新能源汽車(chē)技術(shù) 第2版 課件 項(xiàng)目6、7 新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)

新能源汽車(chē)技術(shù)項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.1概述電動(dòng)汽車(chē)通過(guò)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并通過(guò)傳動(dòng)裝置或直接將能量傳遞到車(chē)輪，從而使車(chē)輛按照駕駛?cè)艘庠感旭?。電?dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，其在電動(dòng)汽車(chē)上的具體作用是在駕駛?cè)瞬倏v控制下，將動(dòng)力蓄電池組的電能轉(zhuǎn)化為車(chē)輪的動(dòng)能，并在車(chē)輛制動(dòng)時(shí)把車(chē)輛的動(dòng)能再生為電能反饋到動(dòng)力蓄電池中。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.1概述根據(jù)GB/T19596，驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)是指驅(qū)動(dòng)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器及其工作必需的輔助裝置的組合。電機(jī)是指將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，它具有能做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部件，是一種依靠電磁感應(yīng)而運(yùn)行的電氣裝置。電動(dòng)機(jī)是指將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電機(jī)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)是為車(chē)輛行駛提供驅(qū)動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)。電機(jī)控制器是控制動(dòng)力電源與電機(jī)之間能量傳輸?shù)难b置，由控制信號(hào)接口電路、電機(jī)控制電路和驅(qū)動(dòng)電路組成。6.1.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)的定義項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.1概述用于電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)與常規(guī)的工業(yè)電動(dòng)機(jī)不同。電動(dòng)汽車(chē)用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)通常要求頻繁起動(dòng)、停車(chē)、加速、減速，低速或爬坡時(shí)要求高轉(zhuǎn)矩，高速行駛時(shí)要求低轉(zhuǎn)矩，并要求變速范圍大。6.1.2驅(qū)動(dòng)電機(jī)的特點(diǎn)項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.1概述6.1.2驅(qū)動(dòng)電機(jī)的特點(diǎn)需要有４-５倍的過(guò)載以滿足短時(shí)加速或爬坡的要求，工業(yè)電動(dòng)機(jī)只要求有２倍即可。最高轉(zhuǎn)速要求達(dá)到在公路上巡航時(shí)基本速度的４-５倍，工業(yè)電動(dòng)機(jī)只需要達(dá)到２倍即可。需要根據(jù)車(chē)型和駕駛?cè)说鸟{駛習(xí)慣設(shè)計(jì)，工業(yè)電動(dòng)機(jī)只需根據(jù)典型的工作模式設(shè)計(jì)。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.1概述6.1.2驅(qū)動(dòng)電機(jī)的特點(diǎn)要求有高功率密度和較好的效率圖，從而能夠減輕車(chē)重，延長(zhǎng)續(xù)航；工業(yè)電動(dòng)機(jī)通常在額定工作點(diǎn)附近對(duì)效率進(jìn)行優(yōu)化。電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)要求工作可控性高、穩(wěn)態(tài)精度高、動(dòng)態(tài)性能好，工業(yè)電動(dòng)機(jī)只有某一種特定的性能要求。工作在空間小、高溫、壞天氣及頻繁振動(dòng)等惡劣環(huán)境下；工業(yè)電動(dòng)機(jī)通常在某一個(gè)固定位置工作。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.1概述電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)于電動(dòng)機(jī)的要求6.1.2驅(qū)動(dòng)電機(jī)的特點(diǎn)高電壓重量輕較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和調(diào)速范圍高效率、低損耗安全性標(biāo)準(zhǔn)高可靠性項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.1概述電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)于電動(dòng)機(jī)的要求6.1.3驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要性能參數(shù)額定電壓額定電流額定轉(zhuǎn)速額定功率峰值功率最高（工作）轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)矩峰值轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩機(jī)械效率電動(dòng)機(jī)及控制器整體效率溫升項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.1概述電機(jī)根據(jù)不同的分類(lèi)方式可以分為很多種類(lèi)型。依據(jù)GB/T19596，圖所示為按照結(jié)構(gòu)和工作原理劃分的電機(jī)種類(lèi)。6.1.4驅(qū)動(dòng)電機(jī)分類(lèi)項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.1概述電機(jī)根據(jù)供電方式可以分為直流電機(jī)和交流電機(jī)，其中直流電機(jī)通過(guò)對(duì)輸入電壓和電流的改變來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。隨著晶閘管電力電子技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)電機(jī)的使用逐步由直流電機(jī)轉(zhuǎn)向交流電機(jī)。根據(jù)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的一致性，可將電機(jī)分為同步電機(jī)和異步電機(jī)。在突然加負(fù)載的情況下，異步電機(jī)能夠快速恢復(fù)速度響應(yīng)，所以得以快速發(fā)展。同步電機(jī)在大功率輸出的應(yīng)用場(chǎng)合比較常見(jiàn)，并且可以在外部對(duì)其功率因數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以滿足所有工況需要。根據(jù)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁場(chǎng)的方式，可將同步電機(jī)分為永磁同步電機(jī)和電勵(lì)同步電機(jī)。與電勵(lì)同步電機(jī)相比，永磁同步電機(jī)在效率和功率因數(shù)上都有一定優(yōu)勢(shì)。6.1.4驅(qū)動(dòng)電機(jī)分類(lèi)項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.1概述目前，比較常見(jiàn)的電動(dòng)汽車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)包括直流電機(jī)、交流感應(yīng)電機(jī)（交流異步電機(jī)）、永磁同步電機(jī)和開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，其性能對(duì)比見(jiàn)表。6.1.4驅(qū)動(dòng)電機(jī)分類(lèi)項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.1概述直流電機(jī)是較早應(yīng)用在電動(dòng)汽車(chē)上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，技術(shù)比較成熟，其轉(zhuǎn)速較低，有著復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，控制比較容易。目前主要應(yīng)用在低速電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域。交流感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，無(wú)電刷和換向器，運(yùn)行可靠，耐用，工作效率比直流電動(dòng)機(jī)高，因?yàn)樗母吖ぷ餍?、高速運(yùn)行性能優(yōu)越，其在較大功率電動(dòng)汽車(chē)上得到廣泛應(yīng)用。但與永磁同步電機(jī)相比，其存在損耗大、功率密度低、發(fā)熱量大、功率因數(shù)低等缺陷。6.1.4驅(qū)動(dòng)電機(jī)分類(lèi)項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.1概述永磁同步電機(jī)采用永磁體直接勵(lì)磁，具有體積小、無(wú)勵(lì)磁損耗、效率和功率密度高、功率因數(shù)高、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、振動(dòng)和噪聲小、可靠性高以及維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)逐漸取代其他類(lèi)型的電機(jī)作為電動(dòng)汽車(chē)的首選。但永磁材料在高溫、振動(dòng)以及過(guò)流的條件下，會(huì)產(chǎn)生不可逆的退磁現(xiàn)象，這會(huì)降低永磁電機(jī)的性能。因此還需通過(guò)技術(shù)、工藝等方面的研究來(lái)提升永磁同步電機(jī)的性能水平。6.1.4驅(qū)動(dòng)電機(jī)分類(lèi)項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.1概述開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是近年來(lái)新研發(fā)的一種電機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行效率高、易于散熱、耐高溫以及維護(hù)方便等顯著特點(diǎn)，能夠較好地滿足電動(dòng)汽車(chē)的需求。