一、電驅橋的概述及定義
1、電驅橋的概述
随着各國對環保及節能減排的要求，國家對能源結構的戰略調整，世界能源消費結構趨向清潔、低碳和多元化，推動了汽車行業電動化趨勢。另外，越來越多國家從國家層面規劃禁售燃油車，鼓勵新能源汽車發展，加速了電驅橋等行業發展。
2、電驅橋的定義
電驅橋屬于驅動橋的一種，隻是動力裝置由原内燃機驅動調整為電機驅動，同時大部分電驅橋将電機內建至車橋上以實作內建化、高效率等功能。
二、電驅橋的分類
1、電驅橋的分類
電驅橋根據結構不同，目前主要有商用車應用為主的整體式電驅橋和乘用車應用為主的內建式電驅動系統，以及輪毂電機分布式驅動系統（如圖）。
整體式電驅橋
內建式電驅動系統
三、整體式電驅橋的設計
電驅橋項目開發過程一般按下圖汽車零部件開發标準流程進行，以下以平行軸整體式電驅橋為例，主要說明電驅橋的詳細設計過程及方法。
1、需求輸入
在一個電驅橋項目開始之前，一般由市場調研或者客戶直接給定需求，輸入研發部門包含整車基本資訊，産品性能、尺寸邊界以及項目節點等内容。例如，下表為一款新能源廂式物流車基本資訊。
2、策劃階段
研發部門收到設計輸入後，将其轉化為可以量化操作的資料，确定産品的基本性能要求并做可行性研究，随後提供初版方案以供開展評審。
項目組針對項目進行時間節點規劃，以保障按時完成。
3、詳細設計
方案評審通過後，将電驅橋總成拆解為三大部件系統：減速器總成、橋殼元件以及制動系統。根據總成性能要求，分解并制定各部件具體性能參數，展開詳細結構設計。
以該新能源整車為例，以下初步講解各個零部件系統的基本設計方法。
圖1 典型平行軸整體式電驅橋結構
3.1、減速器總成
減速器總成作為電驅橋的核心部件，設計階段應重點關注。純電動車因為續航的短闆，以及目前由于電機高速化的趨勢導緻的較高的輸入轉速，相較傳統燃油車變（減）速箱，電動車對減速器提出高效率、高扭矩密度、高可靠性及高NVH性能，且結構簡單等要求。
目前多數減速器産品采用單速設計，其一般采用兩級圓柱斜齒輪減速，主要由兩級齒輪副、軸承、差速器總成、減速器箱體及油封等結構組成。
圖2 減速器總成
3.1.1、齒輪副設計
齒輪副的性能決定了減速器總成性能，其宏、微觀參數對電驅橋的NVH、壽命等性能起關鍵性的作用，設計階段應根據整車要求，仔細斟酌其參數設計。
目前電驅系統用齒輪副的設計基本原則有以下幾點：
細高齒設計：
因重合度對齒輪的齧合噪音有關鍵性影響，目前汽車變速箱用圓柱斜齒輪幾乎都采用細高齒齒形設計。
一般要求其一級齒輪副端面重合度為2或盡量接近，尤其避免其接近x.5（x為任意整數），軸向重合度也盡量靠近整數，總重合度至少為4；二級因轉速較低，端面重合度可适當降低至1.8+，軸向重合度靠近整數。
因細高齒齒形變尖，齒輪設計過程中需注意齒頂寬，避免齒輪熱處理過程中齒尖淬透。
齒輪副齧合主頻及倍頻避頻要求：
齒輪副齒數設計時，需充分考慮電機避頻需求。如8極對電機的主階次及其倍頻主要為8的倍數，齒輪齒數需避開16、24等齒數。
全扭矩範圍下的低齧合誤差：
計算齒輪副齧合誤差需要考慮所有零部件的剛度影響，包含減速器箱體、齒輪軸、軸承的基本屬性、遊隙及配合關系等。一般要求齒輪副第一級PPTE≤0.4，第二級PPTE≤0.7。對于其各階諧波，也需要逐級遞減。
低滑動率要求：
由于電驅系統較高的輸入轉速，考慮齒輪齒面膠合強度，避免出現齒面燒結等故障，一般要求第一級齒輪副設計時齒面滑動率≤3，第二級因較低的轉速可适當放寬要求。
小側隙設計：
齒輪齒厚公差的設計需綜合考慮箱體中心距的加工誤差，在保證何種溫度下都不能出現夾齒的情況下，減小齒輪副側隙，防止傳動系統靜态啟動或力矩方向切換瞬間出現的齒面敲擊現象。
齒輪精度、倒棱等要求：
目前電驅減速器用齒輪副精度等級至少為GB 6級，齒面粗糙度≤Ra0.8，一般采用磨齒或珩齒工藝；滾刀設計時需考慮齒頂倒棱需求，考慮熱處理變形及加工餘量後，成品需控制在0.2-0.4mm。
