重卡双电机动力驱动系统分析与设计.pdf

许坤

1双电机驱动系统分析

与传统商用车相比，新能源商用车以驱动电机和电池包代替发动

机作为动力源。在传统方案结构上，纯电驱动系统在整车空间需

求上与发动机相比有增无减，需要结构更加紧凑。在传统方案性

能方面，电机的效率区间比柴油发动机和汽油发动机更广，且效

率更高。冷却方案上，发动机的风冷系统显然不适用该系统，而

水冷电机在结构上空间占用率大。因此，该系统直接采用主动油

冷和热交换器增加冷却效果。换挡方案上，传统的机械式自动变

速器（AutomatedMechanicalTransmission，AMT）在选换

挡时，由于发动机或者新型商用车变速器的单电机为唯一动力

源，整车进行升降挡时，同步滑套或同步器必须进入中间位置进

行换挡，导致整车存在动力中断。因此，该方案采用双电机驱动，

同时采用双中间轴布置，在整车换挡时，若其中一边中间轴上的

滑动齿套处于中间位置（无动力传输）时，另一边中间轴的滑动

齿套仍然处于挡位状态（另一电机提供动力），仍然可为整车提

供动力。电气方案上，双电机驱动系统的控制单元与整车的控制

单元采用同类型控制信号传递，更加便捷，可行性高。

2双电机驱动系统设计

双电机驱动系统电驱动自动变速器（ElectricdriveMechanical

Transmission，EMT）主要包括双电机、变速箱、变速箱控制单

元（TransmissionControlUnit，TCU）以及电机控制器

（MicroControllerUnit，MCU）。

变速箱又包括换挡机构、取力器、各类传感器、电子油泵以及机

械油泵等。如图1所示，此系统采用多合一的机械传动方案，双

电机输入轴同变速箱输入轴通过内外花键连接，整体布局结构为

双中间轴式。

取力器采用传统的同步滑套式取力，取力方式为气动取力，输出

法兰式。换挡机构设置在变速箱后方，采用气动式换挡。气压气

路设置与取力器具有一致性。

系统冷却（包括双电机）采用整体油冷，机械泵设置在总成后方，

电子泵设置在电机下方。

TCU设置在变速箱上方，采用变速箱单独控制模块，通过控制器

局域网络（ControllerAreaNetwork，CAN）通信，可接收来

自电机控制器的相关信号、输出换挡位置（设置有位置传感器）

信号以及转速信号（变速箱输出轴位置设置双通道转速传感器）。

2.1传动方案设计

2.1.1双电机驱动系统输出力的需求计算

根据主机厂整车基本参数列表和性能指标参数列表进行输出力的

计算。31T级牵引车基本参数和31T级牵引车设计性能分别如表

1和表2所示。

根据车辆动力学，汽车风阻计算公式为

式中：爬坡车速的单位为m·s-1，将车速换算为km·h-1，

则需要在分母上乘以3.62；ρ为空气密度，取1.206kg·m-3。

于是，计算得近似公式为

结合式（2）及车辆动力学公式，得

经过运算，得Fi,max为90800N。

2.1.2驱动电机参数需求计算

纯电牵引车采用直驱电机加传统后桥方案，同时采用高速电机

（10000r·m-1）兼顾极限车速与较大爬坡度需求，开发纯电重

卡专用双电机动力驱动系统2EMT，设计i=4.9、i=4.5、

R常

i=3.6、i=1.4。

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根据整车基本参数列表及设计性能列表，计算电机需求峰值转速

于是，计算可得Nm,max为9683r·m-1。

根据整车基本参数列表及设计性能列表，计算电机需求峰值扭矩

于是，计算可得Tm,max为578N·m。

结合电动重卡的应用场景与计算结果，设计2EMT参数如表3所示。

2.2传动方案分析与验证

齿轴材料及其热处理方式是影响齿轴承载能力和使用寿命的关键

因素，也是影响齿轴生产质量和成本的主要环节。选择齿轴材料

及其热处理时，要综合考虑齿轮的工作条件（如载荷性能的大小、

使用工况等）、加工工艺材料来源及经济性等因素，使齿轴在满

足性能要求的同时最小化生产成本。

应用于新能源变速箱的齿轴材料通常有20CrMnTi（分为

20CrMnTiH、20CrMnTiHH、20CrM