但其扭矩脈動(dòng)嚴(yán)重，電機(jī)運(yùn)行噪聲大，與永磁同步電機(jī)相比效率和功率密度均偏低，限制了其在電動(dòng)汽車(chē)中的應(yīng)用。6.1.4驅(qū)動(dòng)電機(jī)分類(lèi)項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.1概述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵子系統(tǒng)，為了滿足汽車(chē)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性，應(yīng)具有一定特點(diǎn)。以電磁轉(zhuǎn)矩為控制目標(biāo)，通過(guò)加速踏板和制動(dòng)踏板的開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩的目標(biāo)值，要求轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速、波動(dòng)小。電動(dòng)汽車(chē)要求驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)有較寬的調(diào)速范圍，電動(dòng)機(jī)能在四象限內(nèi)工作。為保證加速時(shí)間，要求電動(dòng)機(jī)低速時(shí)有大的轉(zhuǎn)矩輸出和較大的過(guò)載倍數(shù)。為保證汽車(chē)能達(dá)到最高車(chē)速，要求電動(dòng)機(jī)高速區(qū)處有一定的功率輸出。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高效，電磁兼容性好，易于維護(hù)。良好的可靠性、耐溫、耐潮濕，可以在惡劣的環(huán)境條件下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合批量生產(chǎn)。6.1.5驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.1概述常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：6.1.5驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由直流電源給電動(dòng)機(jī)供電的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由交流電源給電動(dòng)機(jī)供電的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.1概述電動(dòng)汽車(chē)采用不同的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可構(gòu)成不同的結(jié)構(gòu)形式：6.1.5驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.1概述各驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置形式的特點(diǎn)6.1.5驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.2直流電機(jī)直流電動(dòng)機(jī)根據(jù)是否配置有常用的電刷換向器分為兩類(lèi)：有刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)

其中無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)既保持了傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)良好的調(diào)速性能又具有無(wú)滑動(dòng)接觸和換向火花、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)及噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，因而在航空航天、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、電動(dòng)汽車(chē)、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備和家用電器等方面都獲得了廣泛應(yīng)用。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.2直流電機(jī)電動(dòng)汽車(chē)用直流電動(dòng)機(jī)與一般工業(yè)用的電動(dòng)機(jī)相比，具有以下特點(diǎn)：電樞軸長(zhǎng)以便安裝用于速度檢測(cè)的脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)子直徑小、

軸長(zhǎng)以適應(yīng)高速旋轉(zhuǎn)電樞槽多以便于散熱有刷電機(jī)檢查口大以便于換向片、電刷等的定期檢查和維護(hù)電刷的預(yù)壓緊力高以防止電刷的誤動(dòng)作項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.2直流電機(jī)電動(dòng)汽車(chē)用直流電動(dòng)機(jī)的選用和其他通用的電動(dòng)機(jī)相比，需要考慮抗振動(dòng)性、對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性、低損耗性、抗負(fù)載波動(dòng)性、小型輕量化和免維護(hù)性。除此之外，電動(dòng)汽車(chē)用直流電動(dòng)機(jī)大多在較低的電壓下驅(qū)動(dòng)，同時(shí)是大電流電路，因此需要注意連接線的接觸電阻。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.2直流電機(jī)１基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.2.1有刷直流電機(jī)項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.2直流電機(jī)１基本結(jié)構(gòu)與工作原理有刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)靜止不動(dòng)的部分稱(chēng)為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場(chǎng)，它由機(jī)座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的部分稱(chēng)為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，是直流電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，通常又稱(chēng)為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風(fēng)扇等組成。有刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖所示。6.2.1有刷直流電機(jī)項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.2直流電機(jī)１基本結(jié)構(gòu)與工作原理有刷直流電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)化模型如圖所示。若把電刷Ａ、Ｂ接到直流電源上，電刷Ａ接電源的正極，電刷Ｂ接電源的負(fù)極，此時(shí)存電樞線圈中將有電流流過(guò)。6.2.1有刷直流電機(jī)項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.2直流電機(jī)１基本結(jié)構(gòu)與工作原理在圖ａ所示的情況下，位于Ｎ極下的導(dǎo)體ａｂ受力方向?yàn)閺挠蚁蜃?，而位于Ｓ極下的導(dǎo)體ｃｄ受力方向?yàn)閺淖笙蛴摇Ｔ撾姶帕εc轉(zhuǎn)子半徑之積即為電磁轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩的方向?yàn)槟鏁r(shí)針。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時(shí)，線圈按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)到圖ｂ的位置時(shí)，原位于Ｓ極下的導(dǎo)體ｃｄ轉(zhuǎn)到Ｎ極下，其受力方向變?yōu)閺挠蚁蜃?；原位于Ｎ極下的導(dǎo)體ａｂ轉(zhuǎn)到Ｓ極下，其受力方向變?yōu)閺淖笙蛴?。該轉(zhuǎn)矩的方向仍為逆時(shí)針?lè)较颍€圈在此轉(zhuǎn)矩作用下繼續(xù)按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。這樣雖然導(dǎo)體中流通的電流為交變的，但Ｎ極下的導(dǎo)體受力方向和Ｓ極下導(dǎo)體所受力的方向并未發(fā)生變化，電動(dòng)機(jī)在此方向不變的轉(zhuǎn)矩作用下轉(zhuǎn)動(dòng)。電刷的作用是把直流電變成線圈中的交變的電流。6.2.1有刷直流電機(jī)項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.2直流電機(jī)2驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在電動(dòng)汽車(chē)用電動(dòng)機(jī)中，小功率電動(dòng)機(jī)采用的是永磁電動(dòng)機(jī)，大功率電動(dòng)機(jī)大多采用的是串勵(lì)、并勵(lì)以及復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)等有勵(lì)磁繞組的電動(dòng)機(jī)。使用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)汽車(chē)在起動(dòng)、加速和恒速運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)處在電動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，驅(qū)動(dòng)車(chē)輛前進(jìn)。當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)減速時(shí)，要求直流電動(dòng)機(jī)處在發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，即處于再生制動(dòng)狀態(tài)，給作為電源的蓄電池充電，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換。