纯电驱动蓝牌物流车用电驱动桥总成设计

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纯电驱动蓝牌物流车用电驱动桥总成设计

摘要：

现有市场上的纯电动蓝牌物流车都是在传统轻卡上改制而来，将原有柴油车的发动机变速箱去掉换成驱动电机，油箱换成电池，增加了电机控制器和整车控制器等设备后就成电动轻卡了。

基本功能可以使用，但是动力源和驱动形式发生重大变化后整车其他地方没有跟着相应的改进，从结构布置和车型性能上不是最经济最优化的，随着补贴的退坡和退出，将来这种车是无法参与市场竞争的。

本文基于纯电动驱动模式提出了一种全新的适合纯电驱动车辆的动力总成设计方案。

关键词：纯电驱动；电驱桥；集成化；轻量化；城市物流

中图分类号：U469.72

文献标识码：A

文章编号：1671-5799（2019）04-0135-02

1、现有蓝牌物流电动车动力总成

现有市场上主流的纯电动蓝牌物流车虽然品牌很多，车型更多，但技术路线只有一种：都是在传统轻卡上改制而来，将原有柴油车的发动机变速箱去掉换成驱动电机，油箱换成电池，增加了电机控制器和整车控制器等软硬件后就成现在流行的电动轻卡了。

这种电动轻卡的优点是整车布置不需要发生大的变化，动力总成的布置形式为:电机+传动轴+车桥。

缺点也很明显：电池布置在车辆外测两边，不利于碰撞安全。

同时电动车的最大特点是可以在制动工况下车桥反拖电机发电，实现能量回收。

这种布置结构车桥还是传动的车桥，有锥齿轮的存在，锥齿轮的特性决定了齿轮凹面受力能力只有凸面能力的30%，因此，反向发电的瓶颈是车桥齿轮。

这点从市场上目前常用的电动车在运行2-3万公里后主减开始出现批量异响就可以得到验证。

同时，蓝牌物流的车受法规的限制，车辆的整备质量不能超过3吨，这个要求对传统的轻卡来说都有很高的要求，更别提对电动车而言。

目前的电池能力密度大多在120wh/kg,以常用的80度电来计算，电池的重量超过660kg，再算上电池箱、支架之类的附件这块增加的种类超过800kg，电机电控及电机悬置的重量超过200kg。

电动车新增加的重量超过1吨重，而替换掉的发动机变速箱的重量远没有这么多。

因此，轻量化是电动车动力总成设计的一个很重要指标。

图一：现有纯电动动力总成布置图二：平行轴纯电动动力总成布置

2、全新平台纯电驱动桥总成技术路线分析

基于现有蓝牌纯电动物流车动力总成布置的几个痛点，本文提出了几种全新的适合纯电驱动的动力总成设计方案，并通过了几个维度的对比评价没选择最优的可行技术路线为研究方向。

2.1、同轴刚性：这种结构最大的优点是高度集成化，缺点是没有可维修性，如果电机或者减速器坏了只能把桥拆了。

再者，需要用到空心轴电机及2-3组行星减速机机构串联起来，从加工制造、重量和成本方面都不占优势。

2.2、平行轴刚性：这种结构的最大优点是电机和减速机构相互连接在一起，桥壳可以借用传统车桥的桥壳，整车悬架不需要发生大的变化，电机和减速箱都可以在整车上单独拆下来维修。

另外电机只需要新开发壳体，减速机构可以用外啮合圆柱齿轮，技术成熟，加工制造简单，成本经济，重量轻。

缺点是簧下重量相比传统方案有所增大，不适用于车速100km/h的高速车辆。

2.3、独悬结构：这种结构的最大优点是簧下质量最轻，但是对城市物流这种常用车速在50km/h 左右的车辆来说，体现不出优势，更适合在车速 100km/h 以上的高速车辆上。

缺点是悬架结构复杂，车架及悬架结构要做相应的适应性设计，且独悬的结构中用到大量的球铰和胶套，更适合于标载工况，超载后寿命和可靠性会有较大问题。

2.4、半独悬结构：

这种结构是以上第2种路线和第3种路线的组合。

将传动部分电机和减速箱作为簧上质量，悬置在车架上，承载部分桥壳作为簧下质量，主减和轮边之间用可伸缩的传动轴连接起来。

这种机构的优点是簧下质量小，且承载能力介于刚性桥和独悬桥之间。

缺点是结构过于复杂，对商用车来说轮边传动轴的可靠性是主要的故障点，拼焊桥壳的可靠性决定了不能用于重载版车辆。

2.5、轮边电机驱动：

这种结构是两个电机各自有一套减速机构，减速增扭后各自驱动每个轮边。

优点是双电机驱动，动力性更好，且电机之间有很大的空间，适合于城市低地板客车。

缺点是只能用空气悬架，且重量和成本更高，尤其是簧下质量。再者，两个轮边在转弯时无法自动差速，需要借助电子差速控制单元，有一定的技术难度，差速策略的优劣直接会影响轮胎寿命。

2.6、轮毂电机驱动：

这种结构的特点是没有齿轮，没有减速机构，完全靠两个电机独自驱动各自的轮边。

优点是结构简单，零部件种类少。

缺点是傻大笨粗，电极的扭矩要大到足够驱动一个轮边，低速大扭矩带来的后果就是重量重和体积大，且成本高，不适合于商用车。

通过以上6 种技术路线的优劣势对比，不难看出现阶段最经济、最成熟，性能和重量最适合城市物流车工况的技术路线只有平行轴刚性电驱动桥。

3、城市物流车用电驱动桥总成设计

以下列参数为例：整车总质量GVW=4.5 吨，最高车速90km/h，常用车速40-60km/h，爬坡能力30%。

传统方案用的电机功率55kw，扭矩在850Nm，转速4000r/min，电机重量大约105kg，车速桥比 i=6.143，车桥重量大约295kg。

传动轴和电机悬置的和重量大约 50kg。

输出扭矩为 N=850X6.143=5221Nm

动力总成的重量 G=105+295+50=450kg

本文选择平行轴方案进行设计：电机选择功率 55kw，扭矩350Nm，转速 12000r/min，减速机构速比选择 i=16；

输出扭矩为 N=350X16=5600Nm

动力总成的重量及电驱动桥的重量 G=312kg

通过以上对比可以发现动力性和轻量化指标有明显提升：

其中动力性提升为（5600-5221）/5221=7.3%

重量减轻（450-312）/450=30.7%

集成化之后，车桥自成动力总成，对整车的底盘布置更加简单，以前放置电机和传动轴的空间可以空出来布置电池。

没有锥齿轮之后，圆柱齿轮的反向发电能力和正向驱动能力相当。

高速电机的应用、锥齿轮和传动轴的取消，系统的传动效率也会有大幅提升，通过台架模拟会高 5%。