因齒輪副計算公式繁雜且較多，齒輪副設計一般采用專業軟體計算，按照整車基本資訊輸入參數，標明電機峰值功率Pmax=60kw，峰值扭矩Tmax=240N.m，輸入轉速n=2387轉/min。
采用KISSsoft軟體舉例計算，按照以上齒輪副基本原則選取齒輪副參數，經校核其齒輪強度結果、重合度及齧合誤差分析如圖3、4所示。
圖3 一級齒輪副強度校核
圖4 一級齒輪副齧合誤差
參照經驗對齒形齒向修形後，代入常用工況載荷進行齧合分析，其齒面載荷分布如圖5。
圖5 一級主動齒輪齒面載荷分布
3.1.2、軸承設計
齒輪副參數确定後，可根據齒輪副受力狀态進行軸承的選型，選型完成後，進行受力分解并計算該軸承當量載荷，校核其壽命。根據整車載荷譜确定軸承壽命要求後，其損傷率一般不能超過80%，球軸承滾道接觸應力不應超過4000MPa，滾子軸承不應超過4200MPa。
滿足壽命的情況下需提高減速器總成輸入轉速、降低系統摩擦轉矩，一般優先考慮采用球軸承等低滾阻軸承。
3.1.3、減速器箱體設計
齒輪副及軸承确定後可以進行減速器箱體設計，箱體設計時需考慮對NVH及其動剛度的影響。箱體一階自由模态建議在1500Hz以上，一階限制模态在700Hz以上；各個位置（軸承孔、安裝點等）動剛度必須大于20000N/mm，盡量減少薄壁大平面結構。後續能力許可情況下，針對振動輻射大的頻率區域，進行諧響以及頻響仿真及試驗。
結構方面需考慮整車空間布置要求以及可裝配性，提高裝配效率、精度，同時輕量化也要重點關注。
3.1.4、油封
由于目前電機的高轉速趨勢，導緻對減速器輸入軸油封密封性能要求越來越高，低摩擦且必須耐高溫。目前解決辦法是提高油封唇口材料性能，常采用FPM（氟橡膠），甚至PTFE（聚四氟乙烯）等膠料。與油封配合的軸徑在不影響強、剛度情況下盡量縮小，對配合的軸表面進行無軸向進給精磨或抛光，表面粗糙度至少≤Ra0.4等措施來提高油封壽命。
3.1.5、差速器總成
滿足扭矩及裝配要求的情況下，行星齒輪及半軸齒輪采用較小的止推間隙（0.05-0.15）mm，以減小傳動系統間隙，避免齒面撞擊等現象，提升NVH性能。
3.1.6、潤滑要求
目前大部分電驅系統減速器采用飛濺潤滑方式；主要采用低油量、低粘度潤滑油；幹式油底殼、強制潤滑等設計，以降低攪油功率損失，提高電驅系統效率。
3.2 橋殼元件
橋殼元件主要起承載、轉遞力及力矩，為關重件，對安全系數要求較高。目前多數內建式電驅橋橋殼借用原燃油車車橋結構，應用成熟廣泛。
橋殼及半軸計算校核方法一般參考劉惟信的《汽車車橋設計》。
3.2.1、橋殼設計
橋殼主要起承載及支撐作用，為空心梁結構。設計時需根據不同車型及路況，考慮沖擊系數，計算校核其彎曲強度、剛度及疲勞并按照GB/T533、534進行台架試驗并確定仿真與試驗結果一緻（如圖6、7）。
圖6 橋殼靜彎曲應力的計算簡圖
圖7 橋殼靜載荷CAE分析
目前沖焊橋殼因其很高的材料使用率及輕量化應用廣泛。
3.2.2、半軸設計
分全浮式半軸、半浮式半軸以及3/4式（應用較少），兩種結構傳遞的力及力矩不同：全浮式半軸隻需要校核其扭轉強度及疲勞；半浮式需在其基礎上增加彎矩校核。設計完成後按照GB/T 293、294進行台架試驗。
3.2.3、輪邊結構
分全浮式車橋和半浮式車橋：全浮式車橋需根據載荷譜及工況校核其輪毂軸承壽命，同時按照輪辋等安裝尺寸要求設計車橋輪毂并進行CAE分析；半浮式需校核半軸軸承壽命。
3.3 制動系統
制動系統設計一般根據整車參數或主機廠要求，比對制動器類型并計算其制動力矩，滿足整車制動要求。
四、工程驗證及試驗
詳細設計完成後進行第一輪樣件試制并進行DV試驗，驗證設計方案可行性并根據試制過程及試驗結果進行方案調整優化
五、生産驗證及SOP
根據第一輪試驗結果優化完成後進行第二輪小批量試制并進行PV試驗，驗證生産可行性并完成批量前生産準備。