1、車橋概述
卡車的三大動力核心總成是發動機、變速箱和車橋，三者中車橋雖不像發動機和變速箱一樣常被人們提及，但卻在汽車動力傳輸的過程中發揮著紐帶的作用，對整車的行駛的動力性和穩定性有著舉足輕重的作用。



重卡車橋作為重卡4大總成(駕駛室、發動機、變速器、車橋)之一，其行業和技術發展水平在一定程度上關乎著重卡行業的發展。

2、車橋的基本功能

車橋的功能就是傳遞車架(或承載式車身)與車輪之間各方向作用力及其力矩，其對汽車的動力性，穩定性，承載能力等性能有著重要的影響。

• 將萬向傳動裝置傳來的發動機轉矩通過主減速胎、差速器、半軸等傳到驅動車輪，實現降低轉速、增大轉矩；

• 通過主減速器圓錐齒輪副改變轉矩的傳遞方向；

• 通過差速器實現兩側車輪差速作用，保證內、外側車輪以不同轉速轉向。

• 通過主減速器齒輪的傳動，降低轉速，增大轉矩；

• 通過橋殼和車輪，實現承載及傳力作用。

▲重卡后驅動模塊（雙聯驅動后橋、平衡懸掛及板簧、傳動軸、推力桿）
3、車橋分類

中央單級減速驅動橋

是驅動橋結構中最為簡單的一種，是驅動橋的基本形式，在載重汽車中占主導地位。一般在主傳動比小于6的情況下，應盡量采用中央單級減速驅動橋。目前的中央單級減速器趨于采用雙曲線螺旋傘齒輪，主動小齒輪采用騎馬式支承，有差速鎖裝置供選用。



▲奔馳單級減速橋

中央雙級驅動橋

中央雙級驅動橋主要有2種類型：

一類如伊頓系列產品，事先就在單級減速器中預留好空間，當要求增大牽引力與速比時，可裝入圓柱行星齒輪減速機構，將原中央單級改成中央雙級驅動橋，這種改制”三化”程度高，橋殼、主減速器等均可通用，盆齒輪直徑不變；



▲伊頓中央雙級減速橋實物



▲伊頓中央雙級減速器宣傳圖冊



▲伊頓中央雙級減速器爆炸圖

另一類如洛克威爾系列產品，當要增大牽引力與速比時，需要改制第一級傘齒輪后，再裝入第二級圓柱直齒輪或斜齒輪，變成要求的中央雙級驅動橋，這時橋殼可通用，主減速器不通用，盆齒輪有2個規格。



由于上述中央雙級減速橋均是在中央單級橋的速比超出一定數值或牽引總質量較大時，作為系列產品而派生出來的一種型號，它們很難變型為前驅動橋，使用受到一定限制；因此，綜合來說，雙級減速橋一般均不作為一種基本型驅動橋來發展，而是作為某一特殊考慮而派生出來的驅動橋存在。
中央單級+輪邊減速驅動橋

輪邊減速驅動橋較為廣泛地用于油田、建筑工地、礦山等非公路車與軍用車上。當前輪邊減速橋可分為2類：一類為圓錐行星齒輪式輪邊減速橋，沃爾沃、雷諾等都采用此類車橋：



▲雷諾圓錐齒輪輪邊減速橋實物



▲圓錐齒輪輪邊減速橋剖視圖

另一類為圓柱行星齒輪式輪邊減速驅動橋，奔馳、斯太爾、斯堪尼亞等都采用此類車橋。



▲奔馳圓柱齒輪輪邊減速橋



▲圓柱齒輪輪邊減速橋傳動系統

4、驅動橋結構

主減速器

主減速器一般用來改變傳動方向，降低轉速，增大扭矩，保證汽車有足夠的驅動力和適當的速度。主減速器類型較多，有單級、雙級、雙速、輪邊減速器等。




輪邊減速器

輪邊減速也可以看作是主減速器的第二級傳動。在重型載貨車、越野汽車或大型客車上，當要求傳動系的傳動比值較大，離地間隙較大時，往往在兩側驅動輪附近再增加一級減速傳動，稱為輪邊減速器。



一般來說，采用輪邊減速器是為了提高汽車的驅動力，以滿足或修正整個傳動系統驅動力的匹配。在這一過程中，輪邊減速器的工作原理就是把主減速器傳遞的轉速和扭矩經過其降速增扭后，再傳遞到車輪，以便使車輪在地面附著力的反作用下，產生較大驅動力。