6.2.1有刷直流電機(jī)項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.2直流電機(jī)永磁無(wú)刷直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)主要是永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，它是在傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。其電磁結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)一樣，只是無(wú)刷直流電機(jī)的電樞繞組放在定子上，轉(zhuǎn)子則是采用永磁材料制成的永磁體。永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)以電子換向器取代了機(jī)械電刷和換向器，消除了電的滑動(dòng)接觸機(jī)構(gòu)。永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)本體、位置傳感器和電子開(kāi)關(guān)電路等組成。6.2.2永磁無(wú)刷直流電機(jī)項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.2直流電機(jī)永磁無(wú)刷直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理轉(zhuǎn)子是永磁無(wú)刷直流電機(jī)產(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng)的部件，由永磁體、導(dǎo)磁體和支撐零部件組成。6.2.2永磁無(wú)刷直流電機(jī)項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.2直流電機(jī)永磁無(wú)刷直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理下面以?xún)上鄬?dǎo)通星形三相六狀態(tài)永磁無(wú)刷直流電機(jī)為例說(shuō)明其工作原理，其電路如圖所示。6.2.2永磁無(wú)刷直流電機(jī)項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.2直流電機(jī)2永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由直流電源、功率變換器、永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)、傳感器和控制器等部件組成。6.2.2永磁無(wú)刷直流電機(jī)直流電源提供電能的設(shè)備，在電動(dòng)汽車(chē)上，通常由相應(yīng)的蓄電池模塊提供。功率變換器連接電源和電動(dòng)機(jī)的“能量開(kāi)關(guān)”，將電源功率以一定的邏輯關(guān)系分配給電動(dòng)機(jī)的各相繞組，從而使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生持續(xù)不斷的電磁轉(zhuǎn)矩。永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，并帶動(dòng)負(fù)載進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳感器包括位置傳感器和電流等電信號(hào)傳感器，其中位置傳感器檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁極的位置信號(hào)，電流等電信號(hào)傳感器檢測(cè)電動(dòng)機(jī)電樞電流等相關(guān)電信號(hào)?？刂破魍ㄟ^(guò)采集檢測(cè)到的傳感器信號(hào)，進(jìn)行邏輯處理，產(chǎn)生相應(yīng)的開(kāi)關(guān)信號(hào)和其他指令，而開(kāi)關(guān)信號(hào)則指使功率變換器按一定順序?qū)?。?xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.2直流電機(jī)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制可以通過(guò)兩種方法實(shí)現(xiàn)，即電樞控制和勵(lì)磁控制。當(dāng)直流電機(jī)電樞電壓減小時(shí)，電樞電流減小，電機(jī)轉(zhuǎn)矩減小，由此引起電機(jī)轉(zhuǎn)速降低。反之，當(dāng)電樞電壓增大時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩增大，由此會(huì)引起電機(jī)轉(zhuǎn)速增大。當(dāng)電樞電壓值恒定，直流電機(jī)的勵(lì)磁電壓減弱時(shí)，電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就會(huì)降低。由于電樞電阻很小，電樞電流增大的程度比磁場(chǎng)減弱的程度要大，因此，電機(jī)轉(zhuǎn)矩增大，電機(jī)轉(zhuǎn)速隨之增大。由于電樞的最大允許電流是常數(shù)，當(dāng)電樞保持電壓不變時(shí)，無(wú)論轉(zhuǎn)速多大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都是恒定的。因此，電機(jī)允許的最大功率恒定、最大轉(zhuǎn)矩隨電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而逆向變化。６.2.３直流電機(jī)的控制項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.2直流電機(jī)６.2.３直流電機(jī)的控制項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.2直流電機(jī)

為使電動(dòng)汽車(chē)的直流電動(dòng)機(jī)有較寬的轉(zhuǎn)速控制范圍，電樞控制必須和勵(lì)磁控制相結(jié)合。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在零與基速之間時(shí)，勵(lì)磁電流保持在額定值，采用電樞控制。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)基速時(shí)，電樞電壓保持在額定值，采用勵(lì)磁控制。采用電樞繞組控制與勵(lì)磁繞組控制相結(jié)合所允許的最大轉(zhuǎn)矩與最大功率如圖６-10所示。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)機(jī)和再生制動(dòng)兩種工作模式時(shí)的轉(zhuǎn)矩－轉(zhuǎn)速特性曲線如圖６-11所示。６.2.３直流電機(jī)的控制項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.3交流感應(yīng)電機(jī)交流感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子的磁場(chǎng)以相同的方向、不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，存在轉(zhuǎn)差率，所以又稱(chēng)為交流異步電機(jī)。根據(jù)交流電源的相數(shù)，又分為單相交流感應(yīng)電機(jī)和三相交流感應(yīng)電機(jī)。單相交流感應(yīng)電機(jī)多用于家用電器，例如電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、抽油煙機(jī)等，電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)所有的交流感應(yīng)電機(jī)多為三相交流感應(yīng)電機(jī)。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.3交流感應(yīng)電機(jī)交流感應(yīng)異步電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)相比：優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)效率較高調(diào)速性能相對(duì)較差結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量小工作可靠，使用壽命長(zhǎng)功率因數(shù)較低免維護(hù)配用的控制器成本較高電動(dòng)機(jī)本身的成本低項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.3交流感應(yīng)電機(jī)交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)具有以下缺點(diǎn)：１）調(diào)速性能相對(duì)較差。由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度存在轉(zhuǎn)差率，因而調(diào)速性能較差。２）功率因數(shù)較低。３）配用的控制器成本較高。交流異步電動(dòng)機(jī)的控制相對(duì)較為復(fù)雜，配用的控制器成本較高。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.3交流感應(yīng)電機(jī)交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、電機(jī)軸、前后軸承、端蓋、位置傳感器、溫度傳感器、低壓線束和高壓動(dòng)力線束等組成。交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖所示。定子由定子鐵心和三相繞組組成，定子鐵心主要用作電動(dòng)機(jī)主磁通磁路的一部分和放置定子三相繞組。為了降低鐵心中的損耗，鐵心一般采用厚度為0.5mm、表面涂有絕緣層并沖有一定槽形的硅鋼片疊成。６.3.1

交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.3交流感應(yīng)電機(jī)電動(dòng)機(jī)定子繞組的作用是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和吸收電功率，它是由三個(gè)完全相同且在定子表面對(duì)稱(chēng)分布的繞組（每個(gè)為一相）根據(jù)需要連接成星形或三角形構(gòu)成的三相對(duì)稱(chēng)繞組，如圖所示。６.3.1

