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引子：双电机？什么鬼 在山东电动汽车展会上，我碰到了一位很有意思的访客。他在展位上好奇的看看这，摸摸那，看着我欲言又止，似乎有点害羞。我过去主动和他聊了起来。原来他们企业刚开始搞电动汽车，老板让他设计一款车型，点名要双电机驱动后桥的形式。想在展会上看看有没有懂行的，交流一下。“双电机有什么好啊？把一台电机做大一点不就行了嘛？”可惜当时我对此也知之甚少，没法给他想要的答案。但他的两个问题却留在了我心里。 “为什么整车厂商要选用双电机驱动型式呢？” “双电机的结构是如何实现的呢?”
Figure1双电机结构想象图 探访特斯拉-双电机明星 为了搞清楚双电机到底是什么鬼，我决定来一次深入调查。说起双电机驱动，就不得不提特斯拉，他们的专利文献 介绍了一种双电机结构。他们称之为：“双电机差速器一体化结构”
Figure3双电机结构图-特斯拉专利 特斯拉的两台电机看上去长的一样，但却是有主次之分的。辅助电机的转矩转速外特性是比较平缓的，如下图所示一样，像一条水平线。主电机的外特性是典型的恒转矩恒功率外特性。两台电机的转矩相加后，构成了合成外特性。
Figure4双电机结构特性-特斯拉专利 特斯拉两台电机设计有明显区别，主电机提供主要的动力，其基速设置在转矩下降到95%位置处，大概7200rpm。辅助电机的基速设置为主电机的150%以上，超过了10000rpm。如此辅助电机的恒转矩范围就很宽，成了一个恒转矩源。他们是这样考虑问题的。
如此每台电机可以分工况优化，每台电机的高效区域可以充分利用，达到系统效率最优。 为什么要双电机驱动 现在我有点明白了什么是双电机驱动了，就是防止出现“大马拉小车”现象，如果是单电机系统，为了考虑爬坡或者高速等极端工况，电机往往选的比较大，而在实际运行过程中又经常工作在低速低载工作点，可能连最大转矩30%都不到，这样电机的效率不会高的，造成很大的能量浪费。下图为纯电动轿车在UDDS 循环工况下的电机工作点分布图。可以发现这种设计和实际的反差。
Figure5经常工作点和偶发工作点的对比 为了避免出现能量的浪费，设置两台电机，根据行驶工况，动态的选择是一个电机工作，还是两个电机一起工作。如此实现，“大马拉大载、小马拉小载”的优化效果。 为什么是一大一小两台电机 解决了一个问题，但另一个问题来了，为什么特斯拉选择一大一小两台电机，因为他们论证下来一大一小的配置的整体重量小于两台同样大小的电机。我画了三个图就能说明这个问题:
两台一模一样的电机合成的外特性
一大一小两台不一样电机合成外特性 第一幅图是两台一模一样的电机1组合，它们合成外特性为合成特性1，第二幅图是一台电机1和一台恒转矩辅助电机2组合，他们的合成外特性为合成2。
两种合成方式特性对比 对比合成1和合成2的特性，就会发现：在峰值功率点的转矩，合成1反而不如峰值2。也就说一大一小两类不同特性电机组合而成的高速性能，反而比两台同样大的电机更好。这是因为普通车用电机的弱点是：高速时由于电压约束，输出能力会明显下降。而恒转矩电机能以最少的成本，补偿普通电机的弱点，这叫差异化互补。 扩大探访-双电机家族成员 好奇是人类的天性，我们总是想更深入的去理解双电机。除了特斯拉，其他厂家是如何实现双电机结构的。慢慢的我们发现了更丰富，更全面的信息。构成了一幅双电机驱动的完整家谱。 远房兄弟 特斯拉双电机的远房亲戚可不是无名之辈，通过我的采访，至少发现了如下几位，都是鼎鼎大名。
轮毂电机当下炙手可热，一般是双电机结构，安装在前轮或者后轮上。轮毂电机的优点是一个电机驱动一个轮子。省略大量传动部件，让车辆结构更简单。
