0 引言

电驱动系统为新能源汽车的核心动力部件，其技术状况直接影响汽车的整体性能和可靠性。电驱动系统的性能与其润滑有密切的关系，现有电驱动系统大多采用飞溅润滑方式，即齿轮旋转时使润滑油发生飞溅并到达需要润滑的轴承和轮齿啮合处实现润滑。飞溅润滑依赖齿轮旋转将油液溅起，润滑位置和油量受转速影响极大。在极高转速下（如电机转速超过15000r/min），油液可能被剧烈搅动形成“油雾”，反而难以有效地附着并输送到需要润滑的轴承和齿轮啮合点，导致润滑效果下降。而在低速、起步或爬坡等高转矩工况下，齿轮转速不高，飞溅力度不足，也可能无法将油液有效溅到高处的轴承（如差速器轴承），造成瞬间润滑不良，加剧磨损。为解决此问题，本文以某电驱动系统为例，提出了一种主动润滑的油路设计方案，即主动将润滑介质送到减速器的关键润滑部位的一种润滑方式，在此对其设计及应用进行分析及延伸。

1 主动润滑设计及分析

1.1 方案设计

本方案设计了一种电驱动系统主动润滑方案。减速器加油后，油储存在油底壳中，电子油泵通电工作后将油经过吸滤器净化后泵入机油冷却器（油冷器）降温，之后进入电机壳体主油道，一部分油流经定子铁心和绕组为电机降温，一部分油流入减速器中间壳体为输入轴前轴承、中间轴前轴承和差速器前锥轴承润滑，一部分油流到喷油管。流到喷油管的油分三个支路：第一支路流向输入轴齿轮和中间轴齿轮啮合处，同时为输入轴齿轮和中间轴齿轮润滑；第二支路流向差速器壳体开口处，为差速器内部的锥齿轮进行润滑；第三支路流向后壳体油道，后壳体油道将润滑油导流至差速器后锥轴承、输入轴后球轴承、中间轴后球轴承，为其进行润滑。电驱动系统主动润滑方案如图1所示。

图1 电驱动系统主动润滑方案示意

1.2 结构设计

按照主动润滑方案进行电驱动系统的结构设计如图2所示。其中1号标注位置为减速器后壳体导油盖板，主要用于密封后壳体分流油道；2号标注位置为油冷器，主要用于为润滑油冷却；3号标注位置为主油道，与油冷器连接，为第一油道，将润滑油输送至电机壳体内壁、定子铁心外壁以及前后导油槽封闭组成的内部腔体内；4号标注位置为电子油泵，主要用于给润滑油加压，将润滑油输送入各个油道内，同时将油输送至减速器前壳体内，为输入轴前轴承、中间轴前轴承、差速器前轴承提供润滑；5号标注位置电机减速器合箱结合面油道，主要用于将电机油道内的润滑油输送至减速器内部；6号和8号标注位置为导油管，为主动润滑的核心部件，主要用于将来源于电机油道内的油喷射至齿轮、差速器、后壳体分流油道；7号标注位置为挡油板，主要用于防止润滑油在减速器内随意飞溅致使齿轮搅油损失影响效率。由于差速器齿圈尺寸较大，无论润滑油液位高低，最低位置部分轴齿均可以泡在润滑油中，当电机旋转后所有轴齿均可以得到均匀润滑，并通过齿圈的搅油可以将润滑油飞溅传送至减速器内部其余部位。

图2 电驱动系统结构示意

在减速器后壳体上设计分流油道，如图3所示。9号标注位置为壳体油孔和导油管13号标注位置配合承接来源于电机油道的润滑油，将润滑油从电机壳体油道引入减速器后壳体分流油道；10号标注位置为后壳体输入轴端喷油孔，主要用于向输入轴后轴承喷射润滑油为其主动润滑；11号标注位置为后壳体中间轴端喷油孔，主要用于向中间轴后轴承喷射润滑油为其主动润滑；12号标注位置为差速器端油道，主要用于将润滑油向差速器后锥轴承引流为其润滑。导油管14号标注位置为导油管第一支路，主要用于将润滑油向输入轴齿轮和中间轴齿轮啮合位置喷射，为齿轮进行润滑；导油管15号标注位置为导油管第二支路，主要用于将润滑油向差速器喷射，为差速器内部伞齿轮提供润滑。

