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奧迪E-tron電驅系統拆解分析報告

2020.1.6 新聞中心 1/6每日一新

奧迪e-tron是奧迪作為世界豪車品牌,向世界證明自身在純電動領域的拳頭產品,競品直指Tesla 的Model X。

本文只敘述奧迪電驅方面拆解資訊。


 

e-tron首先是一輛奧迪,其次才是純電動車。這是奧迪對e-tron的描述,從電驅設計和用料來看,奧迪將自身的硬實力和豪華體現了的淋漓盡致。

奧迪e-torn表達出自己對純電SUV的觀點:動力性、安全可靠和舒適性。

由於篇幅較長,內容會分多個章節更新發佈。

1、概述

 



▲前驅

 

項目

參數

最高車速(km/h)

200

百公里加速時間(s)

5.7

峰值功率(KW)

300(FWD-135;RWD-165)

雙電機最大輸出扭矩(Nm)

664(FWD-309;RWD-355)

電池額定電壓(VDC)及容量(Ah)

396/240

電驅重量(kg)

FWD-118;RWD-128(均含懸置支架、聲學包)

電驅冷卻方式

IPU、電機水冷,減速器油冷

P

前驅電子駐車





▲前驅

 

電驅

供應商

FWD

二合一:舍弗勒平行軸

控制器:日立

RWD

二合一:舍弗勒同軸

控制器:日立

 


 


▲後驅

 

特點:

  • 前後電機為非同步電機,前後電驅集成度高,不同佈置形式滿足前後驅的空間要求。
  • 前驅傳動採用平行軸行星排佈置和輕量化差速器結構,前驅電機殼與減速器共殼體,結構緊湊。
  • 後驅傳動採用同軸行星排佈置和輕量化差速器結構,結構緊湊。
  • 前驅IPU外包金屬防護罩,同時包裹聲學包。
  • 電機定、轉子、前後軸承均採用水冷,IPU採用插入式框架雙面水冷。
  • 所有半軸採用連接法蘭輸出,降低半軸油封因整車裝配產生的漏油風險。
 
2、電驅佈置




▲前驅

後驅

前副車架



後副車架


特點:

  • 前後電驅均佈置在副車架上,副車架再安裝在車身上,其中前副車架對稱6處固定點,後副車架為4處固定點,與傳統車的動力總成佈置形式類似。
  • 前副車架為焊接鋁材框架非整體壓鑄鋁副車架,後副車架為鋼制焊接框架。
  • 前電驅為一級隔振(副車架與車身連接處無橡膠隔振套),後電驅為二級隔振(副車架與車身連接4處橡膠隔振套)。
  • 前後電驅的懸置均為4處,與其他BEV車的懸置佈置應該是一樣,質心佈置。
  • 前驅副車架底部加裝金屬加固板,提升副車架車整體剛度。
  • 空調壓縮機落在前副車架前方。
  • 後副車架與車身連接的橡膠襯套處加裝了襯套限位板。
 


▲前電驅



右前懸置支架



▲左前懸置支架

考慮到前後驅的空間要求:前驅(對Y向空間高)採用平行軸佈置,後驅(對Z向空間要求高)採用同軸佈置。





▲後電驅



▲右懸置支架



▲左懸置支架


 

特點:

  • 前驅IPU佈置在電驅系統斜上方,減速器佈置角度非常大。
  • 後驅IPU佈置在電驅系統正前方。
  • 前電驅通過4個懸置支架限位在副車架上,每個懸置支架與電驅通過四個螺栓連接,並通過
  • 一個螺栓與懸置襯套連接。
  • 後電驅通過2個懸置支架+2個懸置固定點限位在副車架上,每個懸置支架通過4個螺栓連接在電驅上,並通過一個螺栓與懸置襯套連接,其餘2個懸置固定點是電驅上的螺紋點直接與懸置襯套通過螺栓連接。
  • 懸置支架均為歐洲常用壓鑄鋁合金材料,AlSi9Cu3。
  • 後驅的懸置主動端加裝有mass塊,與傳統車一樣,屬於後期NVH調教措施。
  • 前後驅的懸置支架自身剛度看起來均比較強,同時採用四顆螺栓與電驅連接,整體的連接剛度也會非常高。
 
