电机车

蔚来ES8电驱系统拆解分析报告

发布时间:2022/11/3 14:19:36   

1、整车概述

蔚来作为中国新势力造车企业的领头羊,自出生之日起就自带话题,时至今日仍然是中国汽车行业的话题焦点,ES8作为蔚来旗下真正进入大众视野的一款量产车,其产品势力还是有可看之处,毕竟是中国第一款累计销售过万的纯电豪华SUV,售价和用料配的上豪华。

和前面的奥迪e-tron、捷豹I-PACE一样,本文只对其电驱系统进行拆解分析,文章的分析主体结构仍然是从整车到系统再到零部件。

作者本人虽然也从事这一行,但是就个人来说,从产品的技术角度和产业布局出发还是最看好蔚来,也最敬佩蔚来,希望蔚来能够成为中国新势力汽车行业的名片。

毕竟在电驱行业,蔚来是国内第一个自主研发、生产车用大功率异步电机和电控的厂家,敢于第一个出发,值得敬佩。

蔚来ES8是一款纯电四驱的大型SUV,本文拆解分析的是第一代ES8,前后均为异步感应电机,最新的ES8已经切换为永磁加异步的组合了。

ES8前后电驱零部件共用,仅壳体外形做更改,以适应前后副车架的结构布置和悬置位置。

ES8整备质量达到2.4吨,但是百公里加速时间只有4.4s,最高车速达到km/h,足以说明其电驱系统的强劲。

ES8可以用来宣传的技术买点除了自研自产的大功率电机电控外,还有两副全铝副车架和主动空气悬挂。

特点:

ES8前后电驱均布置在副车架上,前后副车架均为全铝框架式结构,电驱外包裹声学包。

前电驱总成通过四个悬置点固定,悬置采用了质心布置方式,抗扭限位能力强,毕竟电驱功率高达kW,动力冲击强。左前和右前主动悬置支架带橡胶衬套,左后和右后悬置支架1与车身横梁上的对应带橡胶衬套的支架连接。

前电驱的左前和右前悬置主动支架为了跨过电子转向机,结构布置呈长悬臂状态,为了提高悬置支架的约束模态,结构上设计的较为粗壮,有多条加强筋,导致重量较大,同时向前占据了较大的X向空间,得益于ES8是大型SUV,空间充足,可以满足如此布置要求。

空调压缩机通过铝质支架固定在前副车架的前方,空调压缩机支架与副车架之间有橡胶衬套,降低空调压缩机向车内传递的结构噪声和振动,尤其是车辆禁止时的空调压缩机的噪声传递。

前后电驱的外围包裹有大面积声学包,声学包分区块拼接成整体,区块直接通过魔术贴粘结,魔术贴与声学包之间通过类似于“订书钉”的钉针钉在一起,但是钉针表面经过了特殊防腐处理,提升防腐能力。

特点:

前电驱左后和右后悬置支架通过螺栓分别连接在车身纵梁上的悬置支架,纵梁上的悬置支架与纵梁支架之间有橡胶衬套,ES8前电驱两个后悬置支架相当于每个又分成两部分,降低了系统刚度,空间上看,左后悬置支架应该可以直接从电机外壳长出来,右后悬置支架在差速器端,离横梁距离较远,只能分俩悬置支架连到纵梁。

前副车架采用全铝框架式结构,整体尺寸较大,一次性浇铸成型存在工艺难度高、零件合格率低的问题,因此分为左中右三部分,其中左右两部分别浇铸成型,空心式框架,中间部分为方型材,最后将三部分焊接在一起。

前副车架与车身通过6点螺栓连接,其中中间两点连接处有橡胶衬套,因此,ES8前电驱系统算是一级半隔振设计,整车路径上会抑制一部分结构噪声传递到车内。

从结构上可以看出,ES8十分注重整车性能和乘客感受,用料上配得上豪华车。

前机舱由于有电子转向机、空调压缩机、水泵、多条水管等总成,使得前电驱的布置空间较后驱小,因此减速器的布置角度也较大。

虽然前后电驱的零部件共用,但是减速器的布置角度有区别,前驱减速器布置角度较大,差速器差降(Diffdrop)较大,输入轴系的轴承润滑较困难,供应商(GJT)专门设计的润滑导油槽;后驱减速器布置角度较小,接近零度。

同时前后减速器的通气结构也不同,但壳体上的通气孔位置相同,后驱直接采用直通式通气塞,前驱采用了通气管,加长冷却回路。

特点:

ES8后电驱通过三个悬置点固定,悬置同样采用了质心布置方式,抗扭限位能力强。前悬置主动支架和左后、右后悬置主动支架上均带有橡胶衬套。

三个悬置支架连接到后副车架上,后副车架再通过四个橡胶衬套连接到车身上。

后电驱的三个悬置支架体积上要比前驱的两个前悬置支架小很多,结构上看,其约束模态较高,猜测应该大于HZ了。

后副车架同样采用全铝框架式结构,与前副车架一样,受工艺难度影响,也分为左中右三部分,其中左右两部分别浇铸成型,空心式框架,中间部分为方型材,最后将三部分焊接在一起,与前副车架不同的是后副车架焊接有三根横梁,提升整体刚度。

前后副车架与车身的橡胶衬套连接处下方均带有限位板,实现前后桥对车身的Z向限位,防止车辆过颠簸路后的多余抖动。

ES8带有主动空气悬挂系统,可调行程达50mm,可满足不同路况的底盘调教需求,空气悬挂的高压气罐挂在后桥后方。

后电驱的三个悬置支架均通过三个螺栓点与电驱连接。

2、电驱系统概述

ES8电驱采用减速器夹在中间的左中右的布置,整体Z向尺寸小,Y向尺寸加长,重心靠近总成的Y向中心点。前驱一级半隔振,采用四悬置点限位,后驱二级隔振,采用三悬置点限位。悬置点均在电机和减速器壳体上,其中减速器均有俩悬置点。

特点:

ES8前后电驱系统零部件共用,只是在电驱与整车机械接口上、通气结构、放油塞位置稍作改动,以适应不同副车架和车身结构的布置。

ES8电驱属于3in1集成式设计,减速器夹在中间的左中右布置形式,与Model3的集成布置形式相似,电机同样为铜转子感应异步电机,只是电机的冷却方式、三相线穿越减速器的结构形式和IPU控制器的功率模块不同,此外,Model3的电机前端盖与减速器前壳体属于共壳体集成设计,而ES8减速器与电机之间只是简单的机械连接,由此可以看出相比Model3,ES8的电驱技术水平还是要差一点,当然了就电驱整体技术而言,Model3确实是难有对手。

控制器的出水管与电机的进水管之间通过软管连接,接头处使用卡箍。

高压直流母线通过螺栓、压板固定在IPU上,另一端带快插接头。

3、电机电控系统

ES8电机和减速器之间连接端,采用大外圆止口定位,O型圈径向密封,电机轴与减速器轴采用花键连接,电机轴为外花键,端部加有O型圈,密封润滑脂。

特点:

ES8异步电机有蔚然设计,定子、转子、总成装配全工序生产,冲片外采,双三相铜排,两两一组出线。

异步电机采用铜转子,导电性比奥迪e-tron采用的铝转子高约40%,损耗低、发热低,提升额定功率、额定扭矩10%,ES8因此不用像e-tron一样设计复杂的电机冷却系统。

蔚来的铜转子采用了激光冷焊的工艺技术,提高转子强度,但是量产工艺一致性挑战难度高,蔚来目前能解决这个问题实属不易。

电机整体结构分为前端盖、定子、转子和电机壳,无后端盖结构,直接集成到电机壳上,转子转速靠类似于非接触式的转速传感器进行检测,进而实现电机输出外特性的调整。

电机定子的冷却水套与电机壳整体铸造成型,采用砂芯铸造工艺,外部布有多个砂芯孔,最后堵盖封堵,整体铸造具有定子安装位置精度高,减少装配误差等优点,对于电机NVH控制有帮助。

电机的转速码盘安装在电机轴前端,传感器单独出线,码盘依靠螺栓固定在电机轴的码盘套上。

电机轴承采用的是SKF的BB1定制款高速轴承,为脂润滑封闭轴承,型号为BB1-,外径62mm。

电机前轴承内圈与电机轴为松配合或过度配合,外圈与前端盖为紧配合;后轴承内圈与电机轴为紧配合,外圈与前端盖为松配合或过度配合,卡环限位,轴承外圈与壳体、前端盖配合处均加有钢质衬套,衬套在端盖和壳体铸造阶段直接铸造进去。

特点:

ES8控制器为双三相拓扑结构,蔚然设计,昆山工厂生产,双IGBT并联,来自英飞凌,PCB板外采。

双IGBT并联功率模块,避免了高功率状态下的不稳定性,安全性可靠性更高,同时具备更高的功率密度,英飞凌后期可以强化该款IGBT,可以将峰值功率kW释放到kW。

目前缺点也很明显,成本较高。

控制器水冷,出水管直接通过橡胶软管连接到电机进水口。

4、减速器总成概述

特点:

ES8的减速器来自于GJT(格特拉克_江西)公司,蔚来进行三合一集成设计,对减速器接口和布置角度进行了要求。

该减速器以GJT1eDT为BASE版本进行重新开发以适应整车布置的要求。

该减速器属于常见的平行轴式固定速比减速器,左右壳体、三轴式布置,开放式差速器,输入轴与中间轴均采用球+柱轴承的布置,即一端固定(球),一端浮动(柱)的限位方式,球轴承承受双向轴向力,轴承均采用卡环限位。轴向间隙较大,容易引发整车Clunk问题。

