半轴齿轮图片

1 Ioniq5车型概述

平台或架构是如今越来越多车企造车不可或缺的一环，平台化的应用可以降低车企研发和生产的成本，同时可以快速的扩充产品线。我们以现代汽车集团为例，第十代索纳塔、第七代伊兰特等热门新车均是基于现代汽车集团i-GMP平台打造。

对于现代汽车集团而言：2021是电动汽车飞跃的元年。从产品端来看，现代汽车集团已于今年年初推出现代汽车“IONIQ（艾尼氪）5”和起亚汽车“EV6”两款全新电动汽车。同时，E-GMP作为一款技术密集的全新平台，对现代汽车集团新一代电动汽车产品阵容的投放意义重大。

图1 Ioniq5整车实物图

图2 Ioniq5高性能底盘图

1.1模块化和标准化

我们以IONIQ（艾尼氪）品牌已经发布的新车为例：IonIQ 5（定位中型CUV车型）、IonIQ 6（定位中型轿车）和IonIQ 7（定位大型SUV）均是基于E-GMP平台打造。除了在车型研发上拥有极高的灵活性和宽容度，E-GMP平台还充分满足了消费者对速度和驾控的追求。据悉，该平台可打造百公里加速不到3.5秒、最高时速可达260km/h的高性能车型，如图2所示。

1.2 安全性和空间利用性

从动力电池和驱动电机到车身和底盘结构，E-GMP平台通过最优化设计以及多项新技术保障了乘客和车辆的安全。当车辆发生碰撞时，基于E-GMP平台打造的车型前方位置的撞击能量缓冲区会引导车身和底盘等框架结构变形，从而吸收能量，缓解撞击力；仪表盘前方位置的承重支撑区采用了避险结构，能最大限度的降低对PE模块和高电压电池的冲击力。乘坐区域采用了A柱承重分散结构来防止变形，如图3所示。

图3 Ioniq5车身结构图

图4 Ioniq5动力电池系统图

动力电池前段和周边位置采用了大量的热冲压成型辅助材料，动力电池外壳的中央部分牢固地连接到车体上，整体结构设计可有效缓冲撞击力。此外，车身下端的高压动力电池保护区，还采用了超高张力钢来确保碰撞时的安全性，如图4所示。

消费者对于“油改电”和“纯电平台”最明显的感知恐怕是乘坐空间的区别了。对此，E-GMP平台通过缩短前后悬、拉长轴距彰显了个性化设计风格，同时提供了舒适宽敞的乘坐空间。

和传统燃油车不同的是，E-GMP平台下的车型将驱动电机安装在原来安装发动机的位置。动力电池位于车身中央下端，这使得车内地面更加平坦，低重心的设计也利于提升转弯性能以及高速行驶的稳定性。

1.3 驱动系统

E-GMP平台搭载了全新的PE系统，涵盖了全新研发的驱动电机、减速器、控制电机的逆变器以及动力电池等部件，如图5所示。

图5 Ioniq5底盘结构图

图6 Ioniq5底盘俯视图

全新PE系统通过驱动电机、减速器以及逆变器的一体化设计缩减了体积和重量，减少了零部件之间的损耗，紧凑的结构还为车内乘客预留出了足够的空间。与此同时，驱动电机的最高转速较以往提升了30%～70%，减速比增加了33%。其后轮电机系统的逆变器模块采用了更高效的碳化硅半导体，系统效率可提升2%～3%，续航里程可延长5%左右。

图7 Ioniq5动力侧视图

E-GMP平台还首次搭载了“减速器隔离开关”，该装置可根据行驶情况将电机和驱动轴进行分离或连接，使得车辆在2WD和4WD驱动模式下自由转换，从而最大限度地降低不必要的动力损耗。

由于现有ICEV平台和E-GMP的驱动系统彼此不同，因此很难简单地比较它们的尺寸。基于现代汽车集团推出的ICEV平台的EV到目前为止一直使用FWD系统，但E-GMP默认使用RWD系统，根据需求情况增加前轮电机，可以选择4WD。与ICEV平台相比，由于驱动电机尺寸的减小，预计空间将得到更有效的利用。后轮驱动型E-GMP在前轮侧没有驱动电机，因此可以将此空间用作挡板。E-GMP还充分利用了后轮侧的空间。后轮电机安装在副车架内，其高度最小化。这确保了安装电池的空间和后排座椅的内部空间。