差速器

差速器用以連接左右半軸，可使兩側車輪以不同角速度旋轉同時傳遞扭矩。保證車輪的正常滾動。有的多橋驅動的汽車，在分動器內或在貫通式傳動的軸間也裝有差速器，稱為橋間差速器。其作用是在汽車轉彎或在不平坦的路面上行駛時，使前后驅動車輪之間產生差速作用。



目前大多數汽車采用行星齒輪式差速器，普通錐齒輪差速器由兩個或四個圓錐行星齒輪、行星齒輪軸、兩個圓錐半軸齒輪和左右差速器殼等組成。

半軸

半軸的內側通過花鍵與半軸齒輪相連，外側用凸緣與驅動輪的輪轂相連。



半軸是將差速器傳來的扭矩再傳給車輪，驅動車輪旋轉，推動汽車行駛的實心軸。由于輪轂的安裝結構不同，而半軸的受力情況也不同。所以，半軸分為全浮式、半浮式、3／4浮式三種型式。

橋殼

驅動橋橋殼按照制造工藝分為沖焊橋殼、鑄造（鑄鐵、鑄鋼）橋殼。

傳統的鑄造橋殼具有剛度大，變形小，成本低等優點，但是制造周期長、工藝復雜，效率較低。沖焊橋殼具有外觀好、重量輕、清潔度高、故障率低等優點，沖焊技術正在逐步替代鑄造技術。



驅動橋殼的主要功用是支撐汽車質量，并承受由車輪傳來的路面的反力和反力矩，并經懸架傳給車架（或車身）；同時，它又是主減速器、差速器、半軸的裝配基體。

5、集中式電驅動橋和分布式電驅動橋

按照電機在車橋中的布置位置，可以劃分為集中式電驅動橋和分布式電驅動橋；通常來講，集中式電驅動橋的電機位于車橋中央，而分布式電驅動橋的電機位于車橋兩側。

5.1集中式電驅動橋

集中式電驅動橋又可以分為單電機驅動橋和雙電機驅動橋

單電機中央驅動：比亞迪、AXLETECH

單電機驅動橋又可以分為平行軸電驅橋和同軸電驅橋


▲比亞迪中央單電機驅動橋（平行軸）



▲美國AXLETECH中央單電機驅動橋（平行軸）
雙電機中央驅動：特斯拉



▲特斯拉中央雙電機驅動橋（前后布置）
單電機直驅：東風德納（同軸電驅橋）



5.2分布式電驅動橋

分布式電驅動橋又可以分為輪邊電驅橋和輪轂電機橋。

輪邊電機橋：ZF、漢德、AXLETECH



▲ZF輪邊電驅橋（客車）



▲ZF輪邊電驅橋（卡車）



▲漢德輪邊電驅橋



▲美國AxleTech輪邊電驅橋
輪邊電驅單元：ZF、AXLETECH



▲ZF輪邊電驅單元



▲美國Axletech輪邊電驅單元



▲泰特輪轂電機橋

6、中央電機橋、輪邊電機橋和輪轂電機橋的區別

中央電機橋首先是整體橋，是集成了電機的驅動橋：

• 按照電機數量可以分為單電機中央驅動和雙電機中央驅動；

• 按照動力輸出軸可以分為同軸中央驅動和平行軸中央驅動；

• 按照有無差速器又可以分為機械差速器橋和電子差速器橋。

輪邊電機橋是指取消了橋殼和半軸的電機橋：驅動電機安裝在車輪旁邊，此種結構仍然是整體橋，是剛性的，是可以使用鋼板彈簧懸掛的，當然也可以使用氣囊減震和螺旋彈簧＋減震筒的結構；但是由于取消了橋包和橋殼以及半軸，機構空間和重量得以大幅減輕。

輪邊電機橋通常是平行軸結構，因為至少需要3級減速（見下圖）：首先動力從電機輸出軸出來要經過2級減速，速比能達到8-15，但這并不夠，通常還需要一級輪邊減速，使總減速比達到30-50，才能把近萬轉的電機轉速降下來，得到需要的扭矩，所以沒辦法做到輸入和輸出同軸。



