解读丨AVL电驱桥的解决方案

许多原始设备制造商目前正在开发电动重型车辆，以最大限度地提高续航里程和耐用性，同时最大限度地降低总拥有成本、系统重量和车辆包装——电动车桥（e-axles）提供了一种解决方案来实现这些目标。

将电动车桥应用到卡车和公共汽车中，首先要找到最佳架构。完全集成的电驱动桥，将所有电驱动 (e-drive) 组件打包到车桥中，可以优化系统重量和效率。然而，由于基于车辆总重量、 应用和 客户组合要求的模块化的特定要求，将组件集成到车桥中可能具有挑战性。

AVL Powertrain Engineering 已开发出解决方案；的AVL电驱桥系统所有的电子驱动器组件集成到所述轴身，包括：

1、逆变器的中心壳体;

2、电机；

3、传动系统；

4、冷却系统；

5、行车制动；

这种高度集成减少了车辆接口的数量，并提供了传统传动系统的模块化。

带有子系统和车辆接口的 电驱桥系统为 OEM 提供了传统传动系统的模块化

以下是来自 AVL 研究和开发项目的一个用例，该项目检查了为 16 吨货车设计电动车桥的不同组件规格。

电桥系统规格

确定电桥系统规格需要定义除给定车辆参数之外的新参数，例如 轮胎尺寸、 滚动阻力和 车辆总重。这些参数可用于计算所需的电机功率和变速箱所需的齿轮数。满足 16 吨货车的这些参数需要 148kW 的连续电机功率。

在定义主要的电子驱动系统规格时，唯一需要的参数是电机功率和变速器中的齿轮数。这允许自由选择电机速度范围并相应地调整传动比。这些参数可以通过多种方式影响电动车桥规格，包括通过降低爬坡能力要求来降低电动车功率，或使用单速变速器增加电动车功率以最大程度地减少扭矩中断。

最佳配置在很大程度上取决于边界条件，并表明根据特定应用的实际需要设置要求的重要性。AVL 电动车桥是一种平衡性良好的解决方案，可通过相对低功率的电动机器提高车辆性能。

两种电桥规格对比和AVL选择的最终解决方案。

传输配置

为 16 吨运货卡车选择最佳传动配置需要评估不同的拓扑结构，包括副轴布置、行星驱动和 两者的组合。AVL 发现首选拓扑结构是副轴布置，每个齿轮使用三 个齿轮啮合，从而实现轻巧紧凑的高效可变布置。

电桥的传输旨在达到最高效率。仅通过三 个斜齿轮啮合即可达到所需的传动比。通过这种设置，可以避免典型传统传动系统的锥齿轮组。

电动机（e-motor）和变速器之间的接口设计为没有轴向或径向载荷在电动机和变速器之间传递，从而产生更好的噪声、振动和粗糙度 (NVH) 表现。

三个齿轮在每个齿轮处啮合的副轴布置的传动拓扑图。

电机技术

电子机器技术的选择受两个参数驱动：包装要求，以及产品成本。封装需要具有高功率密度的技术。目标成本限制需要最经济的解决方案来结合电机和电力电子设备。

永磁同步 (PMSM) 电机因其出色的功率密度、成本优势、稳健性和安全考虑而被证明是主流技术。其他电子机器技术通常更多地用于利基应用。

对于这种特定的卡车电桥应用，AVL 选择了 PMSM 技术，因为它具有苛刻的包装要求，以及在较低速度水平（例如城市驾驶循环）下的高效率。

不同电机技术的优势和劣势概述。

逆变器

与电机类似，逆变器的两个主要设计标准是 封装和 单位成本。逆变器的单位成本主要由处理电流驱动，这也会影响开关、电容器和母线的成本。

可以通过增加电压电平或增加相数来降低每个开关的电流。降低每个开关的电流最明显的选择是提高系统电压；在任何给定的电流下，当电压加倍时，功率也会加倍。当无法提高电压等级时，另一种选择是将电驱动系统的相数从 3 相增加到 6 相（甚至 9 相）；这种方法允许相电流减少一半或三分之一。

在考虑了这些权衡之后，AVL 决定为逆变器采用三相解决方案。在 800V 级别，所需的连续电源可以由标准绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 支持，从而形成具有成本效益的解决方案。AVL 在 800V 逆变器技术方面的悠久历史及其模块化子组件设计使该公司能够为该电桥开发可靠且具有成本效益的电力电子设备。

对于这辆 16 吨的运货卡车，选择了 800Hz 的最大输出频率以减少开关损耗，将三对极点的最大速度限制在 16,000rpm。

电桥冷却系统

选择冷却系统的主要挑战是组件首选的不同温度水平。对于 AVL 电动机系统，油用作冷却剂。该系统分为两个回路——一个回路用于变速箱润滑，而第二个回路用于冷却逆变器和电动机。通过分离变速箱润滑回路，电驱动冷却回路的温度水平可以保持在适当的低限。

首选电驱桥冷却系统的示意图，显示每个部件通过单独的变速箱润滑回路保持在合适的温度。

电桥空间要求

由于电动车桥比传统车桥需要更多的安装空间，因此一些车辆需要改装以在车轴周围创造空间。这些修改包括重新定位悬架系统， 使用直接位于电子轴上的矩形制动执行器，以及缩短变速箱以允许集成更长、更小直径的电子机器。

轴身设计为将电力电子模块直接安装在其上，避免了单独的外壳。机电换档执行器、润滑泵和变速器输出速度传感器也位于集成的逆变器外壳内——允许所有电气组件，包括完整的接线，免受环境影响。

AVL 电桥的附加值

AVL 的电动车桥可打包用于传统重型车辆，无需对主要组件进行修改，并通过具有成本效益的组件实现功率要求。高度集成的电桥包含完整的电驱动，确保低系统成本和重量，并最大限度地提高效率。使用这种配置，由于车辆接口有限，整个系统的复杂性降低了。原始设备制造商会发现，现有电桥概念的高性能和减少的包装确保了灵活性、系统可靠性和低生产成本。