0 引言

新能源汽车驱动电机的外特性曲线分为恒转矩区与恒功率区。在恒功率区（额定转速至最高转速），电机输出功率恒定，转矩随转速升高按反比下降，称为“恒功率区间转矩衰减”。

高速行驶或超车时，电机进入该区域，转矩衰减导致车轮驱动力降低，影响加速性能与最高车速。尤其在高速公路超车场景中，会明显延长超车时间，对行车安全与操控体验造成不利影响。

1 基于电机外特性曲线的“恒功率区间转矩衰减”问题量化分析

“恒功率区间转矩衰减”的本质，是驱动电机恒功率特性与车辆全工况动力需求之间的矛盾，可通过电机外特性曲线进行直观且可量化地描述。

如图1所示，某车型驱动电机在低转速时处于恒转矩区，转矩稳定；转速达到一定阈值后进入恒功率区，转矩随转速升高而下降。

图1 驱动电机(三相永磁同步)外特性曲线

1.1 量化分析

（1）转矩—转速曲线（T–n曲线）

在恒功率区，转矩与转速成反比关系：

式中，T为转矩；P为功率；ω为角速度；n为转速。由于功率P保持恒定，转矩T随转速n升高而下降。

（2）功率—转速曲线（P–n曲线）

在恒功率区，功率保持恒定，在坐标系中表现为水平直线。

以某车型为例：在0～3500r/min的恒转矩区内，电机转矩保持400N·m，功率随转速近似线性上升至约140kW。当转速超过3500r/min后，电机进入恒功率区，输出功率稳定在约145kW，而转矩严格遵循T=P_max/ω的双曲线规律随转速升高而下降。该特性转折点（3500r/min）标志着弱磁控制的介入：在此点附近转矩短暂抬升至约409N·m，功率同步达到峰值。

2 驱动电机“恒功率区间转矩衰减”问题测算推演

2.1 转矩衰减的多因素影响分析

新能源汽车驱动电机在恒功率区间的转矩衰减是复杂的多因素耦合结果，涉及电磁、热、机械等多物理场相互作用。除本文重点关注的气隙磁场调节、弱磁控制策略与磁路饱和等因素外，永磁体退磁、材料老化与机械磨损等同样会对转矩衰减产生显著影响。永磁体退磁是影响电机长期性能稳定性的关键因素之一。在高温、强去磁场或电枢反应等极端工况下，永磁体可能发生不可逆退磁，导致剩磁降低，从而降低气隙磁密并削弱输出转矩。有研究指出，当永磁体退磁率超过20%时，电机转矩可能下降30%以上，效率损失可达10%～15%。

材料老化方面，永磁材料的磁性能可能随时间逐步衰减，尤其在高温循环工况下，磁畴结构可能发生不可逆变化。此外，轴承磨损、转子动平衡破坏等机械因素会引发转矩脉动增大并导致效率下降。

需要说明的是，本文主要针对新能源汽车驱动电机在恒功率区间的典型运行工况进行讨论与优化设计。

2.2 最大转矩对应转速计算

本文以某国内新能源混动车型为例，对“恒功率区间转矩衰减”进行测算推演。

车型参数：P3电机功率200kW/315N·m，传动比10.5；轮胎规格245/50/R18（胎宽245mm，扁平比50%，轮毂直径18in）。

计算公式：电机最大转矩对应的转速=电机功率（kW）×9550÷最大转矩（N·m）

计算：电机最大转矩对应的转速=200×9550÷315≈6063r/min

2.3 最大转矩时的车速

轮胎直径=轮毂直径（in）×25.4mm/in+胎宽×扁平比×2=18×25.4+245×50%×2=0.7022m

轮胎周长=π×直径≈3.1416×0.7022≈2.206m

车速（km/h）=（电机转速×轮胎周长×60）÷（传动比×1000）=（6063×2.206×60）÷（10.5×1000）≈76.4km/h

由此可见，该车型在车速≤76.4km/h时，P3电机以315N·m最大转矩输出（恒转矩阶段），加速爆发力强；超过该车速后，电机进入恒功率阶段，转矩随车速升高逐步下降。

3“恒功率区间转矩衰减”原因分析与解决方向探索

由上述计算可知，当电机转速达到6063r/min时输出最大转矩，对应车速约为76.4km/h。低于该车速时，电机处于恒转矩区间，可维持315N·m峰值输出，提供良好的加速响应；而超过该车速后，电机进入恒功率区间，转矩随转速升高呈反比下降，导致中高速段加速性能明显衰减。这一特性源于永磁同步电机固有外特性限制，直接影响中高速超车能力与动力响应。

为更清晰地理解转矩衰减点之后弱磁控制的介入机理，可将驱动电机运行过程抽象为两个相互耦合的子系统：驱动子系统与“反电动势”生成子系统。

（1）驱动子系统：能量转换过程

其核心构成是定子通电绕组与永磁转子。当向定子三相绕组注入受控交流电时，将产生旋转磁场并牵引永磁转子同步旋转，从而将电能持续转换为机械转矩，实现车辆驱动功能。

（2）反电动势生成子系统：电压对抗过程

其构成同样是永磁转子与定子绕组，但关注点在于电磁感应过程。根据电磁感应定律，旋转磁场切割定子绕组会产生感应电动势，其方向总是阻碍驱动电流变化，因此称为“反电动势”。在低速阶段，驱动子系统占主导；而随着转速上升，反电动势随之线性增大，显著抵消驱动电压，使驱动电流难以继续注入，最终导致输出转矩下降，进入恒功率区间。