图3 减速器后壳体及导油管结构示意图

1.3 流量分配仿真分析

针对主动润滑方案设计的电驱动系统进行流量分配仿真分析，首先搭建冷却油路示意图，如图4所示。共计6路润滑油流向支路，分别为：转子总成支路、定子焊接端喷淋支路、定子铁心支路、定子皇冠端喷淋支路、减速器主动润滑支路1、减速器主动润滑支路2。

图4 冷却油路示意

然后根据冷却油路示意图搭建油路边界示意图，如图5所示。边界条件按照电子油泵提供16L/min的稳定运行供油流量，油温设置80℃，采用流体体积法（Volume o fFluid,VOF）模型进行仿真分析。对不同润滑位置进行编号，减速器端共8处润滑点，分别对应关系为润滑1－中间轴前轴承、润滑2－输入轴前轴承、润滑3－差速器前锥轴承、润滑4－输入轴和中间轴齿轮啮合处、润滑5－差速器、润滑6－输入轴后轴承、润滑7－中间轴后轴承、润滑8－差速器后锥轴承。电机端共4处润滑点，分别为：转子、定子焊接端、定子皇冠端和定子铁心。

图5 油路边界示意

仿真模拟分析各润滑点的润滑油流量分配情况，经过3轮仿真分析得出润滑油流量数据如表1所示。

从仿真分析的各润滑支路的润滑油流量分配数据结果可知，采用主动润滑方案设计的电驱系统各个润滑支路的流量分配结果均满足设计目标流量要求。

2 验证及分析

2.1 润滑仿真验证

针对此版主动润滑设计的电驱系统方案数模进行仿真分析模拟计算各齿轮、各轴承在不同工况（水平工况75km/h、水平差速工况23.5km/h）下的润滑情况。润滑搅油仿真分析情况如图6所示。

图6 润滑搅油仿真情况

根据润滑仿真情况计算湿壁面积比，轴齿湿壁面积比计算公式如下：

根据公式计算可得，各轴齿、轴承在水平工况75km/h和水平差速工况23.5km/h时的湿壁面积比如表2所示。

润滑仿真结果表明，各齿轮、轴承的湿壁面积比均大于1%设计目标值，满足润滑设计要求。

2.2 样机试验验证

按照此版主动润滑设计的电驱系统方案数模制作样件装配润滑试验样机，装配成电机+减速器二合一形式，壳体采用透明的塑料材质。润滑油加注时混合润滑油示踪剂，通过透明壳体可以清晰看到润滑油在电驱总成内的流动状态。将润滑试验样机安装在润滑试验台架上，台架可以试验水平、上下坡和差速等工况，油底壳放油口接U形塑料管，并以样机底部为基准布置直尺做液位参考。开启电子油泵，转速500r/min、1500r/min、2500r/min、4500r/min工况下，各运行2min，观察各油路供油情况，运行台架，轮端转速-250r/min、50r/min、250r/min、650r/min、1200r/min，各运行2min，观察样机搅油、润滑和油泵吸空情况。台架切换不同倾斜角度（包含上坡、下坡和水平等），按照上述相同的轮端转速运行，观察样机搅油、润滑、油泵吸空情况。润滑试验示意如图7所示。

图7 润滑试验示意

此次润滑试验过程中无异常，油泵功能正常，通气塞处无冒油和飞溅油现象，在不同工况下各轴齿、轴承均能够良好润滑，电机定子铁心、定子绕组、转子轴均有足量的润滑油提供散热。经样机台架试验验证，电驱动系统各润滑部位均能获得有效润滑，方案满足设计要求。

3 结语

本文所述的电驱系统主动润滑设计方案，经过仿真分析，减速器部分各轴齿和轴承、电机部分定子铁心及绕组和转子的润滑油流量分配、湿壁面积占比均符合设计目标，样机实物试验验证，各处润滑油润滑情况良好。相较于传统飞溅润滑方案，本方案可有效解决电机高速工况下油液搅动形成油雾、润滑失效，以及低速工况下飞溅能力不足、润滑不良的行业痛点，大幅提升电驱动系统全工况润滑可靠性。本设计方案在油冷电机电驱动系统设计过程中具有一定的推广应用价值。

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