排放，相信国际市场对纯电动客车需求量会增 大，纯电动客车将成为发达国家市场一款备受欢迎的产品。 3 1.1.3 轮边电驱桥的开发目的 某客车制造公司总结 1200 辆纯电动客车、25 个城市示范运营推广经验， 并与国际国内同行产品比较后，发现：现阶段，纯电动客车整车所使用驱动形 式绝大多数采用的是 42 的后桥驱动， 所使用的驱动后桥与普通燃油客车没有 区别，仅仅是将燃油发动机更改为驱动电机，该种结构能量损失较大，且整车 不能布置成宽通道、低地板结构，造成乘坐舒

25、适性降低。而国外先进的新能源 客车普通采用轮边电驱动后桥总成，自重轻、能量利用率高、方便整车布置等 多项优点。 因此针对纯电动客车示范推广存在的共性问题，某客车制造公司和某车桥 有限公司联合成立专门项目小组，配合整车满足市场需求，立项开发某型电驱 动轮边减速桥总成，计划 23 年内实现整车批量化生产和规模化推广。 1.1.4 轮边电驱桥的优点 优点 1：省略大量传动部件，整车轻量化将发动机、变速箱、传动轴、 车桥、空气悬架五大部件整合成一个， 对于传统车辆来说，离合器、变速器、 传动轴、差速器乃至分动器都是必不可少的，而这些部件不但重量不轻、让车 辆的结构更为复杂，同时也存在需要定期维护和故障

26、率的问题。但是轮边电驱 桥就很好地解决了这个问题。不但结构更为简单之外，而且采用轮边电驱桥的 车辆可以获得更好的空间利用率，同时传动效率也要高出不少。 优点 2：可实现整车的低出口、宽通道布置采用轮边电驱桥，没有传 统后驱车桥的中央主减总成的突起，为乘员腾出更大的空间。让整车在布置时， 可以实现低出口、宽通道、低入口等，增加乘坐的舒适性（见图 1-2） 。 图 1-2 整车低出口示意图 优点 3：可实现多种复杂的驱动方式由于轮边电驱桥具备单个车轮独 立驱动的特性，因此无论是前驱、后驱还是四驱形式，它都可以比较轻松地实 现，包括全时四驱的车辆上实现起来非常容易（见图 1-3） 。同时轮边电驱桥可

27、 以通过左右车轮的不同转速甚至反转实现类似履带式车辆的差动转向，大大减 小车辆的转弯半径，在特殊情况下几乎可以实现原地转向，对于特种车辆很有 价值。 4 图 1-3 8 轮电驱动布置示意图 优点 4：便于采用多种新能源车技术采用轮边电驱桥可以匹配包括纯 电动、混合动力和燃料电池电动车等多种新能源车型，可以和传统动力并联使 用（见图 1-4） ，新能源车型大都采用电驱动，因此轮边电驱桥就派上了大用场。 无论是纯电动还是燃料电池电动车，抑或是增程电动车，都可以用轮边电驱桥 作为主要驱动力；即便是对于混合动力车型，也可以采用驱动电机作为起步或 者急加速时的助力，可谓是一机多用。同时，新能源车的很多技

28、术，比如制动 能量回收（即再生制动）也可以很轻松地在轮边电驱桥的车型上得以实现。与 驱动电机集中动力驱动相比，轮边电驱桥技术具备很大的优势，它布局更为灵 活，不需要复杂的机械传动系统，同时也有自己的显著不足，比如密封和起步 电流/扭矩间的平衡关系，以及转向时驱动轮的差速问题等等，如果能在工程上 解决这些难题，轮边电驱桥技术将在未来的新能源车中拥有广阔的前景。 5 图 1-4 混合动力车型结构示意图 1.2 1.2 国内外电驱动桥发展现状国内外电驱动桥发展现状 采用驱动电机直接连接后桥的轮边总成， 桥的两端采用驱动电机单独驱动， 该种形式称之为电驱动桥。该类轮边电驱动桥按作用减速形式又可分类为直

