电动汽车传动方案的选择*

徐威 张若平

（上海工程技术大学）

加快培育和发展节能汽车与新能源汽车，既是有效缓解能源和环境压力、推动汽车产业可持续发展的紧迫任务，也是加快汽车产业转型升级、培育新的经济增长点和国际竞争优势的战略举措[1]。底盘传动系统作为电动汽车主要系统之一，对电动汽车的机械效率、整车结构布置、行驶性能与汽车维修等有着重要的影响。我国目前动力电池和其他一些关键性技术还没有取得有效的突破，动力电池的续航里程和充电时间大大制约了电动汽车的发展和普及，因此在电池问题解决之前，如何合理地选择传动方案将是现阶段需要解决的问题。

1 驱动方式的选择

电动汽车动力设备由电池、充电器、电源控制设备及驱动电机组成，如图1所示。其比普通汽车发动机的布置位置更加灵活多样，既可组合，也可以分开，使整车质量分配得更加合理且结构更加紧凑，完全突破了普通汽车发动机位置相对固定的设计方案。文章不考虑对电池、电源控制设备的布置位置，仅对驱动轮布置方式进行初步探讨[2]。

1.1 前驱动方式

前驱动方式使整车结构紧凑，有利于其他总成系统的安排，在转向和加速时行驶稳定性较好。缺点：上坡时前轮附着力减小，易打滑；前轮驱动兼转向，结构复杂，使汽车维修不便。同轴机电集成式、电动桥及电动轮式的传动系统均可作前驱动。中级及中级以下的电动轿车选择前驱动方式比较合适。

1.2 后驱动方式

后驱动方式是传统的布置方式，适合中高级电动轿车和各种类型电动客货车，有利于车轴负荷分配均匀，汽车操纵稳定性、行驶平顺性比较好。

1.3 全驱动方式

1）全驱动方式其中一种方案是采用同一种的传动系统，其优点是制造工艺单一，有利于几种力量进一步开展技术研究与产品开发，便于提高汽车维修技术，特别是采用电动桥或电动轮传动的汽车，其改装与变型十分方便。2）另一种方案是采用2 种不同的传动系统，即一轴一种传动系统的全驱动方案，其特点是有利于优化和灵活采用不同的传动系统，更好地满足电动汽车使用性能的要求，但要求制造厂家具备综合、全面的研制能力，且汽车结构复杂，不利于降低传动系统的成本，维修工艺复杂。

2 动力传动系统布置

电动汽车在进行动力传动系统布置时，根据电气系统和机械传动系统的不同组合，动力传动系统的布置形式主要有以下几种[3]。

2.1 机械驱动布置形式

机械驱动布置形式与传统汽车的布置形式基本相同，通常是在传统汽车的基础上改装而成的，根据电动汽车有无离合器，可分为2 种形式，如图2所示。图2a为带有离合器的机械驱动布置形式，该形式的纯电动汽车的变速器通常有2～3 个挡位，其在变速器换挡过程中，可以起到中断动力，降低换挡冲击的作用。图2b中电动机直接通过传动轴与固定速比的减速器相连，该种布置形式减少了传动系的质量，可以进一步减少传动装置的体积。

2.2 机电集成驱动布置形式

机电集成驱动布置形式把电动机、固定速比的减速器和差速器集成为一个整体，通过2 个半轴来驱动车轮，如图3所示，此种布置形式的整个传动长度比较短，传动装置体积小，占用空间小，容易布置，可以进一步降低整车的质量。

2.3 机电一体化驱动布置形式

机电一体化布置形式，如图4所示，该布置形式最大的特点是取消了机械式差速器，采用2 个电机，通过固定的减速器，分别驱动2 个车轮，每个电机的转速可以独立地调节控制，通过电子差速器来解决左右半轴的差速问题。此种布置形式使得电动汽车更加灵活，在复杂的路况上可以获得更好的整车动力性能。由于采用电子差速器，传动系体积进一步减小，节省了空间，质量也进一步减轻，提高了传动效率。但是，由于增加了电动机和功率转换器，增加了成本，且在不同条件下，对2 个电动机进行精确控制的可靠性，也需要进一步改进。

2.4 电动桥的驱动布置形式

电动桥驱动系统布置形式有2 种常见的结构，其中一种，如图3所示，另一种是将两部分驱动电机安装在驱动桥内，并在输出齿轮之间安装差速器。这种安装差速器的传动方案和传统汽车的传动方案工作原理一样，汽车直线行驶时，差速器不工作，汽车转弯是通过差速器控制左右轮的转速。在驱动电机输出功率相同的情况下，双电机的外形尺寸比单电机小得多。这种电动桥结构紧凑、机电集成度和传动效率高，整车的布置和结构设计简单。由于汽车行驶工况复杂多变，驱动电机要求较宽的转矩变化范围，这就要求较好的控制和较高的加工技术，电动桥内部的结构就变得复杂，成本也随之增加。同时这种高度集成的传动布置形式维修不方便，一般要采用整体拆装来维修更换。

2.5 轮毂电动机驱动布置形式

轮毂电动机驱动布置形式，如图5所示。

此种布置形式将驱动电机直接安装在车轮上，进一步缩短了电机和车轮之间的机械传动装置。根据电机的转速范围不同，该布置形式又可以分为2 种情况：若采用高速内转子电机，此种电机的工作转速一般在10 000 r/min 左右，应在电机和车轮之间，采用固定速比的减速装置来降低车速，一般采用高减速比的行星齿轮减速装置，使其安装在电动机输出轴和车轮边缘之间，如图5a所示；若采用低速外转子电机，则就可以去掉减速装置，外转子直接安装在车轮边缘上，如图5b所示。由于这2 种电机一般采用永磁无刷电动机，具有很高的功率密度，比其它电动机性能更好[4]。

电动汽车动力传动系统的布置形式，主要有以上5 种布置形式，而每种布置形式都具有各自的优点和缺点。综上所述，1）2 种电机驱动布置形式虽然都占用很小的空间，能够减少整车的质量，但是由于增加了设备，使整车的成本也有所提高；2）电动桥的驱动布置形式和轮毂电动机驱动布置形式，虽然结构设计简单、驱动控制灵活，但却都需要很高的加工技术和维修成本；3）传统的机械驱动布置形式，由于可以在现有底盘上直接用电动机替换发动机，具有设计周期短、改动小及造价低的特点，更适合现在纯电动汽车的驱动布置形式的需求。

3 结论

相比综上几种形式，机械驱动布置形式更适合转速高、输出转矩小、控制技术简单的驱动电机，并且在现有技术条件下就可以批量生产。虽然这种传动系统无法满足电动汽车的使用性能要求，但是只需合理地设计电动汽车传动参数，便能有效地满足整车的动力性和经济性。因为电动汽车经常行驶在城市较好的路面上，且车流密度较大，车速经常在40～60 km/h，故采用两挡变速比的传动系是可行的。