輪轂電機橋是把電機直接集成到輪轂（輪輞/鋼圈）內，通常是獨立懸掛或者乘用車的麥弗遜懸掛，而不是剛性的整體結構；另外輪轂電機由于受到空間限制（目前輪轂電機多用于乘用車前橋，所以狹窄的輪轂附近不但集成了制動部分和轉向部分，電機驅動部分也弄進來了）



所以一般輪轂電機不再配有減速器，而是使用低速大扭矩電機，另外就是為了盡量減小軸向尺寸，此處應用盤式電機是趨勢，另外就是為了得到低速大扭矩，此處多應用外轉子電機（中央電機和輪邊電機通常用內轉子電機）。

7、重卡電驅動橋的進化路線

重卡電驅橋的發展可以劃分為三代：



▲第一代重卡電驅橋的代表是比亞迪：中央單電機驅動，取消盆角齒，保留差速器，這是第一代，也是最原始狀態。
優點：由傳統車橋改造而來，改造工作量小，變動小，容易實現，成本低。
缺點：
仍然保留機械差速器，機構尺寸大、重量大，傳動效率低。
重量大于傳統車橋，簧下質量大。
若應用于重卡，還需要帶氣壓式機械差速鎖應對打滑路面，可靠性不高。

注：小編今天了解到，有一種電機叫雙轉子電機，能夠實現差速，如果可行，那么單電機中央驅動橋也可以取消機械差速鎖。



特斯拉中央雙級電驅橋，每根驅動橋放置兩個電機，雙聯后橋共布置4個電機，電機是前后對角布置。



▲第二代重卡電驅橋的代表是特斯拉，雖然和第一代比只多了一個“雙”字，但內部結構卻有了重大變化。

由于雙電機的存在，便不再需要機械差速器，粗略算下來一根橋的機械差速器就可以節省80-100公斤的重量。并且由于是雙電機前后布置，更容易達成車橋的前后平衡。
優點：取消了差速器，減輕了一部分重量。
缺點：橋殼和半軸仍然存在，總質量大于傳統車橋，增加了簧下質量。



▲第三代重卡電驅橋的代表是奔馳（ZF）

此種結構由于集成度更高，小編認為其重量已經與傳統車橋相差不多，基本上不存在比較突出的簧下質量問題，發展到第三代，已經沒有了傳統車橋改造的痕跡，已經是很專用的電驅橋結構了。

優點：

• 取消了中央機械式差速器，減重80-100公斤；

• 取消了橋殼和半軸等結構，進一步減重；

• 機械傳動鏈更短，動力傳遞效率更高。

缺點：電子差速度的相應時間和扭矩分配的控制算法和策略是電控系統的重點和難點。

8、輪轂電機橋

近日，泰特輪轂電機橋量產下線。



此輪轂電機橋主要用于大客車



從圖片可以看出，匹配的是大單胎，小編沒有獲取更多信息，猜測是由于無法應用現有鋼圈，不得不采用異形鋼圈。

采用異型鋼圈的原因，是因為輪轂電機體積龐大，對空間要求大，原來卡車和客車那種兩個鋼圈疊放在一起的狀態無法沿用。



泰特是收購了歐洲一家輪轂電機公司，在其基礎上開發出的商用輪轂電機橋



從公開資料得知，泰特輪轂電機采用直驅，也就是電機直接驅動車輪，不需要減速器；從技術上來說，不需要減速器就需要電機的轉矩足夠大，顯然內轉子電機無法輸出足夠的扭矩，只能采用外轉子電機，隨之而來的就是無法避免的體積大、重量大，繼而造成簧下質量大、散熱困難。



至于“外轉子直驅”和“內轉子＋減速器”這兩種輪轂電機技術路線孰優孰劣，還需要進行更深的技術論證和實物驗證，小編在這里不能妄下定論。



外轉子直驅的優點是傳動鏈條短，可靠性相對高，效率高；帶來的問題如前所述。

相對輪轂電機，輪邊電機橋目前來看似乎更成熟一些。



輪轂電機在某些特種領域會有一定的應用



▲泰特輪轂電機橋

9、關于電控差速問題

電控差速目前沒有形成統一的技術路線，小編正在收集各種資料，后續做一個專題單獨講。

10、課后思考題

中央電機驅動橋、輪邊電機橋和輪轂電機橋，誰是未來的發展方向？