电驱动系统设计与性能优化：原理、开发与工程实践

1. 覆盖电驱动系统核心技术原理和研发全链条
本书围绕新能源汽车电驱动系统，从系统概念到结构组成，从润滑冷却、NVH控制、机电耦合动力学、控制性能、到测试评价和工程优化案例，构建了较为完整的知识体系，帮助读者系统掌握电驱动系统设计与性能优化的关键内容。
2. 完整诠释“机理—建模—优化—验证”的工程开发逻辑
本书从工程问题出发，围绕效率提升、温升控制、振动噪声优化、可靠性验证等实际需求，按照机理分析、模型建立、仿真优化、测试验证的路径展开，希冀读者将理论知识转化为工程应用。
3. 贯通多学科协同与测试评价，形成设计开发闭环
涉及机械工程、电机与电气、信号处理、工程热物理、现代电机控制等多学科领域，本书将系统阐述电驱动系统基本性能、安全防护、可靠性、EMC/NVH特性等内容，体现了“以测试支撑设计、以验证促进优化”的现代电驱动开发工程理念。
4. 贴近产业一线，具有较强实践参考价值
书中结合典型工程案例，展示了从问题识别、机理分析、到优化改进和效果验证的完整过程，可为新能源汽车电驱动系统研发、试验、生产和质量改进提供参考。

本书系统阐述了电驱动系统的设计原理、性能优化方法与工程实践，构建了涵盖“设计-优化-测试-验证”全流程的完整技术体系。全书共分7章，首先从电驱动系统的基本概念、系统种类入手，随后深入剖析电驱动系统效率的构成要素与优化方法，包括永磁同步电机的损耗机理、控制器损耗建模及减速器功率损失分析；在此基础上，详细论述了电驱动系统的润滑冷却理论与热管理策略，涵盖传热理论、温度场计算建模及多工况温升分析；针对电驱动系统NVH性能，系统阐述电磁噪声、齿轮啮合噪声的产生机理、控制策略及声品质评价方法，并创新性地引入机-电-控耦合动力学分析与减振控制算法；此外，本书还系统介绍了电动汽车电驱动系统的测试评价体系，包括特性测试、安全验证、可靠性评估及电磁兼容性测试。最后，本书通过多个典型工程案例，完整展示从问题识别到优化验证的全过程。本书兼具理论深度与工程实用性，不仅系统推导数学模型和控制原理，更注重解决实际工程问题。
本书适用于电驱动系统相关领域的工程技术人员和研发人员，汽车企业产品开发、测试验证和质量管理人员，科研院所从事电驱动技术研究的科研人员学习参考，也可作为高校车辆工程和电气工程等相关专业的研究生和高年级本科生的参考书。

本书由重庆理工大学郭栋教授领衔，聚合高校科研骨干何联格、葛帅帅、沈启平与企业技术专家刘子谦、邱子桢、张霄霆共同编著。该团队长期深耕新能源汽车电驱动、特种永磁电机及NVH开发，依托产学研用协同，承担国家级/省部级课题多项，并获得多项科技奖励。

