雍玉芳

摘要：在本次研究中，笔者对驱动电机系统机电耦合一体化技术进行了简单探讨，分析了电动轻客汽车机电一体化、电机变速箱集成，以及典型的电动汽车的车置前驱的布置形式和结构，并根据整车性能参数对电机变速箱集成系统各部件进行匹配，运用计算来确定变速箱档位数及传动系统的传动比。

关键词：电动汽车；驱动电机系统；机电耦合一体化技术

1引言

在电动汽车动力系统中，驱动电机作为核心装置，其性能的高低直接会对汽车的整体性能产生影响。驱动电机的发展，越来越朝着低成本、轻量化、小型化、高效率、集成化方向发展。而集成化为小型轻量化、低成本与高效率的最快实现成为可能。汽车驱动电机系统的集成化主要是通过电机和制动系统机电一体化、电机和变速箱机电一体化以及机电和发动机一体化来实现的。特别是近年来，伴随着汽车动力电气化水平不断提高，各类耦合深度的机电耦合動力系统进一步加深了电机和变速箱的关系。因此在汽车领域中，通过设计出全新的制动系统、地盘系统以及轮系等，实现了电机与动力传动装置的一体化集成，由此可见汽车机电一体化不仅仅指的是技术集成，还应该包含整合机电结构。

在本次研究中，笔者对驱动电机系统机电耦合一体化技术进行了简单探讨，分析了电动轻客汽车机电一体化、电机变速箱集成，以及典型的电动汽车的车置前驱的布置形式和结构，并根据整车性能参数对电机变速箱集成系统各部件进行匹配，运用计算来确定变速箱档位数及传动系统的传动比。

2变速箱和驱动电机一体化设计方法

2.1电动汽车布置形式

机电集成化驱动形式：将驱动电机与固定速比的变速箱直接相连；传动机构结构紧凑，传动效率较高，安装方便，布置灵活。

2.2驱动电机的匹配分析

汽车在行驶过程中，动力来源由驱动电机提供，通常要求驱动电机在爬坡或者低速行使时产生较大转矩，当汽车处于高速行驶状态时能够提供较大功率。在匹配计算电动汽车电机参数时，常常需要根据汽车的最高车速计算电机的额定功率，根据最大爬坡能力和加速时间计算电机的峰值功率。而汽车电机的功率又由额定功率（主要指的是汽车电机在正常工作状态下能达到的最大功）和峰值功率（主要指的是汽车电机在短时间内能达到最大功）构成，但是对汽车电机而言，不可能长时间以峰值运行，否则会降低电机寿命。在设计汽车电机匹配参数时，主要计算以下几个方面的数值：额定转速、最高转速、额定功率、峰值功率、额定转矩、峰值转矩。下表1中，笔者列举了轻客整车参数以及需要满足的动力性能：

（1）轻客整车电机额定功率计算：

电机额定功率的选择至关重要，其设计方法跟传统发动机相似，一般是在满足汽车预期的最高车速基础上选择额定功率。

2.3变速箱参数的匹配

2 3 1变速器的档位确定

目前，AMT作为一种当对成熟的自动变速传动技术，已经被广泛运用在汽车中。AMT技术的工作原理为通过适时自动换挡来保证电机在转矩最大、最高效的区域中工作，极大提高汽车的行驶性能，并且AMT技术所需成本低，便于控制、安装以及使用，在本次研究中，笔者采用的变速器主要为一档、两档、三挡。

（1）一挡变速器

小型电动车主要采取固定速比的一挡方案，其缺点为电机的利用率较低，并且会受到电机性能的影响，导致车辆启动加速性能、最高车速不能满足要求。

（2）两档AMT

该方案能够将电动汽车的电机性能充分发挥出来，并且保证汽车在全速范围内绝大多数时间电机功效位于较高区间，换句话说即便在低速时依然有较高转矩，并且还能在功率恒定的基础上具有较高转速，兼顾了车辆的最高车速及加速性能两方面。

（3）三挡AMT

该方案是在三挡方案的基础上增加了一个挡位，效果更显著，但整个系统在换档过程必须增加一个选档机构，使得系统控制和整体结构变得复杂，成本也会相应增加，故在我国新能源汽车的初期阶段，大部分车企因技术的不完备及同行竞争比较激烈，故在电动汽车方面较少采用三档AMT方案。

本文选用大部分车企的标准配置，均运用的是两档AMT变速器，在现有主减速器的基础上，设计出变速器两挡位的传动比。

2.3.2确定变速器的传动比

（1）确定传动比下限

传动比的下限为变速器最高挡位传动比乘以主减速比。

同时还由驱动电机在最高转速时对应的输出扭矩和运行在最高车速下对应的行驶阻力来共同决定。

（2）传动比上限的确定

传动比的上限等于一挡变速器传动比乘以主减器传动比，跟汽车最大爬坡坡度有关。

本文中主减速器主减速比为4.487，由此设计一档传动比为3.13，二档传动比为1.74。

综上所述，就电动车分析，在驱动电机参数不变的情况下，其动力性能和经济性能主要跟传动系统的参数有关，并且传动系统还具有调节电机转速和汽车车速关系的功能，对电机的工作效率和工作状态产生影响，故驱动电机与变速器机电耦合一体设计就显的尤为重要。本文根据电动汽车的整车参数和技术要求，分析驱动电机的工作性能的要求，机电耦合的变速器的挡位数及传动比的选择依据及参数匹配计算。