29、接 驱动式电驱动车桥和带轮边减速器电驱动车桥。两种车桥技术所应用领域和优 点也各不相同： 直接驱动式电动车桥它直接将驱动电机安装在车轮轮毂中，主要用于驱动 力输出较小的整车，如普通轿车、低速汽车等，由于无轮边减速装置，具有驱 动电机体积小、质量轻、成本低、系统传动效率高、结构紧凑的优点，既有利 于整车结构布置和车身设计，也便于改型设计。电动汽车在驱动性能满足的情 况下，首选使用该技术。 带轮边减速器电驱动车桥结构上存在二级减速装置，一般采用驱动电机带 动主被动齿轮进行一级减速，轮边采用行星轮系结构进行二级减速。该种技术 车桥主要用于驱动力输出较大的整车，如公交车、旅游车等大中型客车，同时 在大

30、型矿用卡车上采用。相比直接驱动式电动车桥技术，该种车桥轮边输出扭 矩大，车桥速比调整空间大，系统成本高。 1.2.1 直接驱动式电驱动车桥 直接驱动式电动汽车采用低速外转子驱动电机，电动轮与车轮组成一个完 整部件总成，内部结构见图 1-5 所示，驱动电机布置在车轮内部，直接驱动车 轮带动汽车行驶。目前国际上对直接驱动式电动车桥的研究主要以日本为主。 6 2003 年日本丰田汽车公司在东京车展上，推出的燃料电池概念车 FINE-N 采用了电动轮驱动技术。美国通用汽车公司，2001 年试制的全新线控 4 轮驱动 燃料电池概念车 Autonomy 也采用直接驱动式电驱动车桥，驱动系统灵活的控 制与布

31、置方式，使该车能更好地实现线控技术。 国内对直接驱动式电动车桥的研究也取得了一些进展。 比亚迪于 2004 年在 北京车展上展出的 ET 概念车，采用了电动汽车 4 个轮边驱动电机独立驱动模 式。中国科学院北京三环通用电气公司研制的电动轿车，采用直流无刷直接驱 动式电动车桥。单个电动车轮功率为 7.5 kW，电压 264 V，双后轮直接驱动。 中船总公司 724 研究所的 4 轮电动汽车，其驱动电机性能指标为：额定功率 3 kW，额定转速 3000r/min，额定电压为 110 V。 目前通过多方面了解，直接驱动式电驱动车桥在电动客车上暂没有收集到 商品运用情况。 1.2.2 带轮边减速器电驱

32、动车桥 带轮边减速器电驱动车桥采用高速内转子驱动电机，适合现代高性能电动 汽车的运行要求。它起源于矿用车的电驱动车桥（见图 1-6） ，属于减速驱动类 型，这种电驱动车桥允许驱动电机在高速下运行，通常驱动电机的最高转速设 计在 400020000 r/min，其目的是为了能够获得较高的比功率，而对驱动电机 的其它性能没有特殊要求，可以采用普通的内转子高速驱动电机。减速机构布 置在驱动电机和车轮之间，起到减速和增矩的作用，保证电动汽车在低速时能 够获得足够大的转矩。驱动电机输出轴通过减速机构与车轮驱动轴连接，使驱 动电机轴承不直接承受车轮与路面的载荷作用，改善了轴承的工作条件；采用 固定速比行星

33、齿轮减速器，使系统具有较大的调速范围和输出转矩，充分发挥 驱动电机的调速特性，消除了驱动电机输出转矩和功率受到车轮尺寸的影响。 图 1-5 直接驱动式电动车桥示意图 7 图 1-6 带轮边减速器电驱桥示意图 日本庆应义塾大学环境信息学部清水浩教授领导的电动汽车研究小组在过 去的十几年中，一直以基于轮毂驱动电机的全轮驱动电动汽车为研究对象， 1996 年，该小组联合日本国家环境研究所研制了采用轮毂驱动电机驱动的后轮 驱动电动汽车 ECO，轮毂驱动电机驱动系统选用永磁直流无刷驱动电机，额定 功率为 6.8kw，峰值功率为 20kw，并配速比为 1：5 的行星齿轮减速机构。 2001 年，其研究小组

