蔚來ES8電驅系統拆解分析報告

1、整車概述

蔚來ES8電驅系統拆解分析報告

蔚來作為中國新勢力造車企業的領頭羊,自出生之日起就自帶話題,時至今日仍然是中國汽車行業的話題焦點,ES8作為蔚來旗下真正進入大眾視野的一款量產車,其產品勢力還是有可看之處,畢竟是中國第一款累計銷售過萬的純電豪華SUV,售價和用料配的上豪華。

和前面的奧迪e-tron、捷豹I-PACE一樣,本文只對其電驅系統進行拆解分析,文章的分析主體結構仍然是從整車到系統再到零部件。

作者本人雖然也從事這一行,但是就個人來說,從產品的技術角度和產業佈局出發還是最看好蔚來,也最敬佩蔚來,希望蔚來能夠成為中國新勢力汽車行業的名片。

畢竟在電驅行業,蔚來是國內第一個自主研發、生產車用大功率異步電機和電控的廠家,敢於第一個出發,值得敬佩。

蔚來ES8電驅系統拆解分析報告

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蔚來ES8是一款純電四驅的大型SUV,本文拆解分析的是第一代ES8,前後均為異步感應電機,最新的ES8已經切換為永磁加異步的組合了。

ES8前後電驅零部件共用,僅殼體外形做更改,以適應前後副車架的結構佈置和懸置位置。

ES8整備質量達到2.4噸,但是百公里加速時間只有4.4s,最高車速達到200km/h,足以說明其電驅系統的強勁。

ES8可以用來宣傳的技術買點除了自研自產的大功率電機電控外,還有兩副全鋁副車架和主動空氣懸掛。

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特點:

ES8前後電驅均佈置在副車架上,前後副車架均為全鋁框架式結構,電驅外包裹聲學包。

前電驅總成通過四個懸置點固定,懸置採用了質心佈置方式,抗扭限位能力強,畢竟電驅功率高達240kW,動力衝擊強。左前和右前主動懸置支架帶橡膠襯套,左後和右後懸置支架1與車身橫樑上的對應帶橡膠襯套的支架連接。

前電驅的左前和右前懸置主動支架為了跨過電子轉向機,結構佈置呈長懸臂狀態,為了提高懸置支架的約束模態,結構上設計的較為粗壯,有多條加強筋,導致重量較大,同時向前佔據了較大的X向空間,得益於ES8是大型SUV,空間充足,可以滿足如此佈置要求。

空調壓縮機通過鋁質支架固定在前副車架的前方,空調壓縮機支架與副車架之間有橡膠襯套,降低空調壓縮機向車內傳遞的結構噪聲和振動,尤其是車輛禁止時的空調壓縮機的噪聲傳遞。

前後電驅的外圍包裹有大面積聲學包,聲學包分區塊拼接成整體,區塊直接通過魔術貼粘結,魔術貼與聲學包之間通過類似於“訂書釘”的釘針釘在一起,但是釘針表面經過了特殊防腐處理,提升防腐能力。

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特點:

前電驅左後和右後懸置支架通過螺栓分別連接在車身縱梁上的懸置支架,縱梁上的懸置支架與縱梁支架之間有橡膠襯套,ES8前電驅兩個後懸置支架相當於每個又分成兩部分,降低了系統剛度,空間上看,左後懸置支架應該可以直接從電機外殼長出來,右後懸置支架在差速器端,離橫樑距離較遠,只能分倆懸置支架連到縱梁。

前副車架採用全鋁框架式結構,整體尺寸較大,一次性澆鑄成型存在工藝難度高、零件合格率低的問題,因此分為左中右三部分,其中左右兩部分別澆鑄成型,空心式框架,中間部分為方型材,最後將三部分焊接在一起。

前副車架與車身通過6點螺栓連接,其中中間兩點連接處有橡膠襯套,因此,ES8前電驅系統算是一級半隔振設計,整車路徑上會抑制一部分結構噪聲傳遞到車內。

從結構上可以看出,ES8十分注重整車性能和乘客感受,用料上配得上豪華車。

前機艙由於有電子轉向機、空調壓縮機、水泵、多條水管等總成,使得前電驅的佈置空間較後驅小,因此減速器的佈置角度也較大。

雖然前後電驅的零部件共用,但是減速器的佈置角度有區別,前驅減速器佈置角度較大,差速器差降(Diffdrop)較大,輸入軸系的軸承潤滑較困難,供應商(GJT)專門設計的潤滑導油槽;後驅減速器佈置角度較小,接近零度。

同時前後減速器的通氣結構也不同,但殼體上的通氣孔位置相同,後驅直接採用直通式通氣塞,前驅採用了通氣管,加長冷卻迴路。

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特點:

