陈晓峰
蜂巢传动系统有限公司副总工程师
1
电动化背景
2
蜂巢传动电驱动产品线3
电驱动关键技术分析4
总结
1
电动化背景
2
蜂巢传动电驱动产品线3
电驱动关键技术分析4
总结
经济发展人口增长汽车需求增长
石油能源消费急剧增长
大环境下当前汽车工业面临的挑战——能源压力
我国原油进口依赖度超70%
10000
20000
30000400005000060000
700002012201320142015201620172018
原油生产量原油进口量
环境污染
能源结构
调整新能源汽车国家战略国家节能减排力度增大
大环境下当前汽车工业面临的挑战——法规压力
国六标准四阶段燃料消耗限值
双积分新能源补贴退坡
大扭矩/功率动力总成需求消费升级高端、动力性
二胎、老龄化
七座车型需求SUV
市场
火热
电动化/混动化
大环境下当前汽车工业面临的挑战——市场压力
目录
1
电动化背景
2
蜂巢传动电驱动产品线3
电驱动关键技术分析4
总结
2.蜂巢传动电驱动产品线
2017
2018
2020
150kW co-axial E-drive system
ICE
HEV/PHEV
EV
2021
2023
35kW 3in1 e-Drive
xAT
xHAT
150kW Integrate E-drive axle
7DCT 4WD
7DCT
7DCT Evolution
xDCT
130kW 3in1 e-Drive System
EV reducer
DHT
xHDCT
1
电动化背景
2
蜂巢传动电驱动产品线3
电驱动关键技术分析4
总结
动力驱动单元差异性对比
050100150200
D r i v i n g t o r q u e :N m
Vehicle speed (km/h)
05
10
1520
M O T O R s p e e d
I C E s p e e d
Speed range comparison
ICE
motor
✓电机驱动低速高扭、扭矩波动小，因此悬置布置时不用追求高的解耦率，重点考虑限位、抗扭作用；
✓从外特性上对比来看，电机驱动相比内燃机驱动，扭矩响应速度快、峰值扭矩作用区间宽，在特殊路况下容易出现动态冲击事件，产品的耐久、强度需要特殊考虑；
✓传统车工作转速区间比较集中，而新能源车相对较宽，需要在很宽的转速范围内考虑共振等NVH 问题。
Full load characteristic
✓平行轴电驱动桥几何形状的不对称性使扭矩轴与电机轴夹角明显变大（β↑），扭矩轴悬置布置形式已不再适用电驱动桥
总成；
✓电机低速高扭、响应快等特点要求悬置限位和抗扭能力强的同时壳体要有足够的支撑强度；
✓质心布置形式，可以很好地平衡悬置支反力，使支撑壳体均匀地抵抗冲击载荷，提高结构的抗疲劳能力。
强度、耐久性考虑——悬置布置形式
COG
COG
质心布置形式
β
Ideal T orque R oll A xial
Crank shaft
COG
扭矩轴支撑
COG
Minimizing the gap
Motor shaft
Ideal T orque R oll A xial
β
COG
Minimizing the gap
COG
Rear e-Axle
调查其它车企，无论前桥还是后桥驱动，悬置布置也多采用质心布置形式。
强度、耐久性考虑——悬置布置形式
Front e-Axle
x
y
y
y
x
x
x
x
Case-1
Case-2y
y
y
Case-3z
z
z
z
z
z
Case-4x
y
x
Case-5Case-6
方案设计阶段进行多方案设计通过CAE
分析快速确定最佳位置
4 MTG 3 MTG
Front 2 and Rear 1 Front 1 and Rear 2
强度、耐久性考虑——悬置布置形式
-900.00
-400.00
100.00
600.00
1100.00
f r o n t l e f t
f r o n t r i
g
h t
r e a r l e f t
r e a r r i g h t
f r o n t l e f t
f r o n t r i
g
h t
r e a r l e f t
r e a r r i g h t
f r o n t
r e a r l e f t
r e a r r i g h t
f r o n t
r e a r l e f t
r e a r r i g h t
f r o n t
r e a r l e f t
r e a r r i g h t
f r o n t
r e a r l e f t
r e a r r i g h t
f r o n t
r e a r l e f t
r e a r r i g h t
f r o n t l e f t
f r o n t r i
g
h t