交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.3交流感應(yīng)電機(jī)三相感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組兩部分組成。轉(zhuǎn)子繞組的作用是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，并與定子磁場(chǎng)作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩輸出機(jī)械功率。轉(zhuǎn)子繞組有籠型和繞線型兩種。當(dāng)通過(guò)外部機(jī)械力如汽車(chē)驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，此時(shí)交流感應(yīng)電機(jī)即為發(fā)電機(jī)，此時(shí)轉(zhuǎn)子切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向與作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子工作時(shí)相反，因而轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向也相反。在發(fā)電過(guò)程中，電機(jī)轉(zhuǎn)子受到與外力拖動(dòng)相反的電磁阻轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降低。６.3.1

交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.3交流感應(yīng)電機(jī)交流感應(yīng)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是輸出轉(zhuǎn)矩可以在大范圍內(nèi)調(diào)整，能在加速或者爬坡時(shí)短時(shí)間內(nèi)強(qiáng)制提高輸出轉(zhuǎn)矩。缺點(diǎn)是電機(jī)單邊勵(lì)磁，起動(dòng)電流較大，產(chǎn)生單位轉(zhuǎn)矩需要的電流較大，而且定子中存在無(wú)功勵(lì)磁電流，因此能耗比永磁同步電機(jī)大，功率因數(shù)滯后；重載驅(qū)動(dòng)時(shí)常出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷現(xiàn)象；結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，其控制技術(shù)要求高，制造成本高；功率密度相對(duì)低。６.3.2

交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.4永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子與氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)的交流電機(jī)為交流同步電機(jī)，永磁同步電機(jī)是轉(zhuǎn)子采用永磁材料勵(lì)磁的交流同步電機(jī)。永磁同步電動(dòng)機(jī)具有高效、高控制精度、高轉(zhuǎn)矩密度、良好的轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)性及低振動(dòng)噪聲的特點(diǎn)，在電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)方面具有很高的應(yīng)用價(jià)值，受到國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車(chē)界的高度重視，是最具競(jìng)爭(zhēng)力的電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)之一。永磁同步電動(dòng)機(jī)分為正弦波驅(qū)動(dòng)電流的永磁同步電動(dòng)機(jī)和方波驅(qū)動(dòng)電流的永磁同步電動(dòng)機(jī)。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.4永磁同步電機(jī)永磁同步電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、電機(jī)軸、前后軸承、端蓋、冷卻水道、位置傳感器、溫度傳感器、低壓線束和動(dòng)力線束等部件構(gòu)成，如圖所示。６.4.1永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.4永磁同步電機(jī)定子由定子鐵心和三相繞組組成，鐵心由疊片疊壓而成，以減少電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的鐵耗，其中裝有三相交流繞組，稱(chēng)作電樞。轉(zhuǎn)子主要由永磁體、轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)軸等構(gòu)成。其中永磁體主要采用鐵氧體永磁和釹鐵硼永磁材料；轉(zhuǎn)子鐵心可根據(jù)磁極結(jié)構(gòu)的不同，選用實(shí)心鋼，或采用鋼板或硅鋼片沖制后疊壓而成。根據(jù)電機(jī)上永磁材料所處位置的不同，永磁同步電機(jī)可以分為表面式與內(nèi)置式兩種結(jié)構(gòu)形式。６.4.1永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.4永磁同步電機(jī)內(nèi)置式永磁同步電機(jī)的永磁體內(nèi)置于轉(zhuǎn)子鐵心中，轉(zhuǎn)子在機(jī)械結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)凸極特性。內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可分為：徑向式、切向式以及混合式，如圖所示。電動(dòng)汽車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)中大部分永磁同步電機(jī)為內(nèi)置式同步電機(jī)，其可實(shí)現(xiàn)在最大程度上對(duì)磁阻轉(zhuǎn)矩的有效利用。６.4.1永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.4永磁同步電機(jī)表面式永磁同步電機(jī)中永磁體一般為瓦片形，貼在轉(zhuǎn)子的外表面，永磁體能夠提供徑向的磁通方向。表面式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可分為表面凸出式和表面嵌入式，如圖所示。當(dāng)外部力矩帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，切割三相定子繞組中的部分導(dǎo)體，產(chǎn)生感應(yīng)三相對(duì)稱(chēng)電流，此時(shí)轉(zhuǎn)子的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，永磁同步電機(jī)作為發(fā)電機(jī)工作。６.4.1永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.4永磁同步電機(jī)永磁同步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是體積小，質(zhì)量輕，功率密度高，相比于異步電機(jī)能耗小，溫升低，效率高?？梢愿鶕?jù)需求，設(shè)計(jì)成高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，高過(guò)載能力的結(jié)構(gòu)電機(jī)。永磁同步電機(jī)嚴(yán)格同步，動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能較好，適合變頻控制，調(diào)整電流與頻率即可很大范圍調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。但是，永磁同步電機(jī)中永磁材料通常采用釹鐵硼強(qiáng)磁材料，這種材料較為脆硬，受到強(qiáng)烈震動(dòng)有可能碎裂；而且轉(zhuǎn)子采用永磁材料，在電機(jī)使用和過(guò)溫情況下會(huì)出現(xiàn)磁衰退，造成動(dòng)力下降。目前，永磁同步電機(jī)在新能源汽車(chē)電機(jī)中應(yīng)用比較廣泛，我國(guó)擁有全球70%的稀土資源，釹鐵硼磁性材料總產(chǎn)量達(dá)到全球80%，在發(fā)展永磁同步電機(jī)方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。６.4.2永磁同步電機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.5開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)磁阻電機(jī)可以分為開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、同步磁阻電機(jī)和其他類(lèi)型磁阻電機(jī)三類(lèi)。根據(jù)GB/T19596，采用定轉(zhuǎn)子凸極且極數(shù)相接近的大步距磁阻式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，利用轉(zhuǎn)子位置傳感器通過(guò)電子功率開(kāi)關(guān)控制各相繞組導(dǎo)通，使之運(yùn)行的電機(jī)為開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)。開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子上都有凸極，同步磁阻電動(dòng)機(jī)中只有轉(zhuǎn)子有凸極，定子的結(jié)構(gòu)和異步電動(dòng)機(jī)定子相同。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.5開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)本體主要結(jié)構(gòu)包括定子、轉(zhuǎn)子、位置傳感器、前后軸承、前后端蓋和電機(jī)殼體等，如圖所示。其中，定子包括定子鐵心和繞組。定子鐵心和轉(zhuǎn)子都采用凸極結(jié)構(gòu)，均由硅鋼片疊加而成，定子凸極上布置繞組，徑向相對(duì)的兩個(gè)繞組串聯(lián)構(gòu)成一相繞組，轉(zhuǎn)子即無(wú)繞組也無(wú)永磁體。６.5.1

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.5開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)根據(jù)相數(shù)和定子、轉(zhuǎn)子極數(shù)的配比，開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)可以設(shè)計(jì)成不同的結(jié)構(gòu)，如圖所示。６.5.1

