1252194-刘子豪-新能源汽车的驱动及传动系统概述

1、新能源汽车的驱动及传动系统概述一、驱动系统驱动电机系统和蓄电池系统、电控系统一起并称为新能源汽车的三大核心。驱动电机系统因为是整车的动力输出单元，也被称为电动汽车的“心脏”，其重要性凸显无疑。在新能源汽车中，特别是混合动力汽车里，电机往往被安装在有限得狭小空间内。和传统的工业电机相比，其工作环境不仅复杂多变，而且相当恶劣：振动大、冲击大、灰尘多、腐蚀严重、高温高湿切温湿度变化大。因此，新能源汽车用驱动电机有以下特殊要求：（1）（2）（3）（4）（5）体积小、重量轻；有低速大扭矩和宽范围内高速恒功率特性，即使没有变速器，电机也应满足所需的扭矩要求； 高可靠性要求，在任何情况下确保具有高度安全性；

2、电动汽车驱动电机需要有 4-5 倍的过载以满足短时加速或爬坡的要求；电机需要宽调速，要求在较宽的转速范围和扭矩范围内（在整个运行范围内）都有较高的效率，从而延长续驶里程；电机要求有高度功率密度和体积密度，从而能够降低车重，延长续驶里程； 电机要求工作可控性高、稳态精度高、动态性能好；电机安装空间小，且工作在高温、坏天气及频繁振动等恶劣环境下；电机价格要合适，从而增强电动汽车的市场接受程度（6）（7）（8）（9）（一） 新能源汽车驱动电机系统类型新能源汽车用驱动电机发展到至今，伴随着电机设计、制造技术的进步和电机控制系统及电力电子元器件技术的发展，逐渐演化出现如今三大电机系统：永磁同步电机系统、

3、感应电机系统（异步电机）、开关磁阻电机系统。1. 永磁同步电机系统永磁同步电机系统及其控制器，两者密不可分地组成了永磁同步电机系统。永磁同步电机系统的一大特点就是应用了高磁能积、高矫顽力的稀土烧结钕铁硼永磁材料。稀土烧结钕铁硼永磁材料的磁性能优异，它经过充磁后不再需要外加能量就能建立很强的永久磁场， 用来代替传统电机的电励磁场所制成的稀土永磁电机不仅效率高，而且结构简单、运行可靠、还可做到体积小、重量轻。既可达到传统电励磁电机所无法比拟的高性能（如高效、高速、高响应速度），又可以制成能满足其他也定运行要求的特种电机。因此，永磁同步电机消除了传统同步电机励磁系统的损耗，大大提高了电机效率。并且由

4、于取消了励磁绕组和励磁电源，结构简单，运行可靠。呈现出结构紧凑、体积小、重量轻的特点。而永磁同步电机控制器通过其中的电力电子器件将整车的直流电逆变为交流电，并对其进行电流大小、波形及香味的控制，从而实现对电机的的控制，使电机能按照其指令进行运转。在转向不变的前提下，电机若要在电动状态和发电状态之间切换，只需改变控制其率管的导通顺序，改变定子电流的方向，使电机的转矩反向即可。从电动变发电的状态会产生反转矩，不仅起到制动效果，也达到回收车辆动能的效果，即制动能量回收功能。永磁同步电机系统的优点是高功率密度和高效率。其中内嵌式永磁电机（IPM 电机）更具有较宽的恒功率调速范围，并可以矢量控制方法来满

5、足电动汽车的高性能要求。2. 三相异步电机系统三相异步电机系统同样包含三相异步电机及其控制器。电机控制器利用电力电子器件将直流电逆变成三相交流电，输入三相异步电机，三相定子绕组流过三相对称电流会产生三相磁动势（定子旋转磁动势） 并产生旋转磁场。该旋转磁场与转子导体有相对切割运动，根据电磁感应原理，转子导体产生感应电动势并产生感应电流。三相异步电机其特点是结构简单、坚固耐用、成本低、运行可靠、低扭矩脉动、低噪声、不需要位置传感器、转速极限高。三相异步电动机矢量控制调速技术比较成熟，使得异步电动机驱动系统具有明显的优势，因此被较早应用于电动汽车的驱动系统，但已被其他新型无刷永磁牵引电机驱动系统逐步