懸置支架的體積較大,側方面可以看出電驅本身的尺寸確實夠小,從結構上看,懸置支架的剛度不低,模態可能比較高。

3、前驅系統
 




▲前電驅爆炸圖(建議橫屏觀看)






▲前電驅原理圖

特點:

  • IPU為日立提供,電機和減速器單元為舍弗勒提供,奧迪應該深度參與設計。
  • 結構上可以看出,前電驅為三合一平行軸結構,外部包裹吸隔聲材料,包裹面積較大,電機、減速器和IPU外部均有包裹,吸隔聲材料之間通過非金屬暗扣連在一起。
  • IPU外部加裝金屬防護罩,可能考慮到控制器佈置在斜上方,存在碰撞後高壓短路起火的風險,故加裝了“護甲”,畢竟安全高於輕量化。
  • 電機採用非同步電機,轉子無永磁體,可靠,成本低。
  • 電機殼體與減速器前殼體整體壓鑄,共殼體設計,電機定子水道為螺旋狀,水套兩端徑向O型圈密封,周向壓板限位。
  • IPU、電機定子和轉子軸均水冷,且電機的前後軸承座均有水冷,提高了電機整體抗熱衝擊的能力、功率密度和電機軸軸承壽命(控制內外圈溫度差,進而控制軸承間隙量),水道結構複雜。
  • 減速器採用舍弗勒的行星排+輕量化差速器結構,Y向尺寸和重量極具競爭優勢,由於佈置角度很大,輸入軸軸承的潤滑困難,採用了特定油道設計。
  • 減速器內部有擋油板,降低齒輪攪油損失,在滿足潤滑冷卻的基礎上達到最低的加油量,軸承選型體現了舍弗勒集團作為頂級軸承供應商的能力。
  • 帶有e-park系統
 

前驅系統-電機總成










前電機與IPU三相線接線盒

特點:

  • 非同步電機,峰值功率135kW,最高轉速15000rpm。
  • 電機整體採用外殼+後端蓋+後蓋板的結構,外殼集成了減速器前殼和中間半軸包絡殼體,內部水道複雜。
  • 前軸承座通過螺栓固定在電機殼體上,後軸承座集成在電機後端蓋上,旋變定子固定在後蓋板上,旋變轉子壓裝在電機軸後端。
  • 電機定子、轉子軸、前後軸承座均採用水冷。
  • 電機三相線與IPU三相銅排的接線盒佈置在上方。
  • 外殼與後端蓋、減速器後殼結合面處採用密封膠密封,結合面非光滑平面,呈交叉漁網狀,可以較好的填充密封膠,增加密封性能,且不會影響結合面的配合公差。
  • 電機外殼開有兩個水道開口,外用水道蓋板密封,塗有密封膠,螺栓打緊,實現軸向進出水道口與周向螺旋水套的進出水口連接。
  • 減速器的輸入端前軸承為圓柱滾子軸承,支撐行星排,差速器端為單列角接觸球軸承,保持架均為樹脂保持架。
  • 電機氣隙0.6mm。
  • 電機帶有2個通氣塞,為戈爾的透氣膜通氣塞,分別佈置在電機上方和後蓋板。
  • 後蓋板處佈置有一個冷卻水溫檢測感測器,用於檢測電機進水口溫度(IPU出水口溫度)
 

前驅系統-電機轉子







轉子後軸承





轉子前軸承



防蠕動軸承

 

特點:

  • 電機轉子軸為空心軸,水冷,降低轉子軸中心溫度,一端封死,外花鍵。
  • 58槽鐵芯疊片,鋁制壓板,壓板帶螺旋狀散熱片,除了增大轉子端部散熱面積外,隨著轉子轉動還可以起到空氣對流散熱,進一步降低轉子溫度和定子端部溫度,提高電機耐熱衝擊能力。
  • 電機轉子軸承均為NSK閉式球軸承,其中電機後軸承帶有雙O型環,防蠕動,且端部裝有多片彈性壓片,實現軸向預緊,前軸承通過雙卡環實現軸承與轉子、軸承座的軸向限位。
  • 整體轉子外徑156mm,長度265mm(帶軸)。
  • 電機軸前端佈置油封,用於電機腔與減速器腔之間密封隔絕。
  • 由於電機殼與減速器前殼採用了共殼體設計,電機軸外花鍵端被油封密封在減速器腔體內,使得電機外花鍵與減速器太陽輪內花鍵配合處實現油潤滑。
  • 旋變轉子壓裝在電機軸後端,實現與後蓋板處的陶瓷滑動密封環(見下文後蓋板處)密封,實現電機轉子軸內冷卻液流出。
 

