【摘 要】随着环境保护制度的建立和完善，新能源得到了全面的开发和应用，电动客车作为新能源汽车中的主流，也得到了全面的研究，基于此，本文针对纯电动客车用电机集成车桥总成设计进行研究。首先对电机集成车桥总成进行了简单的的概述，继而对电机集成车桥总成系统展开具体的设计工作，最后从实际案例入手深入分析集成车桥总成系统的应用情况，通过本文的分析，希望能够为相关设计人员提供参考。
【关键词】高速电机；集成设计；轻量化
中图分类号： J905 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）10-0247-002
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.10.118
A brief discussion on the design of electric motor integrated axle assembly for pure electric buses.
WANG Jian-wu HUANG Yun-he
（beiqi foton automobile co.， LTD. Nanhai automobile factory， foshan 528244， guangdong province）
【Abstract】With the establishment and improvement of environmental protection system， new energy has been fully developed and applied. As the mainstream of new energy vehicles， electric passenger cars have also been comprehensively studied.In this paper， the design of motor integrated bridge assembly for pure electric passenger cars is studied.First of all， a simple overview of the motor integrated vehicle and bridge assembly is given， and then the specific design work of the motor integrated vehicle and bridge assembly system is carried out. Finally， the application of the integrated vehicle and bridge assembly system is deeply analyzed from the actual cases.Through the analysis of this paper， we hope to provide reference for the relevant designers.
【Key words】High speed motor； Integrated design； Lightweight
0 引言
近年來，随着城市空气污染情况逐渐加剧，实行车辆电动化势在必行，因此，越来越多的国家致力于开发出新能源汽车完善交通运输，降低环境污染，电动汽车将会成为未来国家交通运输中的重要组成部分。在中国，汽车产业是所有工业产业中耗能最大的产业之一，随着不可再生能源的消耗量逐渐扩大，汽车行业的发展将会受到阻碍，电动汽车作为汽车行业中的新兴行业和技术，必须要加强对其的研究和应用。
1 电机集成车桥总成的概述
在传统公交客车中，客车动力总成包括了发动机、变速箱、缓速器、传动轴、车桥等，这些零部件共同组成了动力总成系统。而纯电动客车和传统的公交客车不同，采用的是电驱动，这也是新能源电动客车能源消耗较低的原因。最初的新能源电动客车中，采用的是最简单的设计方法，也就是将原有的发动机、变速箱和缓速器换成了驱动电机，在这种情况下，客车的动力总成系统就变成了驱动电机、传动轴、车桥[1]。虽然对于客车而言，这种结构方案去掉了传动轴，仅保留了电机和车桥，有效的扩大了布置空间，提高了布置工作的质量和设计效率，但是其中依然存在一定的问题，最为关键的三个问题为：1.没有充分发挥出电驱动的优势；2.系统的集成度较低，不符合电动汽车未来的发展方向；3.系统中制动能源的回收率相对较低。由此可知，虽然这种电动汽车结构的出现实现了汽车快速产业化，降低了能源消耗，但在实际应用过程中，客车的运行依然会受到限制，效率相对较低。因此想要从根本上提高电动客车的安全可靠性，就要设计出全新的动力总成布置方案，在满足运行要求的同时，也有效的避免上面出现的问题。
2 电机集成车桥总成系统的设计
由上述内容可知，传统的纯电客车还存在一定的问题，必须进行全面的改革，本文以客车市场中较为常见的8.5米纯电动公交客车作为设计案例，具体的设计内容如下：
（1）驱动能力设计