34、推出了以锂电池为动力源，采用带轮边减速器电驱动 车桥的大轿车 KAZ，最高时速达到 311km/h。KAZ 的带轮边减速器电驱动车桥 系统中采用高转速的高性能内转子型驱动电机，其峰值功率可达 55kw，提高了 KAZ 的极限加速能力，使其 0-100km/h 加速时间仅 8 秒。为了使驱动电机输出 转速符合车轮的实际转速要求，KAZ 的车桥系统匹配了一个传动比为 4.588 的 行星齿轮减速机构。 法国 TM4 公司设计制造的轮边减速器电驱动车桥。 它采用外转子式永磁驱 动电机，将驱动电机转子外壳直接与轮辋相固结，将驱动电机外壳作为车轮轮 辋的组成部分，而且驱动电机转子与鼓式制动器的制动鼓集成

35、在一起，实现驱 动电机转子、轮辋以及制动器三个回转运动物体的集成，大大减轻轮边减速器 电驱动车桥系统质量，集成化程度相当高。该车桥系统的永磁无刷直流驱动电 机的额定功率为 18.5kw，峰值功率可达到 80kw，峰值扭矩为 670Nm，额定转 速为 950rpm，最高转速为 1385rpm，而且额定工况下的平均效率可达到 96.3%。 哈尔滨工业大学爱英斯电动汽车研究所研制开发的 EV96-1 型电动汽车也采用 带轮边减速器电驱动车桥，选用一种称为“多态驱动电机”的永磁式驱动电机， 兼有同步驱动电机和异步驱动电机的双重特性，其额定功率为 6.8kw，峰值功 率为 15kw，集成盘式制动器，风冷

36、散热。 在国内外的电动客车领域，已形成商品，小批量使用的电驱动桥总成的主 要有：欧洲 ZF 公司的 ZF130 后桥（见图 1-7） ，该电驱动桥总成在欧洲多个品 牌电动客车上匹配使用。其基本参数见表 1-1；国内 BYD 公司的 K9 后桥（见 图 1-8） ，该电驱动桥总成在其 K9 电动客车上使用，其基本参数见表 1-2；湖北 车桥生产的 LB12 后桥（见图 1-9） ，该电驱动桥总成在国内多个新能源客车上 8 选装，其基本参数见表 1-3。 图 1-7 采埃孚公司 ZF130 电驱动轮边桥外形图 表 1-1 采埃孚公司 ZF130 轮边电驱桥技术参数 序号 项目 单位 参数 1 驱动

37、电机最大功率 kW 602 2 最大扭矩 N.m 4652 3 额定载荷 kg 13000 4 驱动电机最大转速 r/min 11000 5 车桥速比 - 22.63 6 制动器形式/规格 In 盘式 22.5 7 工作电压 V 300-700 BYD 公司的 K9 新能源客车，搭载了多项比亚迪自主研发的先进技术。能 源消耗成本不到同类燃油车的 1/3 ，K9 整车动力总成采用轮边驱动电机总成， 将驱动电机放置在轮胎旁边，即无需采用传统燃油汽车的传动轴，最大程度减 少功率损耗。 图 1-8 BYD 公司电驱动轮边桥外形图 9 表 1-2 BYD 公司轮边电驱桥技术参数 序号 项目 单位 参数

38、1 驱动电机最大功率 kW 902 2 最大扭矩 N.m 5502 3 额定载荷 kg 13000 4 驱动电机最大转速 r/min 7500 5 车桥速比 - 22.63 6 制动器形式/规格 In 盘式 22.5 7 工作电压 V 300-700 湖北车桥有限公司的 LB12 电动桥，它由后桥壳总成，两个水冷无刷直流 永磁驱动电机，两个后桥主减速器总成，两个后桥轮边减速器总成等构成。适 用于各种大型电客车，传动效率高。 图 1-9 LB12 电驱动轮边桥外形图 表 1-3 LB12 电驱桥技术参数 序号 项目 单位 参数 1 驱动电机最大功率 kW 652 2 最大扭矩 N.m 8502

39、3 额定载荷 kg 13000 4 驱动电机最大转速 r/min 4850 5 车桥速比 - 10.12 11.48 6 制动器形式/规格 In 盘式 22.5 7 工作电压 V 500-700 10 1.31.3 本课题研究的主要内容本课题研究的主要内容 本课题是开发某型新能源客车用的电驱动轮边减速后桥总成，设计过程应 当满足如下基本要求： 1.所设计的桥壳总成需满足整车 13T 的承载要求，满足整车空气悬架位置 的合理布置，满足主减壳、驱动电机、轮边总成的位置的合理布置，在满足以 上空间的情况下，自身轻量化的要求。在保证足够的强度、刚度条件下，应力 求质量小，尤其是空气簧下质量应尽量小，以

