随着汽车电动化，驱动电桥的发展也是日新月异。尤其是同轴电桥因其结构紧凑，轻量化，高功率密度，高扭矩密度等诸多优点而被主机厂青睐。同轴电桥的传动结构一般需要行星排加持，原因可能是由于行星排的各要素是同轴传动的，并且根据目前单级减速器的速比匹配，一般要达到9~13，要在有限的空间内既要同轴又要实现如此高的减速比，行星齿轮机构就成为较好的选择方案。

2.1

保时捷Taycan

保时捷于70年庆典上公布其第一款量产纯电动车Taycan，正式开启了电动车时代。Taycan搭载了两个电桥，前桥采用的是同轴设计，后桥是一个平行轴两挡箱。

图1 保时捷Taycan前驱动桥

前后桥电机的性能参数如下表

表1 保时捷Taycan电机性能参数

2.1.1

Taycan前桥

前桥减速器为同轴设计，重量约16kg（绝对轻量化），有两个简单行星排组合在一起作为减速机构，速比为8.05。差速器同样为行星排结构，和奥迪e-tron一样是一个无齿圈的拉维纳行星排，第二级和第三级行星排共用行星架，见图2

图2 前桥减速器

结构简图见图3

图3 前桥减速器结构简图

为便于计算速比，除第三级差速器行星排外，其余两级合并后的模拟杠杆如图4所示，差速器的模拟杠杆如图5

图4 前桥减速器行星排模拟杠杆图

图5 差速器模拟杠杆图

根据图4，其减速比为

前桥减速比是8.05，根据上述计算公式以及NGW行星排的特点，其实保时捷开发团队完全可以将该速比设计的更大一些，两级NGW也还有速比增大的空间。对于单级减速的同轴电桥来说，8.05的速比显然是不能够充分发挥电机的性能的。为什么没有将速比调成更大呢？原因在于保时捷Taycan还有后桥电驱，而后桥电驱的一挡速比高达16，足以支撑Taycan的弹射起步。

2.1.2

Taycan后桥

Taycan后桥电驱属于平行轴2挡箱，见图6

图6 保时捷Taycan后驱动桥

源于对性能的极致追求，保时捷开发团队为Taycan后桥配备了强劲的电机，此外还匹配了一个两挡箱，一挡速比16，二挡速比8.05。该箱使用了两个选换挡元件，一个狗牙离合器，一个多片式离合器，如图7所示。

图7 保时捷Taycan后驱动桥减速器

狗牙离合器用于锁止太阳轮，使得后桥在1挡驱动，多片离合器用于结合齿圈和太阳轮使得后桥为直接挡驱动，此外该箱还有两对减速齿轮，保时捷公布的专利图如下

图8 后驱动桥减速器专利截图

为便于理解，根据专利图绘制了结构简图，如图9所示

图9 后驱动桥传动结构简图

顺便提出，查阅资料的过程中发现很多文章中给出的结构简图显然和保时捷官方提供的实物照片不符，从图10中Taycan官宣的实物照片明显看出其为双行星轮行星排。下图中椭圆圈内的行星排很显然是两个行星轮一组。

图10 后驱动桥爆炸图

根据图9结构简图，后驱动桥的一挡和二挡表现在模拟杠杆上见图11

图11 挡位切换逻辑

一挡时狗牙离合器闭合，太阳轮锁止，离合器C1打开，设i1=(Z2/Z1)*(Z4/Z3)，则一挡速比为

其中i2为行星排特性参数，i2=ZR/ZS，根据保时捷官方公布的速比，i1=8.05，i=16，则根据上述公式，容易算出行星排特性参数约为2.013

二挡时狗牙离合器打开，多片离合器C1闭合，行星排整体转动，此时整个传动机构相当于一个常规的二级减速齿轮，速比i=i1=8.05

2.2

奥迪e-tron

2.2.1

概述

奥迪是大众系的另一款豪华品牌，于2019年推出纯电动高性能SUV——奥迪e-tron，以此为分水岭，e-tron已成为奥迪纯电动技术的标志性符号。

e-tron电驱共有四个版本，分为前轴电驱和后轴电驱。前轴电驱采用平行轴设计，速比为9.205，后轴电驱采用同轴设计，速比9.08，四种版本如下：

APA 250：平行轴，异步电机，250Nm

AKA 320：同轴，异步电机，320Nm

APA 320：平行轴，异步电机，320Nm

ATA 250：双电机同轴，异步电机，250Nm

详见下图

图12 e-tron电驱系统

其中APA320和APA250只是电机性能参数不同，传动系统结构原理一样， AKA320是NW行星排作为减速机构，配以轻量化差速器，ATA250是两个电机同轴布置，没有差速器，电机两端分别是一个NW行星减速机构。