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.5開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)圖所示為四相８／６極開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)工作原理，圖中僅畫(huà)出其中一相繞組（Ａ相）的連接情況。由于定子、轉(zhuǎn)子均為凸極結(jié)構(gòu)，故每相繞組的電感Ｌ隨轉(zhuǎn)子的位置改變而改變，當(dāng)定子、轉(zhuǎn)子極正對(duì)時(shí)，電感達(dá)到最大值。當(dāng)定子、轉(zhuǎn)子極完全錯(cuò)開(kāi)時(shí)，電感達(dá)到最小值。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行遵循磁阻最小原理，當(dāng)Ｂ相繞組施加電流時(shí)，由于磁通總是選擇磁阻最小的路徑閉合，為減小磁路的磁阻，轉(zhuǎn)子將順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，直到轉(zhuǎn)子極２與定子極Ｂ的軸線重合，此時(shí)磁阻最小（電感最大）。當(dāng)切斷繞組Ｂ的電流，給繞組Ａ施加電流時(shí)，磁阻轉(zhuǎn)矩使得轉(zhuǎn)子極１與定子極Ａ相對(duì)。由于轉(zhuǎn)矩方向一般指向最近一對(duì)定子、轉(zhuǎn)子極相對(duì)的位置，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置傳感器反饋的位置信號(hào)，電樞繞組按Ｂ?Ａ?Ｄ?Ｃ的順序?qū)?，轉(zhuǎn)子便會(huì)沿順時(shí)針?lè)较蜻B續(xù)旋轉(zhuǎn)。６.5.2開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.5開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)６.5.3開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是高性能機(jī)電一體化系統(tǒng)，主要由開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、功率變換器、傳感器和控制器４部分組成，如圖所示。其中開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要組成部分，實(shí)現(xiàn)電能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)化。功率變換器是連接電源和電機(jī)的開(kāi)關(guān)器件，用以提供開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)所需電能，功率變換器的結(jié)構(gòu)形式一般與供電電壓、電動(dòng)機(jī)相數(shù)以及主開(kāi)關(guān)器件種類(lèi)有關(guān)。傳感器主要用來(lái)反饋位置及電流信號(hào)，并傳送給控制器?？刂破魇窍到y(tǒng)的中樞，起決策和指揮作用，主要是針對(duì)傳感器提供的轉(zhuǎn)子位置、速度和電流反饋信息以及外部輸入的指令，實(shí)時(shí)加以分析處理，進(jìn)而采取相應(yīng)的控制決策，控制功率變換器中主開(kāi)關(guān)器件的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的控制。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.5開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)６.5.3開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與當(dāng)前廣泛使用的異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)相比，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在成本、效率、功率密度、調(diào)速性能、可靠性和散熱性能等方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)主要有：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)，功率變換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容錯(cuò)能力強(qiáng)，可控性及調(diào)速性能好，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大且調(diào)速范圍寬，效率高且功耗小。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.5開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)６.5.3開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域應(yīng)用的主要優(yōu)勢(shì)如下：１）通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂撇呗院拖到y(tǒng)設(shè)計(jì)，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)能滿足電動(dòng)汽車(chē)四象限運(yùn)行的要求，并能在高速運(yùn)行區(qū)域內(nèi)保持較強(qiáng)的制動(dòng)能力。２）開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有良好的散熱性能，功率密度大，減小了電機(jī)體積和質(zhì)量，節(jié)省了電動(dòng)汽車(chē)的有效空間。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.5開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)６.5.3開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域應(yīng)用的主要優(yōu)勢(shì)如下：３）開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在很寬的功率和轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能保持高效率，能有效提高電動(dòng)汽車(chē)一次充電的續(xù)駛里程。４）開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)可以達(dá)到良好控制特性，而且容易智能化，從而能通過(guò)編程和替換電路元器件滿足不同類(lèi)型電動(dòng)汽車(chē)的運(yùn)行要求。５）開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)無(wú)需或很少需要維護(hù)，適用于高溫、惡劣環(huán)境，具有好的適應(yīng)性能。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.5開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)６.5.4開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的特點(diǎn)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、起動(dòng)性能好、效率高、成本低，可以通過(guò)改變導(dǎo)通、關(guān)斷角度和電壓來(lái)調(diào)速，擁有較寬的調(diào)速范圍和能力。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大、噪聲較大。目前開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)廣泛應(yīng)用于洗衣機(jī)、空調(diào)、電冰箱等家用電器；在新能源汽車(chē)方面，特斯拉Ｍｏｄｅｌ３的后驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用了永磁輔助的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，蔚來(lái)也在開(kāi)發(fā)新的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.6其他新型電機(jī)6.6.1輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式主要分為集中電機(jī)驅(qū)動(dòng)和輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩種。輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)是將電機(jī)設(shè)計(jì)安裝在車(chē)輪的輪轂內(nèi)，輸出轉(zhuǎn)矩直接傳輸?shù)杰?chē)輪，舍棄傳統(tǒng)的離合器、減速器、傳動(dòng)橋等機(jī)械傳動(dòng)部件，提高了車(chē)體空間的利用率。為了在有效的空間內(nèi)達(dá)到較好的性能指標(biāo)和效率，輪轂電機(jī)都采用了永磁材料。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.6其他新型電機(jī)6.6.1輪轂電機(jī)輪轂電機(jī)技術(shù)又稱(chēng)車(chē)輪內(nèi)裝電機(jī)技術(shù)，是純電動(dòng)汽車(chē)的一種先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)方式。輪轂電機(jī)如圖所示。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.6其他新型電機(jī)6.6.1輪轂電機(jī)1

輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖所示。電機(jī)的轉(zhuǎn)子和車(chē)輪、制動(dòng)盤(pán)固定在一起。當(dāng)電機(jī)工作時(shí)，轉(zhuǎn)子在電磁激勵(lì)下轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)。輪轂電機(jī)可以回收能量，還可以與現(xiàn)有車(chē)輛上的傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)配合，改裝為混合動(dòng)力汽車(chē)，使車(chē)輛燃油消耗降低多達(dá)30%。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.6其他新型電機(jī)6.6.1輪轂電機(jī)2輪轂電機(jī)的特點(diǎn)輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)相對(duì)于集中電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：１）以電子差速控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)、外車(chē)輪不同轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)，而且精度更高。２）取消機(jī)械差速裝置有利于動(dòng)力系統(tǒng)減輕重量，提高傳動(dòng)效率，降低傳動(dòng)噪聲。３）有利于整車(chē)總布置的優(yōu)化和整車(chē)動(dòng)力學(xué)性能的匹配優(yōu)化。