轮边电机和轮毂电机的思路很像，它可以说是轮毂电机的弟弟。轮毂是直接安装在轮子上，但这样转速就比较低，功率密度较小。轮边电机也是单独驱动轮胎，但是增设了一个减速器，这样转速得以提高。
轮边双电机的优点是：消机械差速装置有利于动力系统减轻质量，提高传动效率，降低传动噪声。 亲兄弟 轮毂电机和轮边电机是分布式驱动结构，而特斯拉双电机结构是集中式驱动结构，虽然都是“双”字辈，但其实血统还是有点远，所以只能算远房兄弟。那么特斯拉双电机亲兄弟是哪些呢，这就比较多了，可以分为三大类。 转矩耦合型 所谓转矩耦合，就是两个电机能够把力矩耦合在一起，实现转矩合成。但两台电机的转速不能合成，每台都必须达到高速。特斯拉就是转矩耦合型。其它的转矩耦合结构成员如下所示：
如图2.1 所示，这种结构是两个电机分开布置的，电机采用的是传统电机，每个电机接齿轮减速装置，两个电机的动力同轴输出，可以实现两个电机分别驱动以及两个电机的转矩耦合驱动，但输出的转速不能叠加。
转矩耦合型的优点在特斯拉上已经介绍过。简单的理解就是：如果把合成电机当作一台等效电机，那么这台电机就至少有三个高效区域，如上图的红绿蓝部分，而普通电机只有一个高效区域。但缺点是合成电机的高转速区时效率仍然比较低。 转速耦合型 要实现转速耦合就必须实现，两台电机的转速是能够叠加合成的。这里就需要一个关键机构，叫着行星减速器。行星齿轮分为太阳轮、行星架、行星轮。就像太阳系一样运转并实现了转速的叠加合成。
转速耦合型种类有很多，下图是一个比较典型的结构。它的特点是一个电机接太阳轮，另外一个电机接行星架，通过行星轮输出。
转速耦合型结构由两种工作模式，实现了合成等效电机转速和功率的扩展。带来的好处也可以通过高效区域增加来理解。通过转速合成，相当于合成等效电机额外拥有了一个高速高效区域。（下图中红色部分），如此实现了节能效果。明显这个兄弟比特斯拉双电机结构更高明一点。
转矩转速双耦合型 如果能够将两种耦合机构进行有效的组合，可以实现既有转矩耦合工作模式，又兼有转速耦合工作模式，能够形成多种工作模式的有效组合，更好的满足车辆多变行驶工况。
上图就是一种双耦合的结构，可以两台电机通过普通减速器连接，实现转矩叠加。也可以切换成行星减速器连接，实现转速叠加。如此可以组合出非常多的工况，相当于合成电机有了四个高效区域。如下图所示。
如此电机总是工作在高效区间，不但续航里程高。而且可以同时获得高转矩（转矩耦合特性），高转速（转速耦合特性）的等效特性。
可以说双耦合型结构是双电驱结构中的大哥大，是集大成者，但相应的结构也更复杂、控制算法也更复杂。需要通过复杂的算法去优化如何切换模式，达到性能最优。
总结：核心竞争力 通过对双电机家族的探索，我们发现双电机家族成员繁多，各有特点。我帮大家做个简单的家谱。如下图所示：
他们的共同基因就是拥有一项核心竞争力：“高效节能”。相比较单电机运行的系统，他们具备更多的高效区间。他们获得这种核心能力的策略是“差异化互补”。通过两台不同特型的电机，相互配合达到系统效率最优。就好比我们常说的团队合作，不要一味追求高手明星队员，有些时候团队成员能力互补更重要。 参考文献 Dual Motor Drive and Control sysetem for an electric vehicle US8453770B2 Tesla Motors 双电机驱动低速纯电动汽车研究肖寿高 纯电动大客车双电机行星耦合驱动系统综合控制与参数优化韩光伟 纯电动轿车双电机耦合驱动系统构型与控制策略研究张运昌 双驱纯电动汽车动力传动系统设计与仿真 李健彰 双驱电动汽车动力传动系统参数匹配与仿真研究 陈宗波 来源：电机产品技术前哨 |
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