APA 250和AKA 320电机参数如下表

表2 e-tron电机参数

2.2.2

APA250减速器

APA250和APA320传动系统结构原理一样，这里以APA250为例对其传动机构进行分析，其剖视图如下

图13 APA250剖视图

APA250减速器的技术参数如表3

表3 APA250减速器参数

APA250由两级减速构成，第一级是一个NGW的简单行星排，太阳轮和电机相连，齿圈和壳体固连，行星架输出。电机的输出动力首先经过NGW行星排进行第一次降速增扭，然后再由行星架输出到下一级斜齿圆柱齿轮，进一步放大的扭矩通过斜齿轮传递到轻量化差速器的行星架上，最终由差速器的两个太阳轮将动力传递到轮边驱动车辆前进或后退。

两级减速和差速器结构简图见图14

图14  APA250结构简图

APA250的减速比为9.205，根据NGW的特点，仅通过一级NGW行星排减速来实现9.205的速比是十分困难的，因此必须配备一对斜齿圆柱齿轮来进行二次减速增扭，杠杆图如下

图15 APA250两级减速模拟杠杆图

设斜齿柱齿轮的速比为i2=Z2/Z1，NGW行星排的特性参数为i1=ZR/ZS，根据图15，APA250的总的减速比为

有公众号发表拆解e-tron的动力系统报告显示，i2=1.568，则根据i=9.205以及上述公式，很容易求出NGW行星排的特性参数为4.871。根据经验，NGW的特性参数落在3~8区间是比较合理的，特性参数太大会造成太阳轮太小而无法添加诸如花键、轴承座等结构，太小会造成太阳轮和齿圈齿数接近，尺寸大小接近，从而挤占了行星轮的空间，使得行星轮太小，强度无法满足要求。

2.2.3

AKA320减速器

AKA320是同轴设计，减速器不含润滑油的重量仅有16kg，减速比为9.083，结构紧凑，功率密度、扭矩密度极高。

图16 AKA320爆炸图

AKA320减速器的技术参数如表4

表4 AKA320减速器参数

上表显示，AKA320差速器和APA250一样，都是变形的拉维纳行星排，去掉了难以加工的齿圈，采用轻量化设计，在保证传递扭矩的同时，重量减轻相对传统直齿锥齿轮式差速器相当可观，这也彰显了该差速器的供应商——舍弗勒作为汽车零部件供应商巨头的强大实力，图17为减速器剖面图。

图17 AKA320减速器剖面图

根据上一节对APA250行星排特性参数的讨论，要实现9.083的减速比，如果仍然使用NGW行星排，显然是不太合理的，因此e-tron开发团队使用了NW型行星排，NW行星排合理的特性参数区间是7~16。

图18 AKA320传动系统结构简图

建立图18中NW行星排的杠杆图如下

图19 NW行星排模拟杠杆图

该行星排的特性参数用以下公式求出

当齿圈固定时，其减速比为

ATA250的传动机构和AKA320一样，区别只是ATA250没有差速器，依靠对两个同轴电机的控制完成差速功能，因此这里不再赘述。

不管是Taycan还是e-tron都属于大众旗下的豪华品牌，他们对传动机构的设计，对复杂零部件的把控，对细节的追求，无不彰显着大众作为一个老牌车企的实力。大众车企底蕴深厚，他们将几十年来开发AT的技术积累运用到电桥的开发上，显得驾轻就熟。

Taycan和e-tron的电桥都没有传统意义上的开式差速器，正如当今随着三电技术的发展，发动机最终将退出一样，随着控制技术的进步，随着扭矩矢量分配技术的成熟和普及，传统开式差速器最终也将被拍死在沙滩上。

注：文章中引用数据和图片来源网络