４）降低對(duì)電機(jī)的性能指標(biāo)要求，且具有冗余可靠性高的特點(diǎn)。５）車(chē)身上幾乎沒(méi)有大功率的運(yùn)動(dòng)部件，整車(chē)的振動(dòng)和噪聲舒適性得到極大改善。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.6其他新型電機(jī)6.6.1輪轂電機(jī)2輪轂電機(jī)的特點(diǎn)６）輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式是便于實(shí)現(xiàn)四輪驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)形式，有利于極大改善整車(chē)的動(dòng)力性能。７）輪轂電機(jī)作為執(zhí)行元件，利用響應(yīng)速度快和準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)便于實(shí)現(xiàn)包括線控驅(qū)動(dòng)、線控制動(dòng)以及線控整車(chē)動(dòng)力控制在內(nèi)的整車(chē)動(dòng)力集成控制，提高整車(chē)的主動(dòng)安全性。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.6其他新型電機(jī)6.6.1輪轂電機(jī)2輪轂電機(jī)的特點(diǎn)輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有以下缺點(diǎn)：１）為滿足各輪運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，對(duì)多個(gè)電機(jī)的同步協(xié)調(diào)控制要求高。２）電機(jī)的分散安裝布置提出了結(jié)構(gòu)布置、熱管理、電磁兼容以及振動(dòng)控制等多方面的技術(shù)難題。３）電機(jī)與車(chē)輪集成導(dǎo)致非簧載質(zhì)量較大，懸架隔振性能惡化，影響不平路面行駛條件下的車(chē)輛操控性和安全性。同時(shí)，輪轂電機(jī)將承受很大的路面沖擊載荷，電機(jī)抗振要求苛刻。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.6其他新型電機(jī)6.6.1輪轂電機(jī)2輪轂電機(jī)的特點(diǎn)輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有以下缺點(diǎn)：４）車(chē)輛大負(fù)荷低速爬長(zhǎng)坡工況下容易出現(xiàn)冷卻不足導(dǎo)致的輪轂電機(jī)過(guò)熱燒毀問(wèn)題，電機(jī)的散熱和強(qiáng)制冷卻問(wèn)題需要重視。５）車(chē)輪部位水和污物等容易集存，導(dǎo)致電機(jī)的腐蝕破壞，使用壽命和可靠性受影響。６）輪轂電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)可能會(huì)引起汽車(chē)輪胎、懸架以及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的振動(dòng)和噪聲，以及其他整車(chē)聲振問(wèn)題。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.6其他新型電機(jī)6.6.1輪轂電機(jī)３輪轂電機(jī)的發(fā)展前景隨著新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展升級(jí)，輪轂電機(jī)技術(shù)逐漸進(jìn)入人們的視野。輪轂電機(jī)技術(shù)被看作是新能源汽車(chē)未來(lái)最佳的驅(qū)動(dòng)解決方案。目前輪轂電機(jī)還有很多問(wèn)題沒(méi)有解決，尚不能形成市場(chǎng)。目前國(guó)內(nèi)輪轂電機(jī)制造商以及新能源汽車(chē)企業(yè)對(duì)輪轂電機(jī)市場(chǎng)充滿信心，正在加緊產(chǎn)業(yè)化布局及市場(chǎng)推廣。輪轂電機(jī)技術(shù)具備很大的優(yōu)勢(shì)，輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)是純電動(dòng)汽車(chē)未來(lái)的先進(jìn)驅(qū)動(dòng)方式，高品質(zhì)輪轂電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)目前已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)、外電氣工程領(lǐng)域的重要研究對(duì)象。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.6其他新型電機(jī)6.6.2雙定字及雙轉(zhuǎn)子電機(jī)３輪轂電機(jī)的發(fā)展前景雙轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖所示。圖6-24a所示電機(jī)將無(wú)定子槽繞組結(jié)構(gòu)與雙永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相結(jié)合，相對(duì)于傳統(tǒng)的單轉(zhuǎn)子無(wú)齒槽電動(dòng)機(jī)，大大縮短了繞組端部長(zhǎng)度，提高了定子繞組利用率，減小了電樞繞組銅損。圖6-24b所示電機(jī)將有槽繞組結(jié)構(gòu)與雙永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相結(jié)合，可以進(jìn)一步減小氣隙寬度。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.6其他新型電機(jī)6.6.2雙定字及雙轉(zhuǎn)子電機(jī)３輪轂電機(jī)的發(fā)展前景雙轉(zhuǎn)子電機(jī)雖然具有兩個(gè)轉(zhuǎn)子，但是其內(nèi)、外轉(zhuǎn)子由端部固定在一起，這樣電機(jī)具有唯一的轉(zhuǎn)速輸出。由于結(jié)構(gòu)緊湊，雙轉(zhuǎn)子永磁電動(dòng)機(jī)與單轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)相比，可以充分利用電機(jī)內(nèi)部空間，提高電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度和功率密度。但是雙轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)的定子繞組全部放置于電機(jī)內(nèi)部，散熱存在問(wèn)題；定子繞組占據(jù)了電機(jī)內(nèi)部大部分空間，內(nèi)轉(zhuǎn)子半徑受到限制，進(jìn)而影響其轉(zhuǎn)矩輸出；外轉(zhuǎn)子永磁體的用量會(huì)隨半徑增大而增大，從而一定程度上增加了電機(jī)的成本。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.6其他新型電機(jī)6.6.3雙勵(lì)磁永磁無(wú)刷電機(jī)雙勵(lì)磁永磁無(wú)刷電機(jī)通常指由電勵(lì)磁和永磁體相互作用而共同產(chǎn)生磁場(chǎng)的無(wú)刷電機(jī)。因?yàn)殡妱?lì)磁具有靈活的可調(diào)性，因此這種雙勵(lì)磁永磁無(wú)刷電機(jī)既具有普通永磁無(wú)刷電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，又克服了普通永磁無(wú)刷電機(jī)所具有的磁場(chǎng)調(diào)節(jié)的復(fù)雜性和局限性。圖6-25所示為雙定子爪極型雙勵(lì)磁永磁無(wú)刷電機(jī)結(jié)構(gòu)。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.6其他新型電機(jī)6.6.3雙勵(lì)磁永磁無(wú)刷電機(jī)這類(lèi)新型的雙勵(lì)磁永磁無(wú)刷電機(jī)具有以下特點(diǎn)：１）電勵(lì)磁和永磁體可位于轉(zhuǎn)子或定子，從而構(gòu)成轉(zhuǎn)子型或定子型雙勵(lì)磁永磁無(wú)刷電機(jī)。２）電勵(lì)磁可以與永磁體構(gòu)成物理意義上的串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到靈活調(diào)節(jié)磁通的目的。３）通過(guò)改變直流勵(lì)磁繞組的電流幅值和方向，可以實(shí)現(xiàn)氣隙磁通密度增強(qiáng)或者減小。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.6其他新型電機(jī)6.6.3雙勵(lì)磁永磁無(wú)刷電機(jī)這類(lèi)新型的雙勵(lì)磁永磁無(wú)刷電機(jī)具有以下特點(diǎn)：４）通過(guò)直流勵(lì)磁繞組電流進(jìn)行增磁，電機(jī)可以提供非常大的轉(zhuǎn)矩。這個(gè)特點(diǎn)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)起動(dòng)是非常必要的，而且可提供短暫的功率給電動(dòng)汽車(chē)過(guò)載和爬坡。５）通過(guò)直流繞組電流進(jìn)行弱磁，電機(jī)可以提供寬速度范圍的恒功率運(yùn)行區(qū)。這個(gè)特點(diǎn)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的高速巡航是非常必要的。６）通過(guò)在線調(diào)節(jié)氣隙磁通密度，電機(jī)可以維持發(fā)電模式或再生模式下的大范圍速度期間的恒電壓輸出。這個(gè)特點(diǎn)對(duì)蓄電池充電是非常必要的。７）通過(guò)在線調(diào)節(jié)氣隙磁通密度，電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)效率最優(yōu)控制。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.6其他新型電機(jī)6.6.4記憶電機(jī)記憶電機(jī)又稱(chēng)為磁通可控永磁電機(jī)。記憶電機(jī)的結(jié)構(gòu)既能做成變磁通形式，又能做成變極數(shù)形式。在這兩種電機(jī)結(jié)構(gòu)中，通過(guò)在短時(shí)間內(nèi)流過(guò)電機(jī)定子電樞繞組中的充、去磁脈沖電流，轉(zhuǎn)子上永磁體的磁化狀態(tài)能有效地改變，因此可極大地減少傳統(tǒng)永磁電機(jī)勵(lì)磁時(shí)所需的持續(xù)功率損耗。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.6其他新型電機(jī)6.6.4記憶電機(jī)圖6-26所示為變磁通形式的記憶電機(jī)的剖面示意圖。它采用的是傳統(tǒng)的內(nèi)插式永磁電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子由永磁體、軟鐵（永磁體兩側(cè)）和非磁性材料（軟鐵之間的三角部分）做成夾層結(jié)構(gòu)，然后用機(jī)械的方法固定在一根非磁性的軸上，外表面用導(dǎo)磁圓筒固定。