0 引言

电驱动系统作为新能源汽车的核心动力部件，其性能直接影响车辆的行驶效率、续驶里程及可靠性。在电驱动系统中，减速器承担动力传递与转速匹配的关键功能，其运行状态对整机性能具有重要影响。

在大功率水冷电驱动系统中，输入端高转速运行属于常见工况之一。然而，在高速运行条件下，减速器温升问题尤为突出。减速器温升主要来源于齿轮啮合摩擦、轴承摩擦，以及润滑油的剪切损耗与搅油损耗等。其中，搅油损耗在高速工况下更为显著：润滑油在高速旋转的齿轮与轴承间被持续搅动，会产生大量热量，从而进一步加剧减速器温升。温升过高不仅会降低润滑油性能、削弱材料强度，还可能引发热变形、部件损坏及传动效率下降，严重影响系统可靠性与使用寿命。

本文以某大功率水冷电驱动系统减速器为研究对象，结合试验测量与理论分析，系统研究了高速工况下减速器温升机理及影响因素，重点分析了搅油损耗与散热环境对温升的影响。同时，提出了包括齿轮设计优化、润滑系统改进以及散热结构优化在内的多项方案，并通过热—机耦合仿真与试验验证对优化效果进行评估，为降低减速器温升、提升系统效率与可靠性提供理论支持与工程参考。

针对某新能源车型匹配的水冷电驱动系统，当输入转速达到17500r/min、车速达到245km/h时，减速器温度过高，无法满足整车需求。本文以该减速器温升过高问题为例开展研究，并提出相应解决方案。

1 温升过高分析

通过对该电驱系统建模仿真及试验验证，对电驱动系统减速器高速端进行深入分析，确认温升过高的主要原因。

1.1 建模仿真

减速器工作过程中，温升受效率、壳体热导率、工作环境及整车路况等因素影响。本文使用GT软件对减速器整车工作状态进行建模仿真，分析其工作温度。

1.1.1 仿真需求1：工作环境

对减速器工作及散热环境进行仿真，计算不同车速下的散热曲线，如图1所示。散热能力主要受到车速对应风速、底盘结构布置、电机及电池热源等因素的影响。

图1 不同条件下散热曲线

1.1.2 仿真需求2：壳体热导率

壳体材料按ADC12设计，其导热系数取80～100W/(m·K)作为输入参数。通过输入不同车速并运行温升仿真模型，获得不同车速下减速器油温变化趋势，如图2所示。

图2 减速器油温曲线

仿真结果表明，减速器在不同车速下的温升差异明显。结合整车实际运行工况，通过对比不同车速仿真结果，选取能够反映高速热特性的车速区间作为高速循环工况，并对该工况进行再次仿真，得到高速循环温升曲线，如图3所示。

图3 高速循环温升曲线

总结以上数据，按原设计方案，在高速循环工况下减速器温度超过160℃。该温度水平会显著影响减速器使用寿命，并提高减速器高温可靠性设计难度。因此，有必要对减速器温升来源及高温影响进行进一步分析。

1.2 高速端温升来源及高温影响

仿真数据表明，减速器在高速阶段温升明显增大。通过改变仿真参数进行对比分析发现，高速端损耗对温升影响显著。进一步对减速器高速端损耗进行仿真分析，得到损耗分布情况，如图4所示。

图4 减速器损耗分布

同时，高速工况下整车散热环境对温升影响同样明显，即高速端效率损耗产生的热量难以及时散出。基于此，对高速段环境下减速器散热传递路径进行分析与仿真，结果如图5所示。

图5 油温传递到壳体速度(左)及壳体散热到空气速度（右）

由图4可知，高速段损耗主要集中在齿轮啮合损耗、轴承摩擦损耗及搅油损耗，是高速段高温的主要热源。随着油温升高，齿轮、轴承及油品性能均会受到影响；同时，减速器零部件在高温下工作易产生热变形、烧蚀及寿命降低等风险。针对高速段效率损耗问题，已另行完成效率提升与优化研究，本文不再展开讨论。

由图5可知，当高速段油温升高后，热量可较快传导至减速器壳体，但受底盘结构约束、高速风速分布和电机热传递等因素影响，壳体向空气散热的效率相对较低，导致散热成为温升控制的主要瓶颈。因此，本文主要针对散热能力不足问题开展分析与优化。

2 减速器高温改善措施

2.1 方案优化及分析

基于上述仿真分析，为提升减速器壳体散热能力并充分利用整车冷却资源，本文对减速器散热结构进行优化：在减速器壳体底部增加水冷散热腔体结构，并使其与整车冷却回路连通，通过冷却液循环快速带走壳体热量，从而提升高速工况下散热效率，降低减速器温升。

对冷却腔体结构进行三维建模与仿真分析，得到壳体散热分布结果，如图6所示。

图6 壳体散热分布

结果表明，在给定条件下模拟高速车辆行驶工况，该冷却腔体可带走约1kW的热量。为进一步验证优化方案的实际效果，本文对该结构开展进一步仿真分析，并制作样件进行装车测试。

2.2 试验验证

在相同输入条件下，对仿真结果与整车实测数据进行对比校核，结果如图7所示。不同车速下测得的减速器油温变化趋势与仿真结果基本一致，说明仿真模型具有较高准确性。

图7 仿真与实测减速器温升曲线

进一步对高速循环工况下的优化结构效果进行对比分析，结果如图8所示：未增加水冷腔体结构前，减速器在该工况下温度超过160℃，将显著降低产品使用寿命；增加水冷散热结构后，减速器温度降低至约120℃，处于可控范围并满足减速器设计标准要求，同时显著降低了高温可靠性设计难度，可满足使用寿命需求。

图8 测试温度对比

3 总结

本文针对某大功率水冷电驱动系统减速器在高速工况下出现的温升过高问题，开展了理论分析、建模仿真与试验验证相结合的系统研究。首先，基于GT软件构建包含减速器效率、壳体热导率及整车工作环境等因素的热—机耦合仿真模型，准确复现高速循环工况下的温升特性，识别出温升主要来源于高速端齿轮啮合损耗、轴承摩擦损耗及搅油损耗，并明确散热瓶颈集中在壳体向环境空气的散热路径。随后，针对散热环节提出在减速器壳体底部集成与整车冷却回路连通的水冷腔体结构优化方案，并通过三维仿真分析验证其散热能力。最终，通过制作样件并开展实车测试，将仿真结果与实测数据进行对比校核，验证了优化方案的有效性。试验结果表明，增加水冷散热结构后，减速器在高速循环工况下的最高温度由超过160℃显著降低至约120℃，降幅超过40℃。该优化不仅使温度水平满足设计标准与使用寿命要求，还改善了热分布均匀性，显著提升了系统可靠性与运行效率。研究成果为解决同类电驱动系统高速减速器温升问题提供了从问题诊断、方案设计到试验验证的完整方法与工程参考。

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