40、改善汽车平顺性。 2.所设计的主减总成，选择的主减速比应能保证汽车具有最佳的动力性和 燃料经济性；齿轮及其它传动件工作平稳，噪声小。在各种转速和载荷下具有 高的传动效率；外形尺寸要小，保证有必要的离地间隙。所选择的驱动电机需 有较大的输出扭矩，且自身体积小。冷却系统需满足将驱动电机的工作温度控 制在规定的要求内。 3.所设计的轮边总成，需满足整车的制动性能要求，匹配常规的制动盘、 制动钳总成以及制动气室，需保证制动高可靠性，制动反应时间短。满足轮边 的输出扭矩要求，满足轮胎和轮辋的安装要求。在满足各种安装位置的前提下， 合理借用以前的车桥零部件资源，提高产品的通用性、模块化、集成化。并考 虑最

41、新的轴承单元技术运用。 11 第第2 2章章 某型电驱动桥主要参数和总成选择某型电驱动桥主要参数和总成选择 2.12.1 电驱动桥的结构概述电驱动桥的结构概述 大中型电动客车所采用的电驱动轮边减速后桥，按驱动电机结构布置形式 划分，可分类以下两种： 第一种：驱动电机与车轮方向平行（横向布置） 该种结构主要产品有：ZF130 电驱动桥、K9 电驱动桥，其内部主要结构为 驱动电机主轴方向和轮边行星齿轮旋转方向一致（见图 2-1） 。 图 2-1 驱动电机横向布置轮边电驱桥剖面示意图 该种结构电驱动桥总成的动力驱动传递路线和内部结构，按减速形式划分 可以分为两部分，第一级为斜齿减速装置和第二级行星斜

42、齿减速装置，具体见 图 2-2。 12 图 2-2 驱动电机横向布置电驱桥动力线传递示意图 第二种：驱动电机与车轮方向垂直（纵向布置） 该种结构主要产品有：LB12 电驱动桥，其内部主要结构为驱动电机主轴方 向和轮边齿轮方向垂直见图 2-3，按减速形式划分可以分为两部分，第一级准 双曲线主被动齿轮减速装置和第二级直齿行星轮边减速装置，动力线传递路线 见图 2-4。 13 图 2-3 驱动电机纵向布置轮边电驱桥剖面示意图 动力线传递路线 图 2-4 驱动电机纵向布置电驱桥动力线传递示意图 以上两种结构的电驱动桥，传递效率基本相同，功能基本相同，驱动电机 横向布置结构的相对空间更小，自重更轻，驱动

43、电机纵向布置结构的制造成本 14 低，模块化程度高，实际使用中可根据整车布置形式按需选用。本次课题为了 借用现有成熟驱动电机，方案选择驱动电机纵向布置结构。 2.22.2 某型新能源整车的基本参数某型新能源整车的基本参数 本次课题所设计的电驱动桥首批规划运用在纯电动大型客车上，整车的性 能要求和规格见表 2-1 所示。 表 2-1 某型纯电动客车技术参数 序 号序 号 整 车 参 数 内 容整 车 参 数 内 容 技 术 指 标 要 求技 术 指 标 要 求 1 车长 12000mm 2 整备质量 13800kg 3 纯电续航里程 220km（城市工况） 4 最高车速 80 km/h (综合工

44、况) 5 动力蓄电池组种类 磷酸铁锂动力电池 6 动力蓄电池组比能量 100 Wh/kg 7 100% DOD（Depth of Degree，放电深度）循环寿 命 1500 次 8 动力蓄电池组额定能量 268kWh 9 整车质保，年或万公里 3 年或 15 万公里 10 动力蓄电池总质量与整车整备质量的比值 24.1% 11 动力蓄电池组标称电压 538 V 12 驱动电机类型 直流异步驱动电机 13 驱动电机额定功率 100kW 14 驱动电机峰值扭矩 2400N.m 15 综合工况电能消耗量 100kWh/100km 16 其他(最大爬坡度) 18% 若要满足以上整车参数要求，待开发的