其中，永磁材料采用了剩磁較高而矯頑力較低的鋁鎳鈷永磁體。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.6其他新型電機(jī)6.6.4記憶電機(jī)轉(zhuǎn)子上被切向磁化過(guò)的永磁體產(chǎn)生的磁通經(jīng)過(guò)氣隙進(jìn)入定子，此時(shí)氣隙主磁通最強(qiáng)。當(dāng)需要弱磁時(shí)，采用電流矢量解耦控制，在定子電樞繞組上施加一個(gè)與原磁化方向相反的脈沖電流后，所產(chǎn)生的磁通使轉(zhuǎn)子永磁體被部分去磁，每塊永磁體被分成磁化方向不同的兩個(gè)區(qū)域，此時(shí)穿過(guò)氣隙的永磁主磁通就減小了。這個(gè)記憶電機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)是可以在很寬的調(diào)速范圍內(nèi)運(yùn)行，而沒(méi)有過(guò)多的勵(lì)磁損耗，同時(shí)不犧牲電機(jī)的其他特性。切向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)相對(duì)于徑向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)。一個(gè)極距下的永磁氣隙主磁通由相鄰兩個(gè)磁極永磁體并聯(lián)提供，每極都能獲得較大的氣隙磁通。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.6其他新型電機(jī)6.6.4記憶電機(jī)圖6-27所示為內(nèi)置混合磁鋼式轉(zhuǎn)子的記憶電機(jī)。它是將普通內(nèi)插式永磁電機(jī)的永磁體置換成由釹鐵硼永磁體和鋁鎳鈷永磁體共同勵(lì)磁，其中徑向放置的釹鐵硼永磁體作為主要的勵(lì)磁源，切向放置的鋁鎳鈷永磁體可以正、反兩個(gè)方向磁化。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.6其他新型電機(jī)6.6.4記憶電機(jī)當(dāng)鋁鎳鈷永磁體的磁化方向和釹鐵硼永磁體的磁化方向一致時(shí)，鋁鎳鈷產(chǎn)生的磁場(chǎng)起到將釹鐵硼產(chǎn)生的磁通推向定子而使氣隙主磁通增強(qiáng)的作用；當(dāng)鋁鎳鈷永磁體的磁化方向和釹鐵硼永磁體的磁化方向相反時(shí)，鋁鎳鈷產(chǎn)生的磁場(chǎng)將釹鐵硼產(chǎn)生的磁通抵消，達(dá)到減小氣隙磁通的效果。項(xiàng)目6新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6.6其他新型電機(jī)6.6.4記憶電機(jī)還有一種類(lèi)型的記憶電機(jī)為直流勵(lì)磁記憶電機(jī)。直流勵(lì)磁記憶電機(jī)的結(jié)構(gòu)衍生于傳統(tǒng)的雙凸極永磁電機(jī)，采用了五相外轉(zhuǎn)子、雙層內(nèi)定子以及多齒槽凸極結(jié)構(gòu)，如圖所示。新能源汽車(chē)技術(shù)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.1概述電動(dòng)汽車(chē)除動(dòng)力蓄電池組、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)等動(dòng)力系統(tǒng)以及變速器、傳動(dòng)軸、懸架等傳動(dòng)系統(tǒng)之外，還有許多輔助系統(tǒng)以提高電動(dòng)汽車(chē)的操控性、安全性和舒適性，其中包括輔助ＤＣ-ＤＣ變換器、電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)、電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動(dòng)冷卻系統(tǒng)、電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)等。電動(dòng)汽車(chē)與傳統(tǒng)燃油汽車(chē)最大的區(qū)別在于動(dòng)力裝置的不同，電動(dòng)汽車(chē)的輔助系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)燃油汽車(chē)必須做出相應(yīng)的改進(jìn)，這種變化也為電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)的電動(dòng)化提供了便利。項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.1概述與傳統(tǒng)燃油汽車(chē)相比，電動(dòng)汽車(chē)的結(jié)構(gòu)使得輔助系統(tǒng)的電動(dòng)化更加簡(jiǎn)單，性能也有所提升，輔助系統(tǒng)的電動(dòng)化可以滿足更高的環(huán)保要求。電動(dòng)汽車(chē)的輔助系統(tǒng)有些是電動(dòng)汽車(chē)獨(dú)有的，如再生制動(dòng)系統(tǒng)，在減速制動(dòng)時(shí)將車(chē)輛的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)化的電能儲(chǔ)存在儲(chǔ)存裝置中，如各種蓄電池、超級(jí)電容器和超高速飛輪，最終增加電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程。一些輔助系統(tǒng)如空調(diào)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)等是電動(dòng)汽車(chē)和傳統(tǒng)汽車(chē)都有的，但許多應(yīng)用在電動(dòng)汽車(chē)上的輔助系統(tǒng)也有自己的特點(diǎn)。項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.1概述電動(dòng)汽車(chē)中電源轉(zhuǎn)換器可分為DC/DC（直流?直流）變換器和DC/AC（直流?交流）變換器（逆變器）兩類(lèi)，在電動(dòng)汽車(chē)中主要應(yīng)用的是DC/DC變換器，有升壓、降壓、雙向３種形式，是實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)電能變換、傳輸和電氣拖動(dòng)的重要電氣設(shè)備，主要用于：１）不同電源之間的特性匹配。２）驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)。３）給輔助蓄電池充電。7.1.1輔助DC/DC變換器項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.1概述電動(dòng)汽車(chē)電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)包括電動(dòng)助力制動(dòng)和電動(dòng)制動(dòng)兩種形式，其中電動(dòng)制動(dòng)便是基于近年來(lái)對(duì)車(chē)輛線控系統(tǒng)（x-by-ｗire）的研究而產(chǎn)生的，電子機(jī)械制動(dòng)器（ElectroMechanicalBrake,EMB）便是其中的一種形式。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，電子機(jī)械制動(dòng)器是把原來(lái)由液壓或者壓縮空氣驅(qū)動(dòng)的部分改為由電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，借以提高響應(yīng)速度、增加制動(dòng)效能等，同時(shí)大大簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，降低了裝配和維護(hù)的難度。ＥＭＢ以電能作為能量來(lái)源，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)制動(dòng)襯塊，由導(dǎo)線傳遞能量，數(shù)據(jù)線傳遞信號(hào)，是一種全新的制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、高效的性能極大地提高了汽車(chē)的制動(dòng)安全性。7.1.2電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.1概述相對(duì)于傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)，EMB制動(dòng)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：１）EMB制動(dòng)系統(tǒng)取消了液壓或氣壓管路、真空助力器等部件，使制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、體積小，節(jié)省了前機(jī)艙內(nèi)空間，便于布置其他部件，同時(shí)減小了整車(chē)質(zhì)量。２）EMB制動(dòng)系統(tǒng)在無(wú)需增加任何附件（如液壓或氣壓調(diào)節(jié)裝置）的情況下，可綜合實(shí)現(xiàn)ABS、TCS、ESP

（電子穩(wěn)定程序）及EBD

等主動(dòng)安全控制功能，消除了液壓或氣壓制動(dòng)系統(tǒng)增加附件而導(dǎo)致回路泄漏的隱患。7.1.2電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.1概述相對(duì)于傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)，EMB制動(dòng)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：３）EMB制動(dòng)系統(tǒng)采用電子制動(dòng)踏板代替了傳統(tǒng)的機(jī)械式制動(dòng)踏板及真空助力裝置等，實(shí)現(xiàn)了對(duì)駕駛?cè)酥苿?dòng)意圖的智能識(shí)別，而且可根據(jù)需要提供良好的踏板感覺(jué)。４）由于采用電動(dòng)機(jī)而非人力作為制動(dòng)動(dòng)力源，EMB制動(dòng)系統(tǒng)提高了制動(dòng)效能，同時(shí)縮短了制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間。５）傳動(dòng)效率高，安全可靠，節(jié)能。６）無(wú)需制動(dòng)液，降低了對(duì)環(huán)境的污染。7.1.2電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.1概述電動(dòng)汽車(chē)中電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(又稱(chēng)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng),ElectricSteeringSystem/Steeringbywire,ESS)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向（ElectricPowerSteering,EPS）系統(tǒng)等方式。