一种商用车纵置外挂式电驱动系统设计实例

一种商用车纵置外挂式电驱动系统设计实例

韩小伟, 安宗权通讯作者

芜湖职业技术学院  安徽芜湖  241000   芜湖职业技术学院  安徽芜湖  241000

摘 要：本设计是一种商用车外挂式纯电动车辆驱动技术驱动装置，商用车外挂式电驱动装置包括沿纵向方向顺次连接的电动机构、变速器、传动机构和主减及差速器总成。本设计方案实现了驱动力相对一般代步小型汽车较大，能更为适应商轻型卡车传动系统设计的大尺寸，更好地对商用车提供动力的效果。

关键词：商用车；外挂式电驱动装置；车辆驱动技术。

中图分类号： 文献标识码： 文章编号：

Design of commercial vehicle longitudinal external mounted electric drive system

  Han xiaowei，An zongquan

（1.Wuhu Institute of Technology，Anhuiprovince  Wuhu city 241000，Han xiaowei）

（2.Wuhu Institute of Technology，Anhuiprovince  Wuhu city 241000，An zongquan）

Abstract：This design is a commercial vehicle external hanging type electric drive device, commercial vehicle external hanging type electric drive device includes the longitudinal direction in order to connect the electric mechanism, transmission, transmission mechanism and the main subtraction and differential assembly. The design scheme to achieve the driving force is relatively general mobility of small cars larger, can be more suitable for the large size of commercial vehicles, better to provide power for commercial vehicles.

Key words: Commercial vehicle; External mounted electric drive device; Vehicle driving technology

1.引言

随着车辆技术的不断发展，车辆在我国迅速普及，政府出于对环境保护出台了越来越严格的排放法规。

为适应当前排放法规的要求，当前车辆动力总成的发展趋势大致沿着三个方向发展：其一，在传统燃油车辆的基础上，采用灵活燃料以降低排放和不可再生能源的消耗，如：压缩天然气（CNG）、液化天然气（LNG）、乙醇燃料等等；其二，为传统燃油车配备电驱动系统，实现混合动力驱动，进一步低排放；其三，摒弃传统燃油车的基础架构，完全采用电驱动系统的纯电动化。

目前乘用车的电动化进程相对较快，已经出现了多种驱动系统架构，其中最为常用的是横置平行轴的结构布置形式[1]，如图1所示：

图1：乘用车横置平行式电驱动架构

随着电驱动装置的普及，其弊端也逐渐凸显，其往往为横向布置，而众所周知，商用货车由于其用途及使用环境等的影响，使得其行驶工况及整体重量与常规的代步小车相比有着较大的差异，而这就对其使用性能提出了更高的要求。常规的横向布置的电驱动装置已不能满足其使用的需求。

2、对于商用货车由于其使用目的差异，其行驶工况与乘用车有着很大差别，主要表现在以下几个方面：

1）、整车的质量远比乘用车（轿车）大；

2）、行驶的路况远比乘用车（轿车）恶劣；

现有的商用货车电驱动架构主要电驱动车桥的形式存在，如图2纵置集成式车桥和图3横置平行式车桥。

   图2：纵置集成式驱动桥图3：横置平行式驱动桥

由于需要的驱动力相对乘用车较大，商用货车要求电机的尺寸相对较大，然而由于车宽尺寸的限制，这种横置平行式布置架构（图3）很难适应要求。此外，这种布置采用的螺旋圆柱齿轮其承载能力也无法满足商用货车的要求，见图4。

图4：螺旋圆柱齿轮与螺旋锥齿轮

而纵置集成式驱动桥（图4）将驱动电机、变速箱与车桥远距离连接在一起，大大地增加了车辆的簧下质量，对舒适性和悬架的耐久造成了非常不利的影响。

因此，急需要提供一种结构紧凑、成本低廉、能耗低和高效的电机驱动执行机构来解决这一技术难题。

2.商用车纵置外挂式电驱动系统结构分析

针对上述现有技术，为克服现有技术中常规的电驱动装置不能满足商用货车使用的需求，从而提供一种驱动力相更为适应商用车的大尺寸，更好地对商用车提供动力的商用车外挂式电驱动装置。

本设计方案中的商用车外挂式电驱动装置如图5所示。

图5：外挂式电驱动系统附图标记说明

1-电动机构     2-变速器  3-万向传动设备      4-驱动桥  5-主减及差速器总成    

  6-第一半轴机构 7-第二半轴机构    8 -后车轮   9-车体        10-万向节 

               11-第一分段式轴杆   12-第二分段式轴杆。

该架构采用纵置布局，其组成包括沿纵向方向顺次连接的电动机构1、变速器2、传动机构和主减及差速器总成5；电机转子与变速箱输入轴硬连接，变速箱输出轴与主减主动齿轮为整体式，并将差速器集成到变速箱内，差速器输出端采用万向节，通过驱动半轴为车辆提供动力，实现车辆的行驶。整个电驱动总成相对于驱动轮浮动，故可以固定在底盘车架上，作为簧上质量工作其中，主减及差速器总成5的侧面沿横向方向分别设置有第一半轴机构6和第二半轴机构7，且第一半轴机构6和第二半轴机构7各自与其中一个后车轮8相连；传动机构和主减及差速器总成5之间连接有锥形齿轮组。将电动机构1、变速器2和主减及差速器总成5呈纵向布置，对电动机构1轴向尺寸的限制，为电动机构1的选型创造空间，将传动机构和主减及差速器总成5之间通过锥形齿轮组连接，消除常规螺旋圆柱齿轮承载能力不足的限制，可以借用 车辆原有差速器的设计，降低开发和生产成本，进一步地，将商用车外挂式电驱动装置置于车体9的底盘车架上，避免增加簧下质量，改善舒适性、降低悬架系统工作负荷，提升寿命。同时，将变速器2和主减及差速器5总成通过传动机构远距离连接，实现了远距离的布置。这里的传动机构可以根据实际进行设置，商用车包括车体9和设置于所述车体 9底盘车架上的商用车外挂式电驱动装置，整个商用车外挂式电驱动装置可以相对于汽车驱动轮浮动，故其可以固定在车体9底盘车架上，作为簧上质量工作，没有增加原有车辆的簧上质量，降低悬架系统工作负荷，提升了寿命。