表1 Ioniq5前/后驱动电驱系统参数

2前电驱动系统概述

整体技术结构为平行轴式布置方案（布局结构并不是工程体系所推荐的布局形式），作者认为车型为跨界SUV，为缩短前悬尺寸，扩大轮距（提升座舱空间）尺寸，故意设计成此结构；考虑到前电驱动系统为强制润滑系统，布局结构的设计主要考虑搅油损失与提升收油措施；因其是电动四驱，为提升整车效率，右半轴输出附近设计有断开结构，驱动电机采用永磁同步驱动电机，为避免高车速下的损耗，故而设计有该断开机构，如下文所示；如图8所示。

图8 Ioniq5前电驱动电驱实物图

2.1悬置机构

前电驱动系统采用三点悬置方案，均采用一级减振结构，如图9、图10、图11所示；后悬置结构采用钢板冲压材质、焊冲工艺，采用四颗螺栓与主壳体进行固定，与副车架联结处采用减振橡胶；前悬置采用铝合金材质，采用四颗螺栓与主壳体进行固定，与副车架联结处采用减振橡胶；右悬置采用两段铝制合金结构，采用四颗螺栓与主壳体进行固定，与副车架联结处采用减振橡胶。

图9 Ioniq5电驱动系统-前悬置安装点实物图

图10 Ioniq5电驱动系统-后悬置安装点实物图

图11 Ioniq5电驱动系统-右悬置安装点实物图

2.2 前电驱动系统

基于爆炸图所示，前电驱动系统内部设计有吸滤器，底部设计有磁铁，便于将吸滤器的吸口处的杂质吸住，提高了系统清洁度；差速器总成采用开放式设计结构，装配关系为对半式结构（轴向尺寸会变大），因左/右半轴齿轮为封闭式结构，为避免半轴内花键产生微动磨损，需要将半轴花键联结处涂抹润滑脂且与半轴联结处设计有O型圈，避免油脂丢失；断开式结构通过直齿内花键联结，为提高传递效率，采用滚珠丝杠结构；油泵采用分体式结构，油泵控制单元与壳体采用螺栓固定，控制单元与分体电子泵并非集成式设计形式，导致装配工序多，不利于提升生产效率，如图12所示。

图12 Ioniq5前电驱动传动系统爆炸图

2.3前电驱动电机系统

定子绕组采用8层扁线结构，采用三颗螺栓进行固定，为保持出线端的尺寸及结构的稳定性，采用注塑件与铜线进行融合，采用焊接工艺方式进行联结；定子内嵌温度传感器，通过线束将数据进行传输；如图13所示。

图13 Ioniq5前电驱动系统定子

定子铁芯上面的两个油管开有一定数量油孔，通过油孔向铁芯两端绕组以及铁芯中部进行喷油冷却。由于油孔数量及位置受限，铁芯两端绕组只有上半部分区域得到了冷却。当绕组层数较少时，上面的冷却油可以通过绕组之间的间隙淋到下面；当绕组层数较多时，基本上绕组内层几乎无冷却。而E-GMP采用的是8层绕组方案，因此，如果仅仅依靠两根油管喷油冷却，那么两端绕组内层是危险的，如图14所示。

图14 Ioniq5前电驱动系统定子示意图

2.3.1转子系统

转子轴组件采用长轴设计，与一级主动齿轮采用花键配合，为齿侧间隙配合，一级主动齿轮的左侧/右侧均设计有球轴承进行限位，采用限位卡环进行轴向限位；如图15所示。

图15 Ioniq5前电驱动系统转子

2.3.2 前电驱动电机润滑系统

采用分体式布局结构（油泵与电机、电机与控制器），电机尾部采用机械修复孔，可调整油泵卡滞问题，如图16所示。

图16 Ioniq5前电驱动系统-分体式电子泵

2.3.2.1 前电驱动电机润滑系统-吸滤器

采用塑料外壳作为基体，内含吸虑纸，如图17所示。

图17 Ioniq5前电驱动系统驱动电机润滑系统-吸滤器

2.3.3前电驱动电机旋变传感器

采用四颗螺栓固定旋变传感器，母端与旋变传感器为一体式结构，如图18所示；电机轴和动平衡板均开孔，油冷的可能性非常大，但前/后驱动系统未见油管或油路介入。

图18 Ioniq5前电驱动系统旋变传感器

2.3.4 前电驱动电机-电腐蚀结构

前后驱动电机均采用了防轴承电腐蚀的导电环解决方案。从结构来看，属于Aegis SGR系列产品，如图19所示。

图19 Ioniq5前电驱动系统-导电环

图20 Ioniq5前电驱动系统-三轴承

2.3.5前电驱动电机-三轴承

驱动电机转子轴采用三轴承支撑，均为三家日本供应商提供（减速器端为NSK-B30-297UR、驱动电机左侧为NTN-55-627C3、驱动电机右侧为那智不二越-35BC6S72），均为球轴承，传递效率高，如图20所示。