r e a r
f r o n t l e f t
f r o n t r i
g
h t
r e a r
f r o n t l e f t
f r o n t r i
g
h t
r e a r
f r o n t l e f t
f r o n t r i
g
h t
r e a r
f r o n t l e f t
f r o n t r i
g
h t
r e a r
1
2
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
4 MTG POSITION
3 MTG POSITION FRONT
3 MTG POSITION REAR
FZ （N ）
对悬置区域支反力对比分析，确定最佳支反力位置
强度、耐久性考虑——悬置布置形式
诊断：由于电机扭矩响应快，在过颠簸路时产生瞬时冲击载荷，导致支架与壳体连接位置断裂。
通过对壳体悬置位置局部强化以及标定策略的优化解决了此问题。强度、耐久性考虑——悬置布置形式
电驱动载荷特点给产品强度、耐久性带来更大的挑战
✓相比于传统车辆，电动车辆挡位少，载荷更集中，另外，城市通勤等特殊领域的广泛应用，导致1挡载荷更加集中；
✓频繁的能量回收，使新能源车反拖扭矩明显大于传统车，交变载荷工况更加恶劣，更容易带来耐久性问题；✓同一挡位上载荷跨度大，给平衡不同载荷下NVH 性能带来困难；
✓同一挡位上工作转速区间跨度大，尤其高速运行时对轴承的寿命带来更大的挑战。
1st
2nd
3rd
4th
5th
6th
7th
8th
EV1st EV2st
D u t y c y c l e
Duty cycle comparison
1st
2nd 3rd 4th 5th 6th 7th 8th EV1st EV2st
Driving torque comparison
反拖
驱动
T o r q u e
: N m
Coast
Drive 0
通过基于强度、重量、模态频率的多目标拓扑优化及多体动力学分析提高关键部件的强度及耐久性。
壳体拓扑优化
齿轮冲击强度分析驻车系统冲击载荷分析电驱动NVH性能系统集成
•激励源：
减速器：齿轮宏观参数计算（齿数、重合度等）；微观修形（接触区、传递误差）电机：标定策略、花键匹配
•传递路径共振：
减速器轴系共振、悬置支架、半轴等
•壳体辐射噪音：
主要辐射区域、频率（确定包裹方案）
电驱动NVH 性能系统集成
•
激励源：
减速器：齿轮宏观参数计算（齿数、重合度等）；微观修形（接触区、传递误差）；加工误差✓宏观上齿轮啮合阶次尽量利用声音的掩蔽效应，将阶次设计在靠近背景噪音大的区域。✓
齿轮啮合阶次与电机极、槽阶次设计避免重合后放大阶次能量。
2000
400060008000
100001200014000
2000
4000
6000
8000
10000
m o t o r s p e e d ：r p m
frequency ：Hz
1stage gearmeshing order
diff gearmeshing order motor 8motor 48
02000
4000
600080001000012000
140000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
i n p u t s p e e d : r p m
frequency:Hz
case_1case_2case_3case_4case_5case_6case_8case_9
HYCET_1HYCET_2
1stage gear meshing
•激励源：
减速器：齿轮宏观参数计算（齿数、重合度等）；微观修形（接触区、传递误差）;加工误差
✓对标大量产品新能源车重合度至少要大于，理想情况大于。
✓齿轮修形设计阶段和试验阶段均考虑全扭矩范围，通过分析修形参数与传递误差相关性确定最终修形方案。
10000.00
0.00
Hz
Frequency
5000.00
1000.00
r p m
T M _A c t R o t S p d (T 1)70
-3
d B (A )
69.00
AutoPower DRRE (A) WF 351 [1503.4-5007.4 rpm]
由于加工误差导致鬼阶问题出现，通过对砂轮转速、工件定位方式进行优化解决了鬼阶问题。
对齿廓波纹数据进行FFT 分析，问题样件上存在69阶鬼阶现象。
•
激励源：
减速器：齿轮宏观参数计算（齿数、重合度等）；微观修形（接触区、传递误差）；加工误差10000.00
0.00
Hz Frequency
5000.001000.00
r p m
T M _A c t R o t S p d (T 1)70
-3
69.00AutoPower Dre (A) WF 351 [1503.4-4990.9 rpm]
