动轮半轴差速器半轴驱动轮中央驱动式动力总成从动轮从动轮逆变器驱动电机电池组驱动轮驱动轮逆变器驱动电机减速器减速器轮边驱动式动力总成从动轮从动轮逆变器电池组轮毂电机轮毂电机逆变器轮毂直驱式动力总成图纯电驱动电动汽车典型的动力总成拓扑结构基于目标分解的多学科优化方案优化架构选型方法是处理复杂系统设计与工程问题的重要手段之。

近年来，在航空航天交通运输海洋船舶等领域有着广泛的应用。

方法的主旨是综合多个学科各自优势进行分析与优化，同时，在各个学科之间建立有效地协同机制，通过不断的调节与平衡，使得系统的总体性能达到实现既定设计要求或系统最优解。

目前，常用的方法主要包括有协同优化，简称并行子空间优化，简称二级系统体化合成优化，简称等。

其中，年由美国密西根大学优化设计实验室首先提出的解析目标分解法，简称，基于系统部件分级思路，根据系统复杂程度不同，自上而下地将整个系统分解为系统层级子系统层级和部件层级等。

方法的分级级数原则上可以不受限制。

方法特别适合于解决类似汽车优化设计问题，即整车系统由众多子系统和部件组合而成，且子系统部件之间存在着相互耦合关系。

在架构的每个层级中，都包含有优化模型与分析模型。

其中，优化模型通过调用分析模型获得设计响应。

优化架构设计鉴于纯电驱动电动汽车的动力总成大都由驱动电机减速器传动轴驱动轮等部件组成，因此本文选用优化架构处理中央驱动式轮边驱动式和轮毂直驱式这三种动力总成的优化设计问题。

本文建立了层的优化设计架构，。

其中，系统层级主要用来处理纯电驱动电动汽车的性能能耗及动力总成的总成本。

而对于动力总成中最为关键的部件驱动电机，则在子系统部件层级中予以优化，。

图所示的是本文所建立的优化架构的层级示意图。

系统层级优化问题子系统部件层级优化模型动力总成能耗仿真模型车辆性能仿真模型动力总成成本计算模型电机成本计算模型优化模型分析模型图基于方法的动力总成优化架构系统层级优化问题根据上述架构的划分，本文使用软件进行优化架构设计。

其中，在系统层级中，主要分析与优化车辆的动力性能能量经济性与整个动力总成的制造成本等。

因此，对于系统层级中的优化模型和分析模型作如下处理。

优化模型在系统层级中，选用遗传算法，简称作为优化模型中的优化算法。

这主要是因为在系统层级的仿真模型中，复杂度高非线性强且不连续。

因此，基于启发式的进化算法更易于寻找到全局最优解解集。

而遗传算法是启发式进化算法中应用范围较广适用性较好的种优化算法。

将系统层级优化设计问题表述为在满足给定的车辆动力性能前提下，使得车辆的使用成本即耗电成本与动力总成的制造总成本最小化，如公式所示式中为设计变量组合，包括电机转子直径转子长度和传动比等，为车辆行驶年所需要支付的使用成本即耗电成本。

车辆平均每天的行驶里程为，以每年天记，则全年大约行驶万公里。

因为，纯电驱动的电动汽车电能取自电网，故电能价格按记。

为动力总成制造总成本，包括有电池组成本电机本体电机控制器及传动系统等成本。

其中，要求电池组在充满电的情况下，可以支持车辆行驶距离。

为车辆需要满足的动力性能要求，如表所示。

这些性能要求来源于年颁布实施的中国国家标准纯电动乘用车技术要求。

表整车性能指标加速时间加速时间爬坡度爬坡度最大爬坡度最高车速分析模型在系统层级中，基于遗传算法的优化模型需要通过调用分析模型，分别得到车辆的动力性能指标车辆使用成本和动力总成的制造成本。

因此，本文基于上述三个方面的述求，分别建立了与之相关的系列仿真模型。

对于车辆动力性能仿真模型，本课题基于表中所设定的项车辆动力性能要求，分别建立了相对应的车辆动力性能仿真模型。

选用本对比情况。

由于机械结构的简化，使得轮毂直驱式动力总成拓扑结构的传动系制造成本最低。

而机械结构最为复杂中央驱动式拓扑结构的传动系成本最高。

而从整体制造成本的对比中，可以发现轮毂直驱式电机的制造成本最高，而中央驱动式成本最低。

这说明，相比于中央驱动式拓扑结构而言，轮毂直驱式拓扑结构虽然较少了诸如减速器传动轴等机械部件，但是由于驱动电机数量性能等方面的提升，导致驱动电机部分的成本有大幅上升。

中央驱动式轮边驱动式轮毂直驱式，制造成本元传动系成本电机成本电池成本图三种拓扑结构的制造成本对比需要特别说明的是轮边驱动式和轮毂直驱式的电机制造成本都是由台电机构成，而中央驱动式则为台。