3、前驅系統-電機定子









                                                                                                                                                                                                                                              

特點:

  • 電機的定子及水套壓裝到機殼上,水套兩端採用O型環徑向密封。
  • 48槽,矽鋼片厚度0.35mm,疊片之間有粘接膠。
  • 繞組為漆包圓銅線,表面浸漬環氧樹脂,抗擊穿能力強。
  • 電機前軸承座含有冷卻水道,進出水道與電機機殼的進出水道連接,連接處有O型圈密封,該冷卻水道同時冷卻電機前軸承和減速器輸入軸行星排的支撐軸承(圓柱滾子軸承),降低電機前軸承內外圈的溫差,提高軸承壽命。
  • 前軸承支座與電機殼採用螺栓連接,螺栓連接處加有O型環。
  • 前軸承支座除了有水冷結構,整體結構呈通風盤,有效利用轉子端部螺旋扇葉帶動的熱對流,進一步降低軸承座周圍的溫度(看來奧迪十分注重電機結構的溫度控制)。
 

前驅系統-電機後端蓋及後蓋板



後端蓋



後端蓋


特點:

  • e-Tron的電機水冷結構複雜,整個電驅的水冷示意圖如上圖所示,對電機定轉子、軸承均進行溫度控制,進一步挖掘提升電機的功率密度和系統可靠性。
  • 空心式轉子軸的冷卻通過後蓋板伸進去一根金屬管,使得冷卻液先從金屬管進入到電機軸後,隨著電機轉動產生離心力進而冷卻液充滿整個電機軸,最後從後蓋板流出,關鍵在於電機軸與後蓋板的密封,e-tron採用了圖示的陶瓷滑動密封環。
  • 旋變定子安裝在後蓋板上,廠家TE,旋變插接件介面佈置在後蓋板,沒有與IPU低壓介面集成在一起。
  • 後蓋板內含冷卻水道,可能採用砂芯鑄造方式,端面開有倆砂芯孔,最後採用端蓋封堵。
  • 後蓋板與後端蓋之間有密封圈,同時起到端蓋密封和水道密封,密封圈帶有凸起,防止安裝後蓋板時脫落。
  • 後端蓋安裝有導電環,解決軸電流問題。
  • 後端蓋安裝有軸承襯套,與防蠕動軸承配合。
 

前驅系統-電控
 

電控爆炸圖(建議橫屏觀看)




 

電壓範圍(VDC)

150-460

短時電流/持續電流(A)

530/260

體積密度(kW/L)

30

防護等級

IP67/IP6K9K

ASIL

D

 

特點:

  • e-Tron前驅3in1的控制器整體佈置在側前方,應該是受整車空間限制,沒有佈置在正上方,四個螺栓固定,對角兩銷定位。
  • 控制器雙面水冷功率模組,3模組,每個雙面水冷模組高度82mm,驅動板與控制板垂直佈置,整體非常緊湊。
  • 功率模組插入到雙面水冷框架殼體內,端部用O型圈密封,模組上下表面佈滿散熱條,一大創新。
  • 控制器與電機連接三相銅排處的密封圈是三唇口密封環,在密封環處加有金屬環,用於減小控制器與電機高壓連接處的電磁洩漏,同時在直流母線插接件處增加電磁濾波環,滿足整車EMC要求。
  • 控制器的通氣塞型號規格與電機使用的一樣,均為戈爾透氣膜試通氣塞,佈置在側方。
  • 低壓插介面佈置在控制器下方,控制板垂直佈置在側方,減少信號干擾,插介面角度與控制器底面呈一定銳角。
  • 控制器出水口與電機進水口通過非金屬管連接,管路兩頭帶有O形圈,徑向密封。
  • 控制器的驅動板與控制板通過排線連接。