電動汽車傳動方案的選擇*

徐威 張若平

（上海工程技術大學）

加快培育和發展節能汽車與新能源汽車，既是有效緩解能源和環境壓力、推動汽車產業可持續發展的緊迫任務，也是加快汽車產業轉型升級、培育新的經濟增長點和國際競爭優勢的戰略舉措[1]。底盤傳動系統作為電動汽車主要系統之一，對電動汽車的機械效率、整車結構布置、行駛性能與汽車維修等有著重要的影響。我國目前動力電池和其他一些關鍵性技術還沒有取得有效的突破，動力電池的續航里程和充電時間大大制約了電動汽車的發展和普及，因此在電池問題解決之前，如何合理地選擇傳動方案將是現階段需要解決的問題。

1 驅動方式的選擇

電動汽車動力設備由電池、充電器、電源控制設備及驅動電機組成，如圖1所示。其比普通汽車發動機的布置位置更加靈活多樣，既可組合，也可以分開，使整車質量分配得更加合理且結構更加緊湊，完全突破了普通汽車發動機位置相對固定的設計方案。文章不考慮對電池、電源控制設備的布置位置，僅對驅動輪布置方式進行初步探討[2]。

1.1 前驅動方式

前驅動方式使整車結構緊湊，有利于其他總成系統的安排，在轉向和加速時行駛穩定性較好。缺點：上坡時前輪附著力減小，易打滑；前輪驅動兼轉向，結構復雜，使汽車維修不便。同軸機電集成式、電動橋及電動輪式的傳動系統均可作前驅動。中級及中級以下的電動轎車選擇前驅動方式比較合適。

1.2 后驅動方式

后驅動方式是傳統的布置方式，適合中高級電動轎車和各種類型電動客貨車，有利于車軸負荷分配均勻，汽車操縱穩定性、行駛平順性比較好。

1.3 全驅動方式

1）全驅動方式其中一種方案是采用同一種的傳動系統，其優點是制造工藝單一，有利于幾種力量進一步開展技術研究與產品開發，便于提高汽車維修技術，特別是采用電動橋或電動輪傳動的汽車，其改裝與變型十分方便。2）另一種方案是采用2 種不同的傳動系統，即一軸一種傳動系統的全驅動方案，其特點是有利于優化和靈活采用不同的傳動系統，更好地滿足電動汽車使用性能的要求，但要求制造廠家具備綜合、全面的研制能力，且汽車結構復雜，不利于降低傳動系統的成本，維修工藝復雜。

2 動力傳動系統布置

電動汽車在進行動力傳動系統布置時，根據電氣系統和機械傳動系統的不同組合，動力傳動系統的布置形式主要有以下幾種[3]。

2.1 機械驅動布置形式

機械驅動布置形式與傳統汽車的布置形式基本相同，通常是在傳統汽車的基礎上改裝而成的，根據電動汽車有無離合器，可分為2 種形式，如圖2所示。圖2a為帶有離合器的機械驅動布置形式，該形式的純電動汽車的變速器通常有2～3 個擋位，其在變速器換擋過程中，可以起到中斷動力，降低換擋沖擊的作用。圖2b中電動機直接通過傳動軸與固定速比的減速器相連，該種布置形式減少了傳動系的質量，可以進一步減少傳動裝置的體積。

2.2 機電集成驅動布置形式

機電集成驅動布置形式把電動機、固定速比的減速器和差速器集成為一個整體，通過2 個半軸來驅動車輪，如圖3所示，此種布置形式的整個傳動長度比較短，傳動裝置體積小，占用空間小，容易布置，可以進一步降低整車的質量。

2.3 機電一體化驅動布置形式

機電一體化布置形式，如圖4所示，該布置形式最大的特點是取消了機械式差速器，采用2 個電機，通過固定的減速器，分別驅動2 個車輪，每個電機的轉速可以獨立地調節控制，通過電子差速器來解決左右半軸的差速問題。此種布置形式使得電動汽車更加靈活，在復雜的路況上可以獲得更好的整車動力性能。由于采用電子差速器，傳動系體積進一步減小，節省了空間，質量也進一步減輕，提高了傳動效率。但是，由于增加了電動機和功率轉換器，增加了成本，且在不同條件下，對2 個電動機進行精確控制的可靠性，也需要進一步改進。

2.4 電動橋的驅動布置形式

電動橋驅動系統布置形式有2 種常見的結構，其中一種，如圖3所示，另一種是將兩部分驅動電機安裝在驅動橋內，并在輸出齒輪之間安裝差速器。這種安裝差速器的傳動方案和傳統汽車的傳動方案工作原理一樣，汽車直線行駛時，差速器不工作，汽車轉彎是通過差速器控制左右輪的轉速。在驅動電機輸出功率相同的情況下，雙電機的外形尺寸比單電機小得多。這種電動橋結構緊湊、機電集成度和傳動效率高，整車的布置和結構設計簡單。由于汽車行駛工況復雜多變，驅動電機要求較寬的轉矩變化范圍，這就要求較好的控制和較高的加工技術，電動橋內部的結構就變得復雜，成本也隨之增加。同時這種高度集成的傳動布置形式維修不方便，一般要采用整體拆裝來維修更換。

2.5 輪轂電動機驅動布置形式

輪轂電動機驅動布置形式，如圖5所示。

此種布置形式將驅動電機直接安裝在車輪上，進一步縮短了電機和車輪之間的機械傳動裝置。根據電機的轉速范圍不同，該布置形式又可以分為2 種情況：若采用高速內轉子電機，此種電機的工作轉速一般在10 000 r/min 左右，應在電機和車輪之間，采用固定速比的減速裝置來降低車速，一般采用高減速比的行星齒輪減速裝置，使其安裝在電動機輸出軸和車輪邊緣之間，如圖5a所示；若采用低速外轉子電機，則就可以去掉減速裝置，外轉子直接安裝在車輪邊緣上，如圖5b所示。由于這2 種電機一般采用永磁無刷電動機，具有很高的功率密度，比其它電動機性能更好[4]。

電動汽車動力傳動系統的布置形式，主要有以上5 種布置形式，而每種布置形式都具有各自的優點和缺點。綜上所述，1）2 種電機驅動布置形式雖然都占用很小的空間，能夠減少整車的質量，但是由于增加了設備，使整車的成本也有所提高；2）電動橋的驅動布置形式和輪轂電動機驅動布置形式，雖然結構設計簡單、驅動控制靈活，但卻都需要很高的加工技術和維修成本；3）傳統的機械驅動布置形式，由于可以在現有底盤上直接用電動機替換發動機，具有設計周期短、改動小及造價低的特點，更適合現在純電動汽車的驅動布置形式的需求。

3 結論

相比綜上幾種形式，機械驅動布置形式更適合轉速高、輸出轉矩小、控制技術簡單的驅動電機，并且在現有技術條件下就可以批量生產。雖然這種傳動系統無法滿足電動汽車的使用性能要求，但是只需合理地設計電動汽車傳動參數，便能有效地滿足整車的動力性和經濟性。因為電動汽車經常行駛在城市較好的路面上，且車流密度較大，車速經常在40～60 km/h，故采用兩擋變速比的傳動系是可行的。