驱动能力设计是在传统方案的基础上，对驱动中的参数进行全新设计，以此进一步提升客车的最大驱动力，提高客车的运行速度。在传统的设计方案中选择了低速永磁同步水冷电机作为驱动，并对电机的最大功率、扭矩、最高转速、重量、车桥轴荷、车桥速比等参数进行设计，最后根据上述参数计算得出最大驱动力矩的参数：2070×5.857=12100Nm，设计的参数内容和传统方案的参数内容如下所示：
1）传统方案的参数内容：最大功率（KW）：205、扭矩（Nm）：2070、最高转速（rpm）：4000、重量（kg）：300、车桥轴荷（T）：8、车桥速比：5.857、自重（kg）：550、传动轴重量（kg）：40。
2）新方案的参数内容：最大功率（KW）：205、扭矩（Nm）：500、最高转速（rpm）：12000、重量（kg）：102、车桥轴荷（T）：8、车桥速比：24.8、自重（kg）：580。
由上可知，纯电动客车的最大驱动力矩参数：500×24.8=12400Nm，需要注意的是，在对车桥总成进行设计过程中，还需要考虑到整车布置的要求，通过整车布置情况，具体地确定布置结构。比如，该车桥总成利用双曲线齿轮改变扭矩传动的方向，最终实现变向、减速、增扭的目的，而制动器则采用了气压盘式制动，以此保证制动效能的稳定，提高整车制动环节的可靠性。这种设计方案的整体性较强，加工精度较高，噪音较低，在运行过程中扭矩较大，承载力得到了全面的提高。将这种方案应用到实际的整车之中，能够有效降低整车底盘高度和整车重量，从根本上提高整车操纵的稳定性，为客车运行奠定良好的基础。
（2）制动能量回收设计
研究表示，传统电动客车在制动能量回收方面的能力相对较差，因此在设计集成车桥总成的过程中，还需要对纯电动客车的制动能量回收环节展开设计。在传统的车桥设计中，车桥和整体车形的方向垂直，因此整体的车桥动力传送就需要依靠锥齿轮传动来完成。根据车桥螺旋锥齿轮的设计规则可知，在设计过程中如果能够保证凹凸两面之间的制造精度，就能够有效的提高制动能量回收能力。但是，现阶段制造能力有限，想要保证凹凸两面之间的精度，存在著较大的困难，因此大部分设计企业都选择将参与啮合的凹面作为精度齿面。综合纯电动客车的运行特点，在实际的运行过程中经常会面临整车制动的情况。首先，将整车的惯性动能转化为电能，以此起到节能的作用，由此可知，保证设计时选择合理的齿轮，就能够驱动电机在行驶时驱动车辆前进。比如，某企业在设计过程中齿轮的凹面是参与啮合的齿面，但是齿轮凹面的精度能力较为有限，因此在客车运行时经常会出现齿面划伤和异响，其中最为常见的一种情况就是：如果客车的反向发电回收能力设置在30%或者30%以上，就会出现划伤，严重的时候还会引起齿轮打齿。为了解决上述问题，该企业决定将所有的圆锥齿轮换成圆柱齿轮，圆柱齿轮能够控制正方方面的传递扭矩，让扭矩能力完全相同，从而保证较高的精确度，让制动能力回收达到了100%。
（3）重量对比
在对传统电动客车进行改革设计过程中，重量也会发生变化，正常的设计方案下，传统纯电动客车中电机的重量为300kg，车桥自重为550kg，而传动轴的重量为40kg，其中电机集成车桥的重量达到了682kg，而在新方案中，全面落实了轻量化原则，重量仅为208kg[2]。以车桥设计公司为例，该企业设计的集成车桥中是由横置发动机和角传动车桥共同组成的，这种车桥的设计，有效提高了纯电动客车的整体性能，且完成集成车桥设计后，整车底盘在设计中不需要保留电机空间，客车的后悬部分缩短，这种新方案在保证和传统电动客车车长相同。
（4）新旧方案的指标对比
在上述方案中，新型纯电动可用电机集成车桥和传统电动车桥系统之间存在这一定的区别，虽然原理上没有较大的改变，但是在多个细节上发生了变化。1.车桥系统在新方案中自成动力总成，传递效率得到全面的提高，整车布置也更加的便捷合理。2.在传递扭矩能力不变的情况下，制动能量的回收能力得到全面提升，最高可以达到100%。3.真正的实现了系统轻量化，让8.5m长的客车，总体重量降低到208kg以下[3]。一个电机集成车桥总成中包括了横梁、C型梁、U型架等，其中不同的元件承担着不同的工作，C型梁是其中最为重要的部分，不仅承担着整车的重量，还承担了保证着确保整车的舒适性和安全性的作用，因此在设计过程中要对C型梁进行受力分析，通过相应的信息技术软件，对其进行划分，判断最小尺寸，和最大约束，本文的C型梁选择了ZG310型号，其中屈服极限达到了310MPa，而抗拉极限达到了570MPa，泊松比例为0.3，表现出了极好的性能，在实际应用的过程中充分保证了电动客车的安全性。
3 总结
综上所述，纯电动客车是一种新能源汽车，在这种汽车中动力总成系统的布置尤为重要，能够给纯电动客车带来根本上的提升，此外，这种在电动客车中安装动力总成系统，还为更多形式的客车提供了设计的可能，比如超短后悬客车。而且通过动力总成系统，在轻量化的基础上，提高传动效率，提升制动能量，保证客车性能，最终提高客车的Ekg指标，延长客车的续航里程，为新能源汽车的后续发展奠定良好的基础。
【参考文献】
[1]王锋刚，黄浩锋，冯黎波，等.纯电动客车用电机集成车桥总成设计[J].信息记录材料，2017，18（9）：62-63.
[2]黄家铭.中型纯电动客车动力总成悬置系统的优化设计[D]. 江苏大学，2016.
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