弱磁控制的核心策略，是在高转速阶段通过注入特定d轴反向电流主动削弱磁链，从而降低反电动势，释放电压裕度，使电机在电压极限下实现更高转速延展。

基于上述机理与工程实践，当前国内外新能源企业围绕三类动力技术路线（HEV/PHEV/EV）形成了三种差异化解决路径：HEV产品框架下的多能源耦合补偿、PHEV/EV单速电机的性能冗余与高效区扩展，以及EV车型依托多档变速器的系统级能效重构。

4 结合动力总成技术架构的差异化解决方案

4.1 HEV框架下的多能源耦合补偿

该方案依托多档变速器（如6AT）的转矩耦合能力，通过优化发动机介入时机与切换平顺性，并配合P1+P2双电机协同控制（如现代TMED-II），实现动力的无缝衔接。

以现代帕里斯帝搭载的54kW/264N·m的P2永磁同步电机为例，其外特性曲线显示约70km/h为发动机起动介入点。该切入点的建立通常基于“代价函数的多目标优化”方法，在V型开发流程框架下，以电机/发动机实测效率MAP、整车NVH与动力性数据为输入，通过离线仿真与实车标定，最终固化为HCU“基于规则的能量管理策略”中的关键标定值。

标定维度主要包括：（1）依据电机效率MAP，聚焦效率≥90%的高效区域；（2）依据发动机万有特性图，锁定BSFC最优区间；（3）结合主观NVH评价与客观测试数据（电机啸叫、发动机噪声、车速与负载等），避开电机高噪声区间（>7000r/min）与发动机中高噪声区间（>1500r/min），并综合平衡匹配区间；（4）决策过程是，当车辆状态进入MAP图的“混动”或“发动机直驱”区域时触发切换。70km/h可视为该多维空间中的关键剖面，在中等转矩请求与中等SOC条件下，一旦车速超过该值，系统输出将从“纯电”跃迁为“发动机介入”（见图2）。

图2 P2电机(三相永磁同步)与ENG动力耦合曲线

4.2 PHEV/EV（单速）电机性能冗余与高效区扩展

该路线通过提升电机自身性能（或采用超匹配策略）扩大高效区，从而弱化转矩衰减对用户体验的影响。本质上，是将整车多维空间（转矩请求、SOC、车速和NVH等）中的“转矩衰减剖面”向更高车速区域后移，使其落在用户难以感知或极少使用的速度区间之外。

以某新势力车企DriveONE前交流异步电机为例，其峰值功率165kW，额定功率约75kW，峰值转矩约360N·m、最高转速17000r/min，总减速比约9.5。该电机通过扁线绕组与油冷等技术实现高功率密度与高效散热。

车速计算公式为：

车速≈（电机转速，×60×π×车轮滚动半径）（总/减速比×1000）

将“转矩断层点”电机转速8500r/min代入计算，并结合轮胎滚动半径约0.36m，可得该转速对应车速约为150～160km/h，如图3所示。

图3 高基速驱动电机(三相异步)外特性曲线

该速度远高于日常驾驶的大多数合理速度区间。因此，在日常驾驶的“多维空间”内，转矩衰减剖面被后移至感知范围之外，从体验上实现“全域动力充沛”，显著弱化甚至消除普通用户在常规混动车上可感知的动力衰减问题。

4.3 EV车型依托多档变速器的系统级能效重构

某国际车企在其MMA平台CLAEV车型上，采用以多档变速器为核心的方案，通过重构传动系统效能，提升全工况效率与性能。该方案基于后桥集成双速变速器，主动管理P3永磁同步电机输出，将电机高效工作点对应至车速与负载需求，从而系统性地弥补转矩衰减并提高能效。

（1）应用层面CLA

后桥驱动模块将电机、两档变速器与控制器高度集成。其P3电机峰值功率175kW，峰值转矩约400N·m。其核心创新在于双速变速器结构，融合平行轴与行星齿轮结构优势，如图4所示。一档大传动比用于起步和强加速，二档小传动比用于高速巡航，各齿轮作用见表所示。

图4 行星齿轮机构

（2）系统工作逻辑

起步与强加速（一档）：挂入大传动比一档（i₁≈15）。假设电机峰值转矩拐点（即转矩衰减起点）为5000r/min，则对应车速约65km/h。此时轮端转矩被显著放大，可提供强加速能力。

巡航与高速（二档）：当车速升高且动力需求下降后，系统切换至小传动比二档（i₂≈8）。在同一转矩拐点（5000r/min）下，对应车速被后移至约120km/h。

通过可变传动比，系统将单一电机固定外特性曲线重构为两条更适配工况的曲线：低速强动力曲线与高速高效率曲线如图5所示。在日常驾驶的多维工况间中，通过智能换档策略使电机尽可能工作在高效转速区间附近，从而兼顾动力性与经济性。

图5 P3电机(三相永磁同步)外特性曲线

5 结语

驱动电机“恒功率区间转矩衰减”是因电机特性与车辆中高速动力需求不匹配所致。针对HEV、PHEV/EV（单速）和EV（多档）三类主流架构，行业形成三种代表性工程路径：HEV注重“系统协同”，通过发动机与电机耦合弥补动力缺口；PHEV/EV（单速）侧重“源头强化”，以提升电机性能、扩展高效区，使衰减移至用户低感知区间；EV（多档）强调“系统重构”，借助变速与智能换档策略调节电机工作点，兼顾低速动力与高速效率。三者选择取决于整车定位、成本及技术积累。

未来电驱动系统将走向融合化与平台化，高性能电机与多档传动可通过更高集成度与智能控制实现系统最优，竞争重点将从部件性能转向整车能效与智能控制的协同。

本研究存在一定局限：（1）基于特定车型与电机参数，推广至不同功率与结构时需重新校核模型；（2）试验仅覆盖部分典型工况，极端工况验证不足；（3）对材料老化与永磁体退磁等长期可靠性问题缺乏跟踪数据支持。

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