雍玉芳

摘要：在本次研究中，筆者對驅(qū)動電機系統(tǒng)機電耦合一體化技術(shù)進行了簡單探討，分析了電動輕客汽車機電一體化、電機變速箱集成，以及典型的電動汽車的車置前驅(qū)的布置形式和結(jié)構(gòu)，并根據(jù)整車性能參數(shù)對電機變速箱集成系統(tǒng)各部件進行匹配，運用計算來確定變速箱檔位數(shù)及傳動系統(tǒng)的傳動比。

關(guān)鍵詞：電動汽車；驅(qū)動電機系統(tǒng)；機電耦合一體化技術(shù)

1引言

在電動汽車動力系統(tǒng)中，驅(qū)動電機作為核心裝置，其性能的高低直接會對汽車的整體性能產(chǎn)生影響。驅(qū)動電機的發(fā)展，越來越朝著低成本、輕量化、小型化、高效率、集成化方向發(fā)展。而集成化為小型輕量化、低成本與高效率的最快實現(xiàn)成為可能。汽車驅(qū)動電機系統(tǒng)的集成化主要是通過電機和制動系統(tǒng)機電一體化、電機和變速箱機電一體化以及機電和發(fā)動機一體化來實現(xiàn)的。特別是近年來，伴隨著汽車動力電氣化水平不斷提高，各類耦合深度的機電耦合動力系統(tǒng)進一步加深了電機和變速箱的關(guān)系。因此在汽車領(lǐng)域中，通過設(shè)計出全新的制動系統(tǒng)、地盤系統(tǒng)以及輪系等，實現(xiàn)了電機與動力傳動裝置的一體化集成，由此可見汽車機電一體化不僅僅指的是技術(shù)集成，還應(yīng)該包含整合機電結(jié)構(gòu)。

在本次研究中，筆者對驅(qū)動電機系統(tǒng)機電耦合一體化技術(shù)進行了簡單探討，分析了電動輕客汽車機電一體化、電機變速箱集成，以及典型的電動汽車的車置前驅(qū)的布置形式和結(jié)構(gòu)，并根據(jù)整車性能參數(shù)對電機變速箱集成系統(tǒng)各部件進行匹配，運用計算來確定變速箱檔位數(shù)及傳動系統(tǒng)的傳動比。

2變速箱和驅(qū)動電機一體化設(shè)計方法

2.1電動汽車布置形式

機電集成化驅(qū)動形式：將驅(qū)動電機與固定速比的變速箱直接相連；傳動機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效率較高，安裝方便，布置靈活。

2.2驅(qū)動電機的匹配分析

汽車在行駛過程中，動力來源由驅(qū)動電機提供，通常要求驅(qū)動電機在爬坡或者低速行使時產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩，當汽車處于高速行駛狀態(tài)時能夠提供較大功率。在匹配計算電動汽車電機參數(shù)時，常常需要根據(jù)汽車的最高車速計算電機的額定功率，根據(jù)最大爬坡能力和加速時間計算電機的峰值功率。而汽車電機的功率又由額定功率（主要指的是汽車電機在正常工作狀態(tài)下能達到的最大功）和峰值功率（主要指的是汽車電機在短時間內(nèi)能達到最大功）構(gòu)成，但是對汽車電機而言，不可能長時間以峰值運行，否則會降低電機壽命。在設(shè)計汽車電機匹配參數(shù)時，主要計算以下幾個方面的數(shù)值：額定轉(zhuǎn)速、最高轉(zhuǎn)速、額定功率、峰值功率、額定轉(zhuǎn)矩、峰值轉(zhuǎn)矩。下表1中，筆者列舉了輕客整車參數(shù)以及需要滿足的動力性能：

（1）輕客整車電機額定功率計算：

電機額定功率的選擇至關(guān)重要，其設(shè)計方法跟傳統(tǒng)發(fā)動機相似，一般是在滿足汽車預(yù)期的最高車速基礎(chǔ)上選擇額定功率。

2.3變速箱參數(shù)的匹配

2 3 1變速器的檔位確定

目前，AMT作為一種當對成熟的自動變速傳動技術(shù)，已經(jīng)被廣泛運用在汽車中。AMT技術(shù)的工作原理為通過適時自動換擋來保證電機在轉(zhuǎn)矩最大、最高效的區(qū)域中工作，極大提高汽車的行駛性能，并且AMT技術(shù)所需成本低，便于控制、安裝以及使用，在本次研究中，筆者采用的變速器主要為一檔、兩檔、三擋。

（1）一擋變速器

小型電動車主要采取固定速比的一擋方案，其缺點為電機的利用率較低，并且會受到電機性能的影響，導致車輛啟動加速性能、最高車速不能滿足要求。

（2）兩檔AMT

該方案能夠?qū)㈦妱悠嚨碾姍C性能充分發(fā)揮出來，并且保證汽車在全速范圍內(nèi)絕大多數(shù)時間電機功效位于較高區(qū)間，換句話說即便在低速時依然有較高轉(zhuǎn)矩，并且還能在功率恒定的基礎(chǔ)上具有較高轉(zhuǎn)速，兼顧了車輛的最高車速及加速性能兩方面。

（3）三擋AMT

該方案是在三擋方案的基礎(chǔ)上增加了一個擋位，效果更顯著，但整個系統(tǒng)在換檔過程必須增加一個選檔機構(gòu)，使得系統(tǒng)控制和整體結(jié)構(gòu)變得復雜，成本也會相應(yīng)增加，故在我國新能源汽車的初期階段，大部分車企因技術(shù)的不完備及同行競爭比較激烈，故在電動汽車方面較少采用三檔AMT方案。

本文選用大部分車企的標準配置，均運用的是兩檔AMT變速器，在現(xiàn)有主減速器的基礎(chǔ)上，設(shè)計出變速器兩擋位的傳動比。

2.3.2確定變速器的傳動比

（1）確定傳動比下限

傳動比的下限為變速器最高擋位傳動比乘以主減速比。

同時還由驅(qū)動電機在最高轉(zhuǎn)速時對應(yīng)的輸出扭矩和運行在最高車速下對應(yīng)的行駛阻力來共同決定。

（2）傳動比上限的確定

傳動比的上限等于一擋變速器傳動比乘以主減器傳動比，跟汽車最大爬坡坡度有關(guān)。

本文中主減速器主減速比為4.487，由此設(shè)計一檔傳動比為3.13，二檔傳動比為1.74。

綜上所述，就電動車分析，在驅(qū)動電機參數(shù)不變的情況下，其動力性能和經(jīng)濟性能主要跟傳動系統(tǒng)的參數(shù)有關(guān)，并且傳動系統(tǒng)還具有調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速和汽車車速關(guān)系的功能，對電機的工作效率和工作狀態(tài)產(chǎn)生影響，故驅(qū)動電機與變速器機電耦合一體設(shè)計就顯的尤為重要。本文根據(jù)電動汽車的整車參數(shù)和技術(shù)要求，分析驅(qū)動電機的工作性能的要求，機電耦合的變速器的擋位數(shù)及傳動比的選擇依據(jù)及參數(shù)匹配計算。