戴姆勒卡车电驱动车桥：多层级建模兼顾精度与效率_汽车行业资讯_

在商用车电动化浪潮中，电驱动车桥的研发与优化至关重要。戴姆勒卡车Daimler Truck近期针对电动车桥开展了深入研究，通过不同细节层级的建模，为电驱系统的性能提升提供了有力支持。

一、电驱动车桥 Re440EVO 的技术选择

戴姆勒卡车在长途运输领域对电驱动车桥概念做出了重要决策，如应用于 eActros 600 的电驱动车桥 Re440EVO。该方案具备中间齿轮，可延长电机使用寿命，提升能量回收效率，非常适合欧洲重型长途卡车的需求。

同时，戴姆勒还考虑了中央驱动方案，其采用双电机和 4 速自动传动，能为各类应用提供最佳性能。其中，电驱动车桥搭配 4 速传动，1-2 档和 3-4 档换挡时可保持牵引力不中断，2-3 档换挡时间也与其他方案相当，且电机可单独解耦，进一步实现分级，还能为电池组腾出更多空间。

在 Simpack 中构建的 Re440EVO 高精度多体动力学（MBS）模型，其拓扑结构将测试台与车桥进行分离。

为便于子模型的替换，采用了通讯器元件接口，子模型之间的接口（如力元的标记点）通过预定义的通讯器元件（发送器和接收器）进行通信。例如，在差速器壳体的更新建模中就应用了这一方案。

主要使用的力元件FE225（齿轮副）、FE88（滚动轴承）、FE77（EHD滑动轴承）、FE242（花键联轴器）、FE199（多边形接触，PCM）。

节点设置齿轮FE225力元设置恢复节点集，FE242（花键联轴器）保留节点并与 FE199（用于头部接触计算）的恢复节点结合。

柔性体处理所有齿轮、轴和壳体均作为具有高模态频率的线性柔性体，大多数部件的特征模态频率高达 10kHz，电机也完全柔性化，扭矩输入可通过气隙电磁力或简单方式实现，若扭矩输入来自 EMAG 建模，则对每个分段采用基于映射的力，必要时使用 FE112（电机接口）施加分布力。

通过仿真可检测到共振现象，如在花键联轴器处的径向力能反映出轴的振动共振，这是由于主减速器齿轮啮合产生的激励与轴的固有频率相互作用导致的。解决方法是通过优化主减速器的齿轮啮合来减少激励。

ODS（工作变形分析）是识别振动现象中相关部件的有用工具。在特定运行条件下，详细模型可帮助可视化哪些部件会对特定频率的激励产生反应，通过对测量频率和阶次的分析能找到激励源，例如齿轮的修形模式、轴的不平衡以及高阶弯曲模式与其他部件的组合等。

对表面接触进行分析，需要对这些区域的柔性体和接触进行非常详细的局部建模。使用 FE242（全柔性花键联轴器），考虑轴套的完全柔性，划分 13 个切片，在柔性体两侧使用 PCM（FE199）和保留节点，通过表达式测量相对运动。但该模型复杂度高，计算速度较慢。

全车辆模型工况分析，如加速至 80km/h 和能量回收至 0km/h，仿真时间长达 120 秒。如果使用上述的详细模型，仿真时间太慢，这对于多车辆多负载情况的仿真来说是不可接受的，因此在专注于驾驶功能的整车仿真中，必须降低后车桥的细节水平。

频率范围调整考虑到驾驶功能和动力总成舒适性的频率范围为 0-200Hz，因此降低柔性体的频率范围，采用 0 阶特征模态和高达 500Hz 的接口模态（IRM）。

连接类型简化电机转子与变速器之间的连接类型对整车 / 驾驶员无影响，将 FE242（花键联轴器）替换为 FE13（具有非线性刚度的弹簧 - 阻尼旋转测量输入组件）。

关节类型简化对于惰轮，其旋转自由度足以满足整车仿真需求，将 Joint15（轴关节）的平移和倾斜自由度禁用，FE88（滚动轴承）也禁用。

齿轮轮齿类型简化轮齿接触的激励对驾驶功能无影响，将 FE225（齿轮副）替换为 FE204（基本齿轮副简单建模方法）。

所有简化措施通过离散型参数变量实现，使一个 Simpack 模型可用于多个细节级别。细节水平的降低使仿真速度大幅提高，标准驾驶功能工况的计算时间约为 2-5 小时，简化后的模型适用于专注于驾驶功能的整车模型仿真。

遵循内部建模指南，定义用于组装的强制通信器，可快速创建不同的车辆设置，涉及电池、驾驶室、后车桥、车轮、测试环境、前车桥、底盘和拖车等部件。

SiL（软件在环）模型包含 ECU（电子控制单元）和驾驶员模型，涉及车辆模块中的多个参数，如车速、电机扭矩、换挡信号、电机转速、车轮速度和制动扭矩等。

六、总结

戴姆勒卡车通过对电驱动车桥 Re440EVO 进行不同细节层级的建模与仿真，实现了从精密局部分析到整车系统应用的全面研究，为商用车电驱动技术的发展提供了重要的技术支持和实践经验，推动了商用车电动化的进程。

备注：本文来自戴姆勒在SIMULIA 2025年中欧区用户大会的演讲

来源：MBD之家