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第一电动月刊　　 顾建国　　 2012-06-08　　

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日本日产公司曾于1947年首次推出电动汽车(EV)，并从上世纪60年代开始积极研发，积累了十分丰富的电动车研发经验。聆风(LEAF)作为日产公司推行EV专项产品计划，从2010年12月开始，依次将其投向美国、欧洲及日本市场，计划从2012年度开始在全球主要地区实现量产。
　　聆风电机驱动的顺畅感觉以及全功率加速性能，使加速、巡航等多种工况下均具有令人吃惊的动力性、稳定性和超低的噪声。其中，小型、轻量化的驱动电机及减速器，同时具有大功率、高效率的实用特性。
　　特有的加速性能
　　LEAF以日产独自的电机控制技术，实现了任意加速的性能需求(图1)。其中最为突出的特性为：

　　

图1透视聆风电机

　　(1)快速的启动与加速。精确控制只有电机才有的特有驱动转矩，通过抵消驱动系统的扭转振动，实现了相当于3L排量汽油车的启动与加速性能。
　　(2)任意调整车速。利用只有电机才具有的响应性和控制性，根据加速器角度和车速精确控制转矩，使加速器角度-转矩特性成为线性的同时，赋予加速器根据车速变化的转矩变化，由此实现在驾驶中安全、及时地随意调整车速。
　　(3)持续加速的感觉。驾驶时如果超过设定值时，继续踩下加速踏板时，可以进入了持续加速度控制状态，可以享受到犹如飞机起飞时的推背加速感觉。

　　

图2透视聆风电机

　　电机的基本输出特性如图2所示。纵轴表示加速度，横轴表示时间。ICE为发动机排量为3L的加速性能曲线;蓝色曲线为无特殊技术控制的EV加速性能曲线。与二者相比，LEAF在起步、加速性能的表现方面，不仅起步快、动力足，而且提速过程及加速行驶都体现得非常平稳。

　　

图3透视聆风电机

　　图2表所表现的是起步性能优越及其特性范围，明确显示了与驱动电机特有的转矩特性相匹配的特点，重点说明的是起步加速度性好，体现了与低速挡、减速比的协同效应。
　　图3所表示的是驱动电机的转矩特性，可以概括地称之为速度越低、转矩越大;反之，转速越高、转矩越小。而在极端高速工况时，转矩趋向于零。由此得出结论：对于电动汽车，高效率的大传动比减速器必不可少、举足轻重。
　　驱动总成及其装配位置
　　LEAF电机驱动总成的基本结构如图4b所示。这款嵌入钕系永久磁铁的3相交流同步电机的型号为EM61。电机的工作电压为345V;最大输出功率为80kW(109ps)/2730～9800r/min;最大转矩280Nm(28.6kgfm)/0～2730r/min。
　　电机轴输出的动力直接输入减速器的主动齿轮，通过减速器齿轮的减速后，将动力传输到车轮。
　　总减速比为7.9377，相当于驱动电机旋转8圈、车轮旋转一圈。而同样级别的、搭载CVT变速器的颐达(TIDA)汽车，总减速比则为5.473。相比之下，由于LEAF驱动电动机的最高转速可达9800r/min，并且随着转速的不断上升，输出转矩亦将不断下降。可见，只有7.9377的大减速比，才能满足动力驱动系统的匹配要求。
　　与同类型传统内燃机汽车的动力总成相比，虽然省去变速器等传动部件，但是逆变器和电池等部件的增加，却使车辆的整备质量大约增加了200kg。
　　驱动总成就安装在相当于传统汽车的发动机舱内(图4a)。在初步设计阶段，曾有过后置、后驱动(RR)方式的提案。但是，从对应世界各地的碰撞安全试验基准的要求，加之整车布置和辅助设施配置、冷却性等方面综合考虑，最终确定的仍是现阶段的驱动总成前置方案。

　　

图4透视聆风电机

　　从车辆后方看过去，驱动总成的右侧放置驱动电机，左侧配置的是大传动比减速器(图5)。动力传递路线为：电机输出轴→减速器→终级齿轮→差速器→车轮驱动轴。虽然与发动机前置、前驱动(FF)汽车的布置大体相同，但与传统发动机汽车的动力总成相比，所占据的空间更小、结构变得更加紧凑。

　　

图5透视聆风电机

　　解剖驱动总成
　　LEAF驱动总成由驱动电机和减速器两部分组成(图6)。

　　

图6透视聆风电机

　　驱动电机由9极磁铁的转子和12极磁铁的定子构成(图7)。以小型化和降低价格昂贵的钕系永久磁铁为目的，采用了重视工作效率的最佳设计方案。具体技术对策是：
　　(1)将空气间隙缩小至0.5mm;
　　(2)为了减少电力损失和发热源部件的电涡流，采用了0.3mm厚的超薄型磁钢板;
　　(3)把构成每一个磁极的磁铁分割，通过每个磁极的小型化来抑制电涡流的产生。

　　

图7透视聆风电机

　　LEAF驱动总成没有变速器、只有减速器。减速器的型号为RE1F61A，主要技术参数如表所示。
　　LEAF减速器的作用旨在弥补电机转速升高后的转矩下降，并满足汽车使用工况和驱动电机的工作特性，减速器的总减速比接近于8。
　　图8的左下方表示汽车的前端(前进方向)，驱动电机的动力输出轴直接与一级减速器主动齿轮连接。工作时，可以在实现减速的同时增大输出轴转矩。动力输入齿轮前面的立轴及其联动装置，是用于停车的驻车制动器单元。

　　

图8透视聆风电机

　　图9为减速器各传动齿轮组的断面图。减速器的输入轴主动齿轮的齿数是17，被动齿轮齿数为31，故一级减速比为31/17=1.8235。一级减速的输出齿轮，即二级减速的主动齿轮齿数为17，被动(终级)齿轮齿数为74，所以二级减速比为74/17=4.3529。减速器的总减速比为这两个减速比数值的乘积。

　

图9透视聆风电机

　二级减速器被动(终极)齿轮的保持架内，装有与传统汽车相同的行星齿轮差速器，通过左右传动轴(半轴)驱动前轮转动。
　　减速器使用AFT来润滑，总容量仅为1.1L，这也为动力总成的轻量化做出了贡献。
　　目前，有观点认为：以国内现有的电机及其控制技术，足以使非轮毂电机的EV驱动系统中，既可以不用配置变速器，也可以不用安装减速器。从日产聆风的成功案例来看，这种观点可能值得商榷。

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