45、电驱动桥，各项性能需要大于或等 于普通 13T 单级减速驱动后桥，根据初步选型，该某型电驱桥主要性能参数在 设计之初确定如下（见表 2-2） 表 2-2 某型电驱桥设计参数 序 号序 号 车 桥项目车 桥项目 指 标要求指 标要求 1 额定轴荷 13000Kg 2 驱动电机功率 267Kw 3 最大输出扭矩 210290N.m 4 车轮最大转速 416r/min 5 轮辋安装面 1837mm 15 6 车轮螺栓分度圆直径 335mm 7 轮辋止口 280.8mm 8 气囊中心距 15101490mm,19281465mm 9 总速比 23.93 10 制动器规格 盘式制动器 22.5 11 驱

46、动电机 2 个 3 相异步驱动电机 12 自重 1500Kg（含驱动电机） 所要设计的某型电驱动桥，参照以往设计标准，其图纸基本设计要求为： 1）遵循产品标准化、系列化、通用化原则，设计、选择零部件时，在满足 产品性能、强度条件下，尽量选用通用化程度高、产品继承性好的零部件。 2）图纸编号按 QC/T265-1999汽车产品零部件编号规则中前桥、贯通 桥、后桥分组号的规定及 Q/HFF1022007桥类产品编号规则的规定执行。 3）制图按 GB4457.1- GB4457.5-84 的标准执行。 4）公差与配合按 GB1803-79尺寸至 500mm 孔、轴公差带与配合 、 尺 寸至 18mm

47、 孔、轴公差带及 GB1804-92线性尺寸的未注公差执行。 5）形状和位置公差按 GB11821996形状位置代号 、GB4249-1984公 差原则及 GB1184-1999未注形状公差的规定 。 6）焊缝符号按 GB3241988焊缝符号表示法中的规定执行。 7）标准件的选取按实用机械设计手册 （机械工业出版社 1998.5 出版） 执行。 8）材料标注按机械材料工程手册 （机械工业出版社 1991.2 出版）执行。 2.32.3 某型电驱动桥总成的选型某型电驱动桥总成的选型 根据整车布置要求，此次立项开发的某型电驱动桥总成结构设计方案确定 为驱动电机纵向布置结构。 该桥总成通过主减准双

48、曲线齿轮改变扭矩传动方向、 一级减速，再通过轮边行星轮机构二级减速，最终实现变向、减速、增扭的目 的从而分别驱动左右两边车轮。桥壳及其附件采用整体式铸造结构，整体式 U 型结构的 C 型梁；箱式结构的主减速器总成，主被动齿轮采用双曲线锥精磨齿 轮，加工精度高，噪音低；制动器总成采用气压盘式制动，制动效能稳定，制 动可靠性高；轮毂采用轴承单元结构，100 万公里行驶免维护，轮边和行星架 采用整体式结构，太阳轮与半轴为一体式设计，采用西门子三相异步直流驱动 电机。 这种电驱动桥总成扭矩大、通过性好、承载力强。电驱动轮边桥总成 三维模型图见图 2-5。 16 图 2-5 某型电驱动轮边减速驱动后桥三

49、维造型图 该型轮边驱动电机驱动桥总成若成功开发并匹配整车，可以实现降低整车 地盘高度从而整车一级踏步的需求，降低整车重量达到轻量化设计目的，降低 售后服务成本，降低传动噪音达到绿色设计的目的，提高整车的操纵平稳性、 安全性、舒适性，可以为整车赢得用户口碑奠定基础。 采用普通驱动车桥的新能源客车，可以在空间允许条件下，换装该型轮边 驱动电机驱动桥总成，整车部分性能可以得到提升，具体见表 2-3。 17 表 2-3 某型电驱动桥总成技术参数说明表 序序 号号 名名 称称 参参 数数 备备 注注 1 额定轴荷 13000kg 满足 10-12m 新能源客车的 承载性能要求（一般同类客 车要求10T 即可） 。 该承载能力技术水平属于国 内领先 2 驱动电机功率 267Kw 满足 10-12m 新能源客车的 驱动性能要求（一般同类客 车要求110Kw 即可） 3 最大输出扭矩 210290N.m 4 车 轮 螺 栓 分 度圆 直 径 335mm 满 足 新 能 源 客 车 装 配 8.25v-22.5,11.00-20轮 胎，方便日常维护保养 5 轮辋止口