NOK
OK
电驱动NVH 性能系统集成
MCU 通过主动减振策略，结合波动时电机和台架电机的转速差异，发给电机反相位的降扭矩指令，从而抑制电机转速波动的产生。同时也要考虑台架控制器和驱动电机控制器Pi 参数的协调，否则会放大这种现象。
99.90
99.15
s
(Time)
U n k n o w n
r p m
g
Y154:CAN1::Testrig_Torque::T_MOTOR Y126:CAN1::Testrig_Torque::T_MOTOR Y251:CAN1::TESTRIG_SPEED::N_MOTOR Y223:CAN1::TESTRIG_SPEED::N_MOTOR Y38:RF:+Z Y38:RF:+Z
Input torque
Input speed
Vibration
•
激励源：
电机：标定策略、花键匹配电驱动NVH 性能系统集成
•
激励源：
电机：标定策略、花键匹配
对花键侧隙、同轴度做DOE 验证，分析影响趋势及配合公差。
backlash
Rotor I/P
Motor
cover
Integral housing
Gearbox
housing
花键精度、定心、侧隙、同轴度
电驱动NVH 性能系统集成
对于整车传动系共振问题，要对支架和总成的典型模态频率和FRF 幅值进行控制。
•
传递路径共振：
总成弯曲模态、悬置支架、模态Map 图、减速器轴系共振等Bending Mode
Bracket local modal
frequency/Hz
frequency/Hz frequency:Hz
Assembly unit
Gearbox
Assembly on vehicle
I n e r t a n c e _d B (g /N )
I n e r t a n c e _d B (g /N )
I n e r t a n c e _d B (g /N )
电驱动NVH 性能系统集成
eAD
assembly
Motor assembly
Gearbox
assembly
Input shaft
gear
Middle shaft
Diff
1000
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
5000
5500
6000
8000
500
7000
6500
950012000
5 %
Want
100004500
3625
1500
1305
2stage gear meshing
Pole gear meshing order
1st stage gear meshing order
excitation frequency
Slot order excitation frequency
单体尽量考虑在常用转速范围内避开齿轮、电机激励，同时两阶模态间要有足够的距离避免耦合共振产生。
•
传递路径共振：
总成弯曲模态悬置支架、模态Map 图、减速器轴系共振等电驱动NVH 性能系统集成
电机工作转速范围宽，无挡位时轴径和轴长比大于0.2，轴的弯曲模态可以避开齿轮激励，有挡时利用胎噪和风噪的
掩蔽作用选择相对合适的车速内避频。
•传递路径共振：
总成弯曲模态悬置支架、模态Map 图、减速器轴系共振等
0.0000.1000.2000.300
0.4000.500
1s t b e n d i n g m o d a l ：H z
Correlation and prediction
1st bending modal depend on shaft size input shaft
counter shaft
Ratio of D/L
电驱动NVH 性能系统集成
通过辐射噪声分析确定主要辐射区域、频率，开发声包裹方案及包裹材料选择；优化壳体局部结构。
Motor
Gearbox
Motor
Gearbox
•
壳体辐射噪音：
主要辐射区域、频率（确定包裹方案）
Case_1Case_2
电驱动NVH 性能系统集成
1
电动化背景
2
蜂巢传动电驱动产品线3
电驱动关键技术分析4
总结4.总结
✓面对环境、能源、法规的客观要求，发展新能源动力汽车势在必行，然而、市场地域性差异明显，新能源技术路线既要满足客观要求又要做到因地制宜；
✓与传统内燃机车相比，新能源车由于动力响应速度快动态冲击事件突出、大扭矩工作区间宽、交变载荷频繁等特点，在产品开发阶段要识别特殊工况进行分析，保证产品可靠性；
✓车内背景噪音的降低使得动力传动单元的噪声更加突显，同时电驱动产品的集成化设计对系统的匹配性要求更高，一方面要进一步降低激励水平优化空气、结构传递路径，另一方面更要关注标定策略以及机械耦合部分的配合精度对NVH系统的影响。
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