本设计还提供了一种设置于车体底盘车架上的商用车外挂式电驱动装置，其中，技术方案用实用新型将电动机构、变速器和主减及差速器总成呈纵向布置，消除车宽尺寸对电动机构轴向尺寸的限制，为电动机构的选型创造空间，将传动机构和主减及差速器总成之间通过锥形齿轮组连接，消除常规螺旋圆柱齿轮承载能力不足的限 制，可以借用车辆原有差速器的设计，降低开发和生产成本，进一步将商用车外挂式电驱动装置置于车体的底盘车架上，避免增加簧下质量，改善舒适性、降低悬架系统工作负荷，提升寿命。同时，将变速器和主减及差速器总成通过传动机构远距离连接，实现了远距离的布置。

3.优化方案及验证

本设计提供一种整体结构紧凑、成本低廉、能耗低和高效的电机驱动执行机构的两挡变速箱电动换挡机构产品设计方案，既能够提升车辆舒适性和通过性，又降低成本和能耗，可以做到“低能耗、高效能”，还大大节省变速器的空间。

本设计着重改善解决了以下问题:

1）.采用纵置布局，消除车宽尺寸对电机轴向尺寸的限制，为驱动电机的选型创造空间。

2).采用螺旋锥齿轮主减，消除螺旋圆柱齿轮承载能力不足的限制，可以借用车辆原有差速器设计，降低开发和生产成本。

3).置电驱动总成于底盘车架上，避免增加簧下质量，改善舒适性、降低悬架系统工作负荷提升寿命。

4).变速器和驱动桥之间采用万向节和传动轴远距离连接起来，实现了远距离的布置。

本方案的优点有：

1).在不改变现有车辆底盘结构的情况下，实现车辆电驱动化，确保现有产品生产线变，能实现与传统车辆共线生产，具有成本低的优势。

2).且电机和变速器都在汽车悬架的簧上，没有增加原有车辆的簧上质量，降低悬架系统工作负荷提升寿命。

3).将变速箱和驱动桥空间上分离，通过万向节和传动轴将两者连接起来，便于远距离布置。

4.总结：

本设计涉及汽车驱动装置领域，涉及商用车外挂式电驱动装置和商用车。具体方案是采用纵置布局，电机转子与变速箱输入轴硬连接，变速箱输出轴与主减主动齿轮为整体式，并将差速器集成到变速箱内，差速器输出端采用万向节，通过驱动半轴为车辆提供动力，实现车辆的行驶。整个电驱动总成相对于驱动轮浮动，故可以固定在底盘车架上。

本方案主要解决了以下问题：1）商用车驱动桥布置空间不足问题；2）商用车舒适性不足问题；3）驱动桥齿轮承载能力不足的问题；4）开发和生产成本；5）严格环保法规。

为用在商用车纵置外挂式驱动系统，提升商用货车舒适性，耐久性；商用货车更加环保，满足严格法规要求。

参考文献：

[1]黄剑飞，王建华，靳迪，等．电驱动桥研究综述［J］.机械传动， 2020，44( 11) : 171-176．

[2]中国汽车工程学会．纯电动乘用车一体化电驱动总成测评规范: T/CSAE 143—2020［S］．北京: 中国标准出版社，2020．

[3]曹冬冬，胡建，徐枭．电动汽车电驱动系统标准体系[1] 廖自力，蔡立春，张新喜 . 轮毂电机驱动 电动车稳定性横摆力矩控制研究 [J]. 计算 机仿真，2020，37（08）：73-76+86.

[4] 牛韡杰 . 纯电动车驱动系统匹配 [D]. 吉林 大学，2019. [5] 贾荣丛 . 纯电动车驱动与制动的能量回收 控制 [J]. 电子世界，2017（23）：189-19

[5] 邹新宇，褚晓明. 电动汽车研究进展 [J] .中 小 企 业 管 理 与 科 技 ， 2010,22：234-244.

[6] 麻友良，严运兵. 电动汽车概论 [M] . 北京： 机械工业出版社，2013： 49-50.

    作者简介:韩小伟（1980—),男，汉，安徽阜阳人，本科，芜湖职业技术学院，副教授，主要从事汽车动力总成与传动系统研究

通讯作者：安宗权，（1976—）男，汉，安徽宣城人，研究生，芜湖职业技术学院，教授，主要从事电动车电力传动及通讯技术研究

基金项目：

安徽省高校省级质量工程“高校优秀青年人才支持计划项目”(gxyqZD2019117)阶段性

成果。

安徽省高校省级质量工程“线上线下混合式和社会实践课程《传动系的诊断与维修》”，

(2020xsxxkc477)阶段性成果
芜湖职业技术学院（韩小伟)“教学示范课《整车性能检测》”，阶段性成果