6、取代。3. 开关磁阻电机开关磁阻电机驱动系统主要由开关磁阻电机（SRM）、功率变换器、控制器、转子位置传感器四大部分组成。控制器内包含控制电路与功率变换器，而转子位置传感器则安装在电机的另一端。开关磁阻电机驱动系统的主要特点是电机结构紧凑牢固，适合于高速运行，并且驱动电路简单、成本低、性能可靠，在宽广的转速范围内效率都比较高，而且可以方便的实现四象限控制。这些特点使开关磁阻电机驱动系统很适合电动车辆的各种工况下运行，是电动车辆中极具有潜力的机种。（二） 新能源汽车用各种电机方案在新能源汽车电机中，分为混合动力和纯电动两大类方案。1. 纯电动系统中，分集中驱动模式和分布式驱动模式两种前者仅有一台

7、电机作为整车的动力输出单元， 多数纯电动汽车均为此模式。而后者则有两个以上的动力输出单元，配备轮毂电机的车用电机系统就是此类型的模式。集中驱动模式下，电机和减速器的集成被作为比较常用的降低电机成本的手段。采用减速器可以在不改变功率的前提下大大降低电机的峰值扭矩，从而降低电机体积和成本（电机尺寸取决于峰值扭矩），且根据实际应用需要，优化配置点集合减速器/变速器组合。分布驱动模式下，细分有直驱式轮毂电机和轮内/轮边减速电机，但便于理解通常都归为轮毂电机。2. 混合车系统方面，按照电机和发动机的功率比例，一般分为微混、中混合全混三种模式，这三者的典型模式分别有：混合动力车用皮带驱动起动/发电机（BS

8、G），中混一体化集成启动发电机（ISG）系统，全混用驱动电机和发电机系统。二、传动系统（一）在新能源汽车中变速器的转变1. 结构向简单转化在电动汽车中变速器档位减少，如内燃机驱动的公共汽车的变速器一般有 5 到 6 个前进挡，在同一台车上改为纯电动后变速器简化为 4 个前进挡。例如奥运电动车中四速 AMT 与电动机直接相连。该变速器四个档位的传动比是 1.0、1.507、2.446、4.403，显然，四速变速器比六速变速器要简单许多。而且该变速器无需倒档，因电动机已具备倒车功能。该车驱动桥的主减速比是 6.28，所以最大传动比仅为 27.65.这里虽然最大传动比减小，但整车动力性能并不差，其原

9、因为电动机低速恒扭矩的特性较内燃机更为优越。内燃机在低速状态下扭矩和功率都不理想，故需要更多档位。在机电混合动力的汽车中，变速器已简化为一个传动器或在机电混合动力的动力总成中存在齿轮传动部分。2. 结构向复杂转化在一种机液混合动力的汽车中变速器向复杂的方向转化，原车的变速器有 5 个前进挡，在原来的离合器壳体中布置了行星结构以实现机液动力混合且具有无级变速功能。原有的五个前进挡并非多余， 其中低速档可向四区发展，三档可用于起步，五档可在高速公路上使用。虽然复杂程度增加但功能也 增加了。3. 采用最新控制技术新能源汽车的设计起点高，自然采用最新控制技术，包括程序化的控制策略、传感器系统、中央处理器（CPU）等等，因此在新能源汽车中变速器多数是自动控制的。空挡。在 AT 及 CVT 中控制液力变扭器实现空档，在新能源汽车变速器中可解除单向离合器或湿式多片离合器或其他控制手段实现空档。倒档。在某些变速器中倒档仍需介轮以改变方向，在电动汽车中通过改变电动机旋转方向实现倒车。前进挡。通过加速踏板控制车速，动力总成中各部件按指令工作与否或如何工作。（二）1.2.3.变速器设计的变与不变由独立的设计小组向整车设计团队的一员转化按整车的需求做匹配设计仍需创新设计三、结束语新能源汽车正处于开发繁荣期。新能源汽车的研制不仅是企业的单方面行为，政府也给与很