编委会
序言
前言
第1章　电驱动系统概述1
1.1　电驱动系统概念1
1.1.1　电驱动系统的基本定义1
1.1.2　电驱动系统的组成部分2
1.1.3　电驱动系统的应用领域3
1.2　电驱动系统种类4
1.2.1　纯电动电驱动系统4
1.2.2　插电式混合动力电驱动系统5
1.2.3　增程式电驱动系统6
1.2.4　分布式电驱动系统7
第2章　电驱动系统效率分析9
2.1　车用电驱动系统的结构与原理9
2.1.1　永磁同步电机的结构和原理9
2.1.2　电机控制器结构和原理14
2.2　永磁同步电驱动系统的损耗分析18
2.2.1　永磁同步电机的损耗分析18
2.2.2　电机驱动器的损耗分析20
2.3　径向磁通电机损耗分析与优化23
2.3.1　永磁同步电机铁耗计算模型简介23
2.3.2　基于转子磁场优化的铁耗抑制24
2.4　双转子单定子油冷轴向磁通电机损耗分析与优化29
2.4.1　双转子单定子轴向磁通电机简介29
2.4.2　电气损耗分析与抑制30
2.4.3　机械损耗分析与抑制33
2.4.4　结构参数对效率的影响分析36
2.4.5　定子材料对效率的影响分析37
2.4.6　效率综合优化及实验验证38
2.5　减速器功率损失分析40
2.5.1　减速器功率损失理论分析40
2.5.2　减速器功率损失建模46
2.5.3　减速器功率损失参数影响规律分析52
第3章　电驱动系统润滑冷却性能62
3.1　整车对电驱动润滑冷却设计需求63
3.1.1　整车对电驱动润滑设计需求64
3.1.2　整车对电驱动冷却设计需求65
3.2　电驱动润滑理论67
3.2.1　电机润滑理论67
3.2.2　减速器润滑理论68
3.3　电驱动润滑分析69
3.3.1　电机润滑分析69
3.3.2　减速器润滑分析70
3.4　电驱动传热理论71
3.4.1　电驱动导热理论71
3.4.2　电驱动对流传热理论72
3.5　电驱动温度场计算建模方法72
3.5.1　电驱动温度场计算建模方法分类及简介72
3.5.2　控制器温度场计算建模方法73
3.5.3　电机温度场计算建模方法75
3.5.4　减速器温度场计算建模方法80
3.6　电驱动热管理策略概述84
3.6.1　被动热管理84
3.6.2　主动热管理84
第4章　电驱动系统NVH性能86
4.1　电驱NVH基础86
4.1.1　振动学基础86
4.1.2　声学基础91
4.1.3　声品质基础97
4.1.4　结构模态分析104
4.2　驱动电机NVH性能开发113
4.2.1　径向电磁力理论分析113
4.2.2　切向电磁力及脉动转矩理论分析120
4.2.3　电磁力的NVH影响规律128
4.3　齿轮传动系统NVH性能开发133
4.3.1　渐开线齿轮啮合特性133
4.3.2　齿轮传动系统振动分析模型144
4.3.3　齿轮啮合刚度激励147
4.3.4　齿轮误差激励156
第5章　电驱动系统控制性能169
5.1　电驱动系统机电耦合动力学分析169
5.1.1　电驱动系统机电耦合动力学建模169
5.1.2　稳态工况下电驱动系统机电耦合动力学分析178
5.1.3　瞬态工况下电驱动系统机电耦合动力学分析186
5.2　稳态工况下电动汽车电驱动系统减振控制策略190
5.2.1　最优谐波电流注入量计算190
5.2.2　基于最优谐波电流注入的转矩脉动抑制控制策略192
5.2.3　谐波抑制结果分析192
5.3　瞬态工况下电动汽车电驱动系统减振控制策略195
5.3.1　冲击工况下电流补偿减振控制原理195
5.3.2　基于PI电流补偿的减振仿真分析196
5.3.3　基于自抗扰电流补偿的减振结果分析198
第6章　电动汽车用驱动系统电机系统测试与
评价技术204
6.1　驱动电机系统标准体系与一般性测试项目204
6.1.1　电机标准体系与标准间逻辑关系204
6.1.2　电动汽车用驱动系统电机系统标准体系205
6.1.3　电动汽车用驱动系统电机系统一般性测试项目208
6.2　驱动电机系统输入输出特性测试方法213
6.2.1　工作电压范围213
6.2.2　转速/转矩-功率特性213
6.2.3　效率试验217
6.2.4　控制精度试验222
6.2.5　堵转特性试验223
6.3　驱动电机系统安全保护与转矩安全测试方法224
6.3.1　电位均衡检查224
6.3.2　保护功能试验225
6.3.3　基于硬件在环故障注入的转矩安全研发性测试227
6.3.4　转矩安全研发性测试应用领域230
6.3.5　面向整车级动力域功能安全研发性测试232
6.4　电驱动系统可靠性和环境适应性测试方法234
6.4.1　高低温性能测试方法234
6.4.2　电驱动系统耐振动、耐机械冲击测试方法235
6.4.3　电驱动系统湿热、防水防尘、盐雾、冰水
冲击试验方法246
6.5　电驱动系统电磁兼容测试方法与评估250
6.5.1　电驱动系统电磁兼容标准体系250
6.5.2　电驱动系统电磁兼容测试环境252
6.5.3　电驱动系统电磁兼容测试方法256
6.5.4　电驱动系统电磁兼容测试结果与评估267
6.6　电驱动系统NVH性能测试与声品质评估272
6.6.1　电驱动系统NVH测试条件273
6.6.2　常见NVH辅助性试验276
6.6.3　电驱动系统声品质评估与实例279
6.6.4　电驱动系统先进声品质评价与预测方法282
第7章　电驱动系统优化案例286
7.1　提升某电驱动档位齿轮二倍频下线合格率286
7.1.1　问题识别286
7.1.2　档位二倍频机理分析288
7.1.3　因果关系模型290
7.1.4　因子验证291
7.1.5　优化改进295
7.1.6　效果验证300
7.2　广域高效电驱动系统的效率优化案例302
7.2.1　软件介绍302
7.2.2　仿真实例302
7.2.3　小结305
7.3　电驱动系统三维温升特性研究案例306
7.3.1　引言306
7.3.2　模型建立及简化307
7.3.3　边界条件307
7.3.4　移动粒子半隐式法308
7.3.5　传热学原理分析309
7.3.6　电驱动系统流场计算310
7.3.7　电驱动系统温升特性311
7.3.8　基于典型工况的电驱动温度场试验验证315
7.3.9　小结317
参考文献　318