这主要是取决于动力总成的结构，本文的研究基于图所示的三种典型动力总成拓扑结构。

使用成本能耗的对比与分析图所示的是三种动力总成拓扑结构能耗成本使用成本对比。

从中可以发现由于减少了传动系的机械损失，使得轮毂直驱式动力总成拓扑结构拥有最好的能量效率，因而其在行驶相同距离的情况下，所消耗的电能最少。

这点，在图中也可以体现出来，因为能耗少，因而所需要装载的电池组就相对较少，电池组的制造成本也就较低。

但是，从能耗水平来说，三种拓扑结构相差不大。

这方面是由于中央驱动式动力总成拓扑结构中的机械传动系本身的传动效率就比较高。

另方面是因为中央驱动式的电机拥有比轮毂直驱式更加优越的工作环境，如良好的冷却条件，振动较低等，使得其可以长时间的范围内拥有比较高的工作效率。

中央驱动式轮边驱动式轮毂直驱式能耗万公里元图三种拓扑结构的使用成本对比驱动电机特性的对比与分析表所示的是三种动力总成拓扑结构驱动电机优化设计后的对比。

表驱动电机优化设计结果的对比名称单位中央驱动轮边驱动轮毂直驱传动比无电机转子直径电机转子长度电机最大输出功率电机最大输出扭矩因为没有减速器实施减速增扭的作用，轮毂直驱式动力总成的驱动电机最大输出转矩最大。

而如果考虑到轮边驱动式和轮毂直驱式都采用了双驱动电机结构，它们的功率储备比中央驱动式都要大。

这也是导致图中驱动电机的制造成本差异的原因所在。

结论本文针对纯电驱动的电动汽车动力总成进行了优化设计，并对不同拓扑结构进行了比较与分析，主要结论如下所述本文基于多学科优化的解析目标分解方法，构建了层的优化架构，综合考虑电动汽车动力总成的能耗动力性能与其制造成本。

轮边驱动式和轮毂直驱式动力总成拓扑结构在制造成本上要高于中央驱动式拓扑结构，其中主要原因是由于驱动电机成本的增加。

由于简化了传动系，使得轮毂直驱式动力总成拓扑结构的能量效率最高，因此其使用成本和电池组的制造成本也最低。

但是，其驱动电机的性能要求则因为没有减速器而大幅增加。

参考文献朱妮，欧阳明高，卢兰光，等中低速电动汽车盈亏敏感性分析汽车工程陈汉玉，左承基，滕勤，等增程型电动轿车动力系统的参数匹配及试验研究农业工程学报谷靖，欧阳明高，卢兰光，等微型纯电动汽车的系统构型与关键参数设计汽车工程褚文博，罗禹贡，赵峰，李克强分布式驱动电动汽车驱动转矩协调控制汽车工程姜哲，崔维成多学科设计优化算法比较及其在船舶和海洋平台设计上的应用船舶力学赵刚，江平宇面向大规模定制生产的制造单元目标层解分析优化规划模型机械工程学报吴蓓蓓，黄海，吴文瑞与方法对比及其在卫星设计问题中的应用计算机工程与设计纯电驱动车辆动力总成的优化与比较研究周丹，王斌上海交通大学，上海摘要纯电驱动电动汽车的动力总成拓扑结构类型众多。

本文采用多学科优化设计方法，对于典型的动力总成拓扑结构建立了基于解析目标分解方法的层优化架构。

其中，在系统层级，使用遗传算法，以电动汽车动力性能为约束，最小化电动汽车的能量消耗与动力总成的制造成本在子系统部件层级，使用序列二次规划算法，在满足系统层级所设定的驱动电机的性能要求的同时，最小化其制造成本。

使用建模方法，建立了驱动电机的参数化仿真模型。

结果表明轮毂直驱式动力总成拓扑结构在能耗与制造成本方面具有优势，但是对于驱动电机的性能要求要明显高于中央驱动式拓扑结构。

关键词目标分解电动汽车动力总成优化设计前言纯电驱动的电动汽车因为集成有大容量电池组，可以存储取自公共电网的电能，用来驱动车辆的行驶。

相比于传统的混合动力汽车，具有更加优越的节能减排效果和潜力，。

因此，近年来，纯电驱动电动汽车的技术开发与产业化备受瞩目。

纯电驱动的电动汽车类型主要包括有纯电动汽车插电式混合动力汽车和增程型电动汽车。

年，国务院发布的节能与新能源汽车产业发展规划年中明确提出以纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战略取向，当前重点推进纯电动汽车和插电式混合动力汽车产业化。

相比于内燃机，驱动电机具有体积小功率密度高等特点，同时驱动电机的布置位置与方式也非常灵活。

因此，纯电驱动电动汽车的电驱动系统拥有多种可能的组合方式，称之为动力总成拓扑结构。

以纯电动汽车为例，常见的动力总成拓扑结构包括有中央驱动式动力总成轮边驱动式动力总成和轮毂直驱式动力总成等，如图所示。

本文即以上述三种典型的动力总成拓扑结构为研究对象。

文献采用轮毂电机驱动方式用于微型纯电动汽车，主要研究了拓扑结构的构型和参数设计。

文献则主要通过多轮驱动转矩协同控制来解决车辆防滑工况时的纵向驱动转矩和加速度降低等问题。

但是，不同的动力总成拓扑结构对电动汽车的能量经济性制造使用成本车辆性能等方面的影响与分析的研究相对较少。

本文拟根据多学科优化设计方法，简称，对于中央驱动式轮边驱动式和轮毂直驱式这三种动力总成拓扑结构进行全面综合的分析与比较，重点研究不同的动力总成拓扑结构类型对于车辆性能能耗成本等方面影响。

从动轮从动轮逆变器减速器驱动电机电池组驱动轮半轴差速器半轴驱动轮中央驱动式动力总成从动轮从动轮逆变器驱动电机电池组驱动轮驱动轮逆变器驱动电机减速器减速器轮边驱动式动力总成从动轮从动轮逆变器电池组轮毂电机轮毂电机逆变器轮毂直驱式动力总成图纯电驱动电动汽车典型的动力总成拓扑结构基于目标分解的多学科优化方案优化架构选型方法是处理复杂系统设计与工程问题的重要手段之。

近年来，在航空航天交通运输海洋船舶等领域有