2.4前电驱动-中间轴

电驱变速箱采用二级减速机构，一级从动齿轮与中间轴采用花键配合，轴向采用球轴承限位，如图21、图22所示。

图21 Ioniq5前电驱动系统-中间轴承

图22 Ioniq5前电驱动系统-中间轴组件

2.5前电驱动-差速器总成

差速器壳体为分体式结构，与差速器大齿轮用十颗螺栓进行紧固，左端/右端采用锥轴承进行支撑，如图23所示。

图23 Ioniq5前电驱动系统-差速器总成

差速器两端采用舍弗勒锥轴承，保持架为塑料材质，如图24所示。

图24 Ioniq5前电驱动系统-半轴支撑轴承

2.6前电驱动-断开结构

断开机构采用模块化设计思路，执行器采用滚针丝杠，提高执行器的传递效率；采用接合齿限位方式；如图25所示。

图25 Ioniq5前电驱动系统-断开机构

2.6前电驱动-驱动电机润滑

如图26所示，通过分体式电子泵将从吸滤器的入口进入的润滑油转到图27中的进油口，进一步通过润滑油管进入环状油管，润滑驱动电机定子的端部绕组，如图27、图28所示。该冷却系统分为主动强制冷却和间接强制冷却。主动强制冷却回路有两个，一个是定子铁芯上面的两个油管，另外一个是转子铁芯两端的圆环；间接强制冷却则是绕组底部泡油。油管和圆环应该是金属管。

图26 Ioniq5前电驱动系统-润滑油管

图27 Ioniq5前电驱动系统-润滑油管

图28 Ioniq5前电驱动系统-润滑油管

为更好地冷却电机绕组，E-GMP在铁芯两端（绕组内层）增加了两个外置金属油环，通过O型圈与壳体相连；实际上，两个油管＋油环的冷却方案还是无法保证电机绕组360°冷却，最下面的绕组外层即是盲点，为了解决这个问题，E-GMP还增加了泡油方案。E-GMP整个冷却回路如下所示，如图29所示。

图29 Ioniq5前电驱动系统-润滑高度示意图

3 后电驱动系统概述

后电驱动系统采用左/右壳体结构，传动系统为平行轴式结构，与前电驱动系统的润滑系统一致，除差速器总成，其余布置形式基本一致，控制器布置于驱动电机上方，如图30所示；差速器总成采用半开式结构，行星齿轮为4个，可以增加输出扭矩，见图31。

图30 Ioniq5后电驱动系统

3.1 后电驱动-悬置系统

后电驱动系统与前电驱动系统均为三点悬置，电驱动系统的左侧/右侧均为铝制材质，均为一级减振结构，后悬置直接与副车架联结，如图30所示。

3.2 后电驱动-传动系统

如图31所示，与前电驱动系统一致，均为平行轴布置形式；后电驱动系统分为四部分：1-分体式差速器；2-驻车执行结构；3-分体式电子泵；4-驻车电机。

图31 Ioniq5后电驱动系统爆炸图

3.3后电驱动-定子

如图32所示，对比前驱、后驱电机定子，可以发现后驱电机并不像前驱电机一样常规的“三相出线”，而是独特的“四相出线”。我们知道“四相出线”实际上是将驱动电机中性点引出，目的是为了“升压”充电。E-GMP选用功率更大的后驱电机进行升压。首先，驱动电机出线的4PIN固定在电机绝缘座上。需要注意的是，此处的E-GMP的高压连接比较独特。驱动电机绝缘座铜牌与塑料不是一体注塑，塑料与铜牌分开，通过卡扣实现组装固定。制造难度降低，装配稍微复杂点。

图32 Ioniq5后电驱动系统-定子组件

3.4后电驱动-转子

后电驱动电机轴和动平衡板均开孔，油冷的可能性非常大，但前/后驱动系统未见油管或油路介入。但由于没有更详细的局部特征，暂不进行深入；电驱动系统的一级传动齿轮与前电驱动系统的布局形式一致，主要为降低设计风险，如图33所示。