ES8後電驅通過三個懸置點固定,懸置同樣採用了質心佈置方式,抗扭限位能力強。前懸置主動支架和左後、右後懸置主動支架上均帶有橡膠襯套。

三個懸置支架連接到後副車架上,後副車架再通過四個橡膠襯套連接到車身上。

後電驅的三個懸置支架體積上要比前驅的兩個前懸置支架小很多,結構上看,其約束模態較高,猜測應該大於800HZ了。

後副車架同樣採用全鋁框架式結構,與前副車架一樣,受工藝難度影響,也分為左中右三部分,其中左右兩部分別澆鑄成型,空心式框架,中間部分為方型材,最後將三部分焊接在一起,與前副車架不同的是後副車架焊接有三根橫樑,提升整體剛度。

前後副車架與車身的橡膠襯套連接處下方均帶有限位板,實現前後橋對車身的Z向限位,防止車輛過顛簸路後的多餘抖動。

ES8帶有主動空氣懸掛系統,可調行程達50mm,可滿足不同路況的底盤調教需求,空氣懸掛的高壓氣罐掛在後橋後方。

後電驅的三個懸置支架均通過三個螺栓點與電驅連接。

2、電驅系統概述

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ES8電驅採用減速器夾在中間的左中右的佈置,整體Z向尺寸小,Y向尺寸加長,重心靠近總成的Y向中心點。前驅一級半隔振,採用四懸置點限位,後驅二級隔振,採用三懸置點限位。懸置點均在電機和減速器殼體上,其中減速器均有倆懸置點。

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特點:

ES8前後電驅系統零部件共用,只是在電驅與整車機械接口上、通氣結構、放油塞位置稍作改動,以適應不同副車架和車身結構的佈置。

ES8電驅屬於3in1集成式設計,減速器夾在中間的左中右佈置形式,與Model 3的集成佈置形式相似,電機同樣為銅轉子感應異步電機,只是電機的冷卻方式、三相線穿越減速器的結構形式和IPU控制器的功率模塊不同,此外,Model 3的電機前端蓋與減速器前殼體屬於共殼體集成設計,而ES8減速器與電機之間只是簡單的機械連接,由此可以看出相比Model 3,ES8的電驅技術水平還是要差一點,當然了就電驅整體技術而言,Model 3確實是難有對手。

控制器的出水管與電機的進水管之間通過軟管連接,接頭處使用卡箍。

高壓直流母線通過螺栓、壓板固定在IPU上,另一端帶快插接頭。

3、電機電控系統

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ES8電機和減速器之間連接端,採用大外圓止口定位,O型圈徑向密封,電機軸與減速器軸採用花鍵連接,電機軸為外花鍵,端部加有O型圈,密封潤滑脂。

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特點:

ES8異步電機有蔚然設計,定子、轉子、總成裝配全工序生產,衝片外採,雙三相銅排,兩兩一組出線。

異步電機採用銅轉子,導電性比奧迪e-tron採用的鋁轉子高約40%,損耗低、發熱低,提升額定功率、額定扭矩10%,ES8因此不用像e-tron一樣設計複雜的電機冷卻系統。

蔚來的銅轉子採用了激光冷焊的工藝技術,提高轉子強度,但是量產工藝一致性挑戰難度高,蔚來目前能解決這個問題實屬不易。

電機整體結構分為前端蓋、定子、轉子和電機殼,無後端蓋結構,直接集成到電機殼上,轉子轉速靠類似於非接觸式的轉速傳感器進行檢測,進而實現電機輸出外特性的調整。

電機定子的冷卻水套與電機殼整體鑄造成型,採用砂芯鑄造工藝,外部布有多個砂芯孔,最後堵蓋封堵,整體鑄造具有定子安裝位置精度高,減少裝配誤差等優點,對於電機NVH控制有幫助。

電機的轉速碼盤安裝在電機軸前端,傳感器單獨出線,碼盤依靠螺栓固定在電機軸的碼盤套上。

電機軸承採用的是SKF的BB1定製款高速軸承,為脂潤滑封閉軸承,型號為BB1-2516,外徑62mm。

電機前軸承內圈與電機軸為松配合或過度配合,外圈與前端蓋為緊配合;後軸承內圈與電機軸為緊配合,外圈與前端蓋為松配合或過度配合,卡環限位,軸承外圈與殼體、前端蓋配合處均加有鋼質襯套,襯套在端蓋和殼體鑄造階段直接鑄造進去。

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特點:

ES8控制器為雙三相拓撲結構,蔚然設計,崑山工廠生產,雙IGBT並聯,來自英飛凌,PCB板外採。

雙IGBT並聯功率模塊,避免了高功率狀態下的不穩定性,安全性可靠性更高,同時具備更高的功率密度,英飛凌後期可以強化該款IGBT,可以將峰值功率240kW釋放到300kW。

目前缺點也很明顯,成本較高。

控制器水冷,出水管直接通過橡膠軟管連接到電機進水口。

4、減速器總成概述

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特點:

ES8的減速器來自於GJT(格特拉克_江西)公司,蔚來進行三合一集成設計,對減速器接口和佈置角度進行了要求。

該減速器以GJT 1eDT530為BASE版本進行重新開發以適應整車佈置的要求。

該減速器屬於常見的平行軸式固定速比減速器,左右殼體、三軸式佈置,開放式差速器,輸入軸與中間軸均採用球+柱軸承的佈置,即一端固定(球),一端浮動(柱)的限位方式,球軸承承受雙向軸向力,軸承均採用卡環限位。軸向間隙較大,容易引發整車Clunk問題。

4.1、減速器運動件

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特點:

目前對於EV減速器,國內能做到450Nm容量的箱子非常少,GJT基本獨佔一檔,可靠性方面的設計平衡,GJT還算不錯。

GJT為ES8設計的減速器,輸入軸和中間軸採用深溝球軸承+圓柱滾子軸承的佈置,利用了柱軸承的承載能力強的優點,如果選用球軸承,需要更大尺寸的球軸承,按照當前的安裝距就可能無法佈置,但是柱軸承又犧牲了部分效率,對於同一個軸上,GJT在球和柱軸承位置上也經過壽命計算考量,將柱軸承佈置在靠近在承載高的齒輪近端。

差速器採用錐軸承佈置,該差速器具備4000Nm的輸出能力,尺寸上看,很有挑戰,載荷譜是怎樣的呢?也許只有真正對比才知道。

輸入軸內花鍵,空心軸,採用金屬堵蓋封堵。

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特點:

GJT為ES8設計的減速器充分考慮了輸入軸和中間軸軸承的問題,為此專門設計了導油槽;中間軸佈置在上方,尤其是前驅減速器佈置角度較大,軸承的潤滑有一定難度。

導油槽是一個塑料件,左右兩端插入到減速器前殼和後殼,可以同時潤滑輸入軸和中間軸的前後軸承(4個軸承),但是GJT在殼體上並未設計常用的油道孔,而是直接殼體外擴開了兩個大孔,直接連通軸承座,這種設計相比鑽油道孔,工藝簡單,但是會破壞殼體尤其是軸承座結構,降低軸承座的支撐剛度和殼體強度,同時會增加殼體的噪聲輻射。

ES8的前後減速器使用了8個卡環,輸入軸和中間軸各4個,卡環可能都未具備間隙調整的功能,除了造成軸向間隙大的問題(為了保證卡環方便安裝,工藝上需要留有間隙),還會帶來工序和勞動量增大,目前卡環均是工人手工安裝,存在卡環安裝不到位的風險,不知GJT產線上是否有相應的檢測措施,由此可以看出GJT對於成本的控制。

輸入軸球軸承內圈與軸緊配合,外圈與殼體之間是過度配合,後裝外圈卡環;中間軸球軸承內圈與軸是過度或者松配合,外圈和殼體是緊配合,後裝內圈卡環,最後再裝中間軸堵蓋。

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特點:

差速器採用常見的開放式差速器,雙行星輪,差速器容量達到4000Nm,屬於等級較大的差速器。

主減齒圈與差殼連接螺栓等級為12.9,螺栓數量12顆。

半軸輪、行星輪均採用精鍛成型工藝,半軸輪墊片為平墊片,行星輪墊片為球墊片,行星輪軸與行星輪配合處銑削小平面,增強潤滑,同時行星輪及其墊片與行星輪軸均採用了磷化工藝,增強潤滑效果和耐磨性。

4.2、減速器殼體及附件

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ES8減速器殼體材料為國內常用的ADC12,壓鑄鋁合金,內壁較為光滑,內壁除了軸承座處幾處必要的小加強筋外,其餘大量的加強筋佈置在殼體外側,可以減小軸齒的攪油損失。

前後殼之間雙定位銷,25顆螺栓連接,比常見的減速器螺栓數量稍微多幾顆,因為雙三相母排的安裝腔體與減速器內腔體隔開,需要增加連接螺栓,前後殼結合面塗膠密封,結合面同樣採用非光整平面,使得結合面縫隙處含膠,增加密封效果。

殼體內有兩塊磁鐵,分佈在上下兩側,以增加磁性材料粉末的吸附。

對於ES8如此大扭矩高轉速的減速器,加上前驅較大的佈置角度以及中間軸佈置在上方,使得軸承潤滑有較大的挑戰,GJT專門設計了導油槽和多處擋油筋。

差速器軸承座處除了進油槽還有卸油槽設計,增加了油流循環,但降低了軸承座的整體支撐剛度和強度。

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特點:

雖然ES8電驅採用了減速器夾在中間的左中右三合一集成方式,但是受限電機Y向尺寸,電驅總成仍然很難佈置在整車左右對稱面附近,因此採用了三段式半軸的輸出方式,其中中間半軸獨立安裝在電驅總成上,依靠軸承座固定。

右半軸與中間半軸連接差速器端的支撐面,開有螺旋潤滑槽,增強差速工況中半軸與差殼之間的潤滑,防止燒蝕失效。

中間軸的堵蓋內部有金屬骨架,外部包裹橡膠材料。

差速器油封廠家為NAK,雙回油線,輸入軸油封為KACO,單回油線,二者的外徑尺寸見附圖,測量有誤差。


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