电动汽车减速器正向设计概述

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随着汽车工业的飞速发展,环境污染也日益严重,降低汽车有害气体污染物排放量，全球各个国家对于二氧化碳的排放量限值日渐收紧（如图1所示，来源于ICCT），开发新能源汽车是未来的主要发展方向。而电动车减速器的发展也直接推动电动车辆的发展,电动车减速器在影响电动车发展的关键点-续航里程和车辆性能上,能够起到关键的辅助作用。因此,对新能源汽车减速器的设计开发进行研究具有重大的现实意义。

本文在国家大力推动电动汽车的大背景下,简单探讨如何开发一款满足整车动力性、经济性、可靠性、安全性等及批量生产要求的减速器以及作为一名减速器工程师，我们都需要做哪些工作。本文主要是关于电动汽车减速器的设计概述，适合新入职的工程师入门使用。

图1. Global CO2 Regulatory Landscape

一、电动汽车减速器的发展现状

电动汽车的动力传动系统性能决定着电动汽车运行性能的好坏，是电动汽车的核心部分，减速器用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要。减速器结构紧凑，效率较高，传递运动准确可靠，使用维护方便，可以成批生产，因此应用非常广泛。

1. 减速器的工作原理

减速器一般用于低转速大扭矩的传动设备，把电动机、内燃机或者其它高速运转的动力通过减速机的输入轴上的齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的，普通的减速机也会有几对相同原理齿轮达到理想的减速效果。

减速机是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩，跟常规燃油版车型上的变速器一样达到减速增扭的目的。

速比=电机输入转速÷减速机输出转速(“速比”也称”传动比”)

知道电机功率和速比及使用系数，求减速机扭矩如下公式：减速机扭矩=9550×电机功率÷电机功率输入转速×速比×使用系数。

知道扭矩和减速机输出转速及使用系数，求减速机所需配电机功率如下公式：电机功率=扭矩÷9550×电机功率输入转速÷速比÷使用系数。

它的种类繁多，型号各异，不同种类有不同的用途。减速器的种类繁多，乘用车目前多使用齿轮减速机；按照传动级数不同可分为单级和多级减速机。

图2. 某减速器图示

2. 为什么需要减速器？

电机工作区（T-N曲线）是评价汽车电机性能一个重要的指标（图3. 某电机T-N曲线），高转速、大转矩以及宽广的恒功率调速范围是是目前电机设计者所共同追求的。跟燃油版汽车同理，匹配减速器可以使电机工作在更高效的转速区间，可以使系统拥有更宽的转速区间和更大的扭矩(图4.发动机与电机的特性曲线对比)。

n=60f/p

T=9550P/n

E=4.44fKΦ

图3. 某电机T-N曲线

如果电动汽车没有减速器的话，输出到轮的扭矩太小，尤其是爬坡等需要大扭矩的情况就很难满足了。而日常使用，绝大部分时间都是在平路上行驶，如果选大扭矩的电机，价格会极高，整车性价比就下去了。

车轮转速常用区间是0rpm（起步）到1000rpm（车速 100km/h左右），特别是城市里常有的50km/h的车速，（对应轮速500rpm）现在大部分民用电机，在这个转速区间并没有很高的效率，选择可以使用更高功率电机，通常意味着几倍的成本增加。齿轮箱主要作用是减速和增加扭矩，便是一个低成本的解决方案。

图4. 某电机与发动机的特性曲线对比

3. 减速器的技术路线有哪些？

目前市场上用一挡和二挡减速器的OEM比较多，但是二挡减速器的优势明显，开发难度较一挡存在较大的难度，变速器的很多资源可以拿来使用，同时也是电动车开发的趋势所在，下边介绍目前主流的几个路线方向：

1）同步器换挡（AMT)

同步器换挡的两挡变速器由输入轴，中间轴、差速器、一挡齿轮组、二挡齿轮组和同步器组成。其中输入轴与电机连接，轴上布置一挡和二挡的主动齿轮；中间轴布置一挡和二挡的从动齿轮以及主减主动齿轮；差速器实现左右车轮的差速行驶；同步器布置于中间轴两齿轮之间，有的结构也将同步器布置在输入轴上。同步器的换挡可通过电机控制或液压控制等，结构示意图如图5所示。