图33 Ioniq5后电驱动系统-转子轴

3.5 后电驱动-旋变传感器

前/后电驱动的旋变传感器是一致的，布置位置与安装形式一致，如图34所示。

图34 Ioniq5后电驱动系统-旋变传感器

3.6 后电驱动-轴承

如图35所示，采用二级减速机构，依然采用三轴承进行支撑，与前电驱动系统布置形式一致，如图12所示；一级从动齿轮与中间轴采用花键配合，轴向采用球轴承限位。

图35 Ioniq5后电驱动系统-输入轴前/后轴承

如图36所示，中间轴两端采用球轴承进行支撑，因前/后电驱动系统的速比一致，故而中间轴与一级从动齿轮布置形式一致。

图36 Ioniq5后电驱动系统-中间轴前/后轴承

如图37所示，差速器总成采用锥轴承进行布置，保持架为塑料材质；差速器总成采用四个行星齿轮；整体结构为轻量化设计，刚性强。

图37 Ioniq5后电驱动系统-差速器轴承&差速器总成

3.7 后电驱动-润滑油管

与前电驱动系统一致，左右两侧布置油管，进行端部绕组润滑，如图38所示。

图38 Ioniq5后电驱动系统-中联板

3.8 后电驱动-油冷器

如图39所示，未采用常见结构(壳体设计油孔与油冷器采用O形圈进行密封)，增加了两个外置油管将油液导出与水管的冷却液进行交互冷却，采用四颗螺栓进行固定（其中一颗采用双头螺柱进行固定）。

图39 Ioniq5后电驱动系统-油冷器

3.9 后电驱动-驻车机构

如图40所示，驻车臂采用悬臂式结构，驻车回位弹簧布置在壳体与驻车臂的小孔内；驻车齿轮布置在输入轴。

图40 Ioniq5后电驱动系统-驻车臂&驻车齿轮

图41 Ioniq5后电驱动系统-驻车电机

如图41所示，采用电装的内摆线行星减速机构，实现大速比，并能带动驻车电机的输出扭矩，实现系统所需的要求。如图42所示，驻车电机驱动驻车轴组件进行旋转，带动驻车推杆组件进行轴向移动，并通过驻车导向机构实现对驻车臂的压紧，从而实现驻车功能。

图42 Ioniq5后电驱动系统-驻车轴组件&驻车导向机构

如图43所示，驻车锁片实现对驻车轴组件位置的锁紧，并可实现对驻车位置信号的输出（与图40中的驻车轴组件配合使用）。

图43 Ioniq5后电驱动系统-驻车锁片

3.10 后电驱动-控制器

控制器三相与电机绝缘座上三相连接。在这里，控制器三相不再是铜排，而是导电柱。这种设计给原本自由度不足的高压出线难题提供了新的思路，如图44所示，与前电驱动系统的结构类型一致。随后，电机控制器处理后，以铜排的形式引出三相，如图45、图46所示；最后，充电机与驱动电机控制器直连。充电机、控制器、驱动电机、齿轴、壳体最终形成高度集成，如图47所示。

图44 Ioniq5后电驱动系统-导电柱

图45 Ioniq5前电驱动系统-导电柱

图46 Ioniq5后电驱动系统-高压联结处

图47 Ioniq5后电驱动系统-控制器集成示意图

通过电机进行升压，背后的动因是为了使800V系统能够兼容400V的充电桩。这种做法并不是只有E-GMP在做，已量产的产品还有比亚迪汉。

3.11 前电驱动-控制器

如图48所示，进水嘴与控制器壳体采用两道O型圈进行密封，为保证装配的一致性，采用防转定位销限制进水嘴的装配角度；如图49所示，与图48的进水嘴结构形式一致；如图50所示，动力线安装孔采用端面密封，两端采用定位销进行防转；如图51所示，控制器中的导电柱直接与图52中的导电柱内孔接触，进行动力扭矩的驱动；控制器内部设计复杂的水道，进水口与出水口为平行设计思路。

图48 Ioniq5前电驱动系统-进水嘴示意图

图49 Ioniq5前电驱动系统-出水嘴示意图

图50 Ioniq5前电驱动系统-动力线示意图

图51 Ioniq5前电驱动系统-控制器示意图

3.12 后电驱动-控制器

如图52所示，控制器表面贴覆吸声棉，降低控制器与充电机所产生的噪声，从图中可以看出该电驱动系统虽为多合一系统，但仅仅是物理上的集成，并非是大集成方案；如图53、图54所示，因后电驱动系统为4根导电柱（其中一根为中性点），装配方式简单，接触长度易于控制；如图54所示，冷却水道布置于IGBT与控制器面板下方。

图52 Ioniq5后电驱动系统-控制器示意图

图53 Ioniq5后电驱动系统-导电柱内孔示意图

图54 Ioniq5后电驱动系统-控制器内部示意图