4.1、减速器运动件

特点:

目前对于EV减速器,国内能做到Nm容量的箱子非常少,GJT基本独占一档,可靠性方面的设计平衡,GJT还算不错。

GJT为ES8设计的减速器,输入轴和中间轴采用深沟球轴承+圆柱滚子轴承的布置,利用了柱轴承的承载能力强的优点,如果选用球轴承,需要更大尺寸的球轴承,按照当前的安装距就可能无法布置,但是柱轴承又牺牲了部分效率,对于同一个轴上,GJT在球和柱轴承位置上也经过寿命计算考量,将柱轴承布置在靠近在承载高的齿轮近端。

差速器采用锥轴承布置,该差速器具备Nm的输出能力,尺寸上看,很有挑战,载荷谱是怎样的呢?也许只有真正对比才知道。

输入轴内花键,空心轴,采用金属堵盖封堵。

特点:

GJT为ES8设计的减速器充分考虑了输入轴和中间轴轴承的问题,为此专门设计了导油槽;中间轴布置在上方,尤其是前驱减速器布置角度较大,轴承的润滑有一定难度。

导油槽是一个塑料件,左右两端插入到减速器前壳和后壳,可以同时润滑输入轴和中间轴的前后轴承(4个轴承),但是GJT在壳体上并未设计常用的油道孔,而是直接壳体外扩开了两个大孔,直接连通轴承座,这种设计相比钻油道孔,工艺简单,但是会破坏壳体尤其是轴承座结构,降低轴承座的支撑刚度和壳体强度,同时会增加壳体的噪声辐射。

ES8的前后减速器使用了8个卡环,输入轴和中间轴各4个,卡环可能都未具备间隙调整的功能,除了造成轴向间隙大的问题(为了保证卡环方便安装,工艺上需要留有间隙),还会带来工序和劳动量增大,目前卡环均是工人手工安装,存在卡环安装不到位的风险,不知GJT产线上是否有相应的检测措施,由此可以看出GJT对于成本的控制。

输入轴球轴承内圈与轴紧配合,外圈与壳体之间是过度配合,后装外圈卡环;中间轴球轴承内圈与轴是过度或者松配合,外圈和壳体是紧配合,后装内圈卡环,最后再装中间轴堵盖。

特点:

差速器采用常见的开放式差速器,双行星轮,差速器容量达到Nm,属于等级较大的差速器。

主减齿圈与差壳连接螺栓等级为12.9,螺栓数量12颗。

半轴轮、行星轮均采用精锻成型工艺,半轴轮垫片为平垫片,行星轮垫片为球垫片,行星轮轴与行星轮配合处铣削小平面,增强润滑,同时行星轮及其垫片与行星轮轴均采用了磷化工艺,增强润滑效果和耐磨性。

4.2、减速器壳体及附件

ES8减速器壳体材料为国内常用的ADC12,压铸铝合金,内壁较为光滑,内壁除了轴承座处几处必要的小加强筋外,其余大量的加强筋布置在壳体外侧,可以减小轴齿的搅油损失。

前后壳之间双定位销,25颗螺栓连接,比常见的减速器螺栓数量稍微多几颗,因为双三相母排的安装腔体与减速器内腔体隔开,需要增加连接螺栓,前后壳结合面涂胶密封,结合面同样采用非光整平面,使得结合面缝隙处含胶,增加密封效果。

壳体内有两块磁铁,分布在上下两侧,以增加磁性材料粉末的吸附。

对于ES8如此大扭矩高转速的减速器,加上前驱较大的布置角度以及中间轴布置在上方,使得轴承润滑有较大的挑战,GJT专门设计了导油槽和多处挡油筋。

差速器轴承座处除了进油槽还有卸油槽设计,增加了油流循环,但降低了轴承座的整体支撑刚度和强度。

特点:

虽然ES8电驱采用了减速器夹在中间的左中右三合一集成方式,但是受限电机Y向尺寸,电驱总成仍然很难布置在整车左右对称面附近,因此采用了三段式半轴的输出方式,其中中间半轴独立安装在电驱总成上,依靠轴承座固定。

右半轴与中间半轴连接差速器端的支撑面,开有螺旋润滑槽,增强差速工况中半轴与差壳之间的润滑,防止烧蚀失效。

中间轴的堵盖内部有金属骨架,外部包裹橡胶材料。

差速器油封厂家为NAK,双回油线,输入轴油封为KACO,单回油线,二者的外径尺寸见附图,测量有误差。

驱动视界(北京)技术有限公司

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