以電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向（EPS）系統(tǒng)為例，其優(yōu)勢(shì)在于：１）更加節(jié)能。２）助力效果更好。３）重量大大減輕。４）生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)周期更短。５）可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主動(dòng)回正。６）環(huán)保性好。7.1.3電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.1概述冷卻散熱是車(chē)輛輔助系統(tǒng)的核心功能之一，是動(dòng)力傳動(dòng)裝置正常工作的重要保證。電動(dòng)汽車(chē)通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的功能要求與普通機(jī)械傳動(dòng)車(chē)輛基本相同。但是,由于結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致了熱源及其散熱方式的不同。因此，必須考慮熱源的特點(diǎn)，采取相應(yīng)的冷卻方式來(lái)滿足其使用要求。電動(dòng)汽車(chē)的主要熱源有動(dòng)力蓄電池、控制器、電動(dòng)機(jī)等。無(wú)論是傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池，還是性能先進(jìn)的鎳氫、鋰離子動(dòng)力蓄電池，溫度對(duì)蓄電池整體性能都有非常顯著的影響。在高溫等復(fù)雜條件下，對(duì)動(dòng)力蓄電池散熱性能有更高要求，必須采用液體或氣體作為冷卻介質(zhì)。7.1.4電動(dòng)冷卻系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.1概述燃料電池的工作一般為6０～1００℃，須設(shè)有專(zhuān)門(mén)的冷卻裝置，由于冷卻液的溫差小，所需散熱器的體積大。美國(guó)研制的燃料電池電動(dòng)汽車(chē)用的散熱器體積是相同功率內(nèi)燃機(jī)用7.1.4電動(dòng)冷卻系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.1概述影響電動(dòng)機(jī)體積和重量的最大因素之一就是它們的熱負(fù)荷問(wèn)題。采取有效的冷卻措施會(huì)大大縮減其體積和重量。盡管風(fēng)冷電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但與液冷電動(dòng)機(jī)相比效率低，且體積和重量都大。而液冷需加額外的泵來(lái)提供冷卻液，這將增加功耗，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但其工作效率高，冷卻效果好，體積小。目前電動(dòng)汽車(chē)上使用的電動(dòng)機(jī)冷卻方式有自然冷卻、風(fēng)冷和液體冷卻（包括水冷和油冷）。考慮電動(dòng)機(jī)高比功率、高速度的需求，液體冷卻成為主要的選擇。7.1.4電動(dòng)冷卻系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.1概述電動(dòng)汽車(chē)控制裝置包括驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制器、輔助ＤＣ-ＤＣ變換器以及用于驅(qū)動(dòng)輔助系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的小功率ＤＣ-ＡＣ變換器等?？刂蒲b置一般允許最高溫度為６０～７０℃，而最佳工作環(huán)境溫度為４０～５０℃，所以，必須采取專(zhuān)門(mén)的冷卻裝置對(duì)控制裝置的溫度進(jìn)行有效的控制。7.1.4電動(dòng)冷卻系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.1概述傳統(tǒng)汽車(chē)與電動(dòng)汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的區(qū)別在于電動(dòng)汽車(chē)沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱可以利用或者不能完全利用發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱，需采用熱泵型空調(diào)系統(tǒng)或輔助加熱器。電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)可以采用電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，但對(duì)壓縮機(jī)高轉(zhuǎn)速性和密封性的要求較高。電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)目前采用的方案主要包括電動(dòng)熱泵式空調(diào)系統(tǒng)、電動(dòng)壓縮機(jī)制冷與電加熱器混合調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)。7.1.5電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.1概述要包括電動(dòng)熱泵式空調(diào)系統(tǒng)、電動(dòng)壓縮機(jī)制冷與電加熱器混合調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)。相比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)，電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)在環(huán)境保護(hù)、整車(chē)布置以及車(chē)廂舒適性等各項(xiàng)指標(biāo)上均處于優(yōu)勢(shì)，主要優(yōu)點(diǎn)如下：１）電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)可以采用全封閉的Ｒ１３４ａ（目前主要用作汽車(chē)空調(diào)用制冷劑）系統(tǒng)及制冷劑回收技術(shù)，整體的高度密封性可以減小正常運(yùn)行以及修理維護(hù)時(shí)制冷劑的泄漏損失，從而減少對(duì)環(huán)境的污染。7.1.5電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.1概述２）電動(dòng)空調(diào)的壓縮機(jī)靠電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，因此可以通過(guò)精確的控制以及在常見(jiàn)熱負(fù)荷工況下的高效率運(yùn)行來(lái)降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗，從而提高整車(chē)的經(jīng)濟(jì)性。電動(dòng)壓縮機(jī)相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械式壓縮機(jī)效率較高，也可以減少能量消耗，見(jiàn)表。7.1.5電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.1概述３）采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，噪聲較低，可靠性高，使用壽命長(zhǎng)，故障率低。４）對(duì)于一體式電動(dòng)壓縮機(jī)，取消了發(fā)動(dòng)機(jī)與壓縮機(jī)之間的傳動(dòng)帶，沒(méi)有了張緊件的質(zhì)量，相對(duì)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)減小了整車(chē)質(zhì)量。５）可以在上車(chē)之前預(yù)先遙控起動(dòng)電動(dòng)空調(diào)，對(duì)車(chē)廂內(nèi)的空氣進(jìn)行預(yù)先調(diào)節(jié)，相比傳統(tǒng)空調(diào)可增加乘客的舒適性。7.1.5電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.2DC/DC變換器燃油汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)的輔助子系統(tǒng)的主要區(qū)別在于，燃油汽車(chē)的輔助蓄電池由與發(fā)動(dòng)機(jī)相連的交流發(fā)電機(jī)來(lái)充電，而電動(dòng)汽車(chē)的輔助蓄電池則由主電源通過(guò)ＤC-ＤＣ變換器來(lái)充電。電動(dòng)汽車(chē)或混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)中用來(lái)推動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的能量來(lái)自于動(dòng)力蓄電池，動(dòng)力蓄電池為數(shù)塊蓄電池串聯(lián)，電壓較高，所以又稱(chēng)為高壓電源。ＤC-ＤＣ變換器的主要功能是把高壓（如４００Ｖ）直流電降壓為燃油汽車(chē)中發(fā)電機(jī)的直流電壓（如１４Ｖ或２８Ｖ），４００Ｖ蓄電池在汽車(chē)行駛中會(huì)降到電動(dòng)機(jī)不能工作的電壓（例如電壓２８０Ｖ），ＤＣ-ＤＣ（直流直流）變換器保證在２８０～４００Ｖ變化電壓區(qū)間內(nèi)輸出穩(wěn)定的１４Ｖ電壓。項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.2DC/DC變換器電動(dòng)汽車(chē)用DC/DC變換器可分為升壓型和降壓型、全橋型和半橋型、非絕緣型和絕緣型。非絕緣型DC/DC變換器是電路兩側(cè)通過(guò)電子元件相連通，絕緣型DC/DC變換器是電路兩側(cè)采用變壓器隔離，采用磁能交換。非絕緣型PC/DC變換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，絕緣型DC/DC變換器能將主電源的高等級(jí)電壓與輔助蓄電池的低等級(jí)電壓隔離開(kāi)來(lái)，更加安全可靠。項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.2DC/DC變換器在電動(dòng)汽車(chē)中，人們常把空調(diào)器、收音機(jī)、喇叭、車(chē)燈系統(tǒng)、電動(dòng)車(chē)窗、刮水器、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓制動(dòng)、氣動(dòng)制動(dòng)、空調(diào)加熱器等統(tǒng)一稱(chēng)為輔助系統(tǒng)。對(duì)于傳統(tǒng)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低時(shí)，如果空調(diào)、音響及車(chē)燈等同時(shí)使用，即使發(fā)動(dòng)機(jī)仍在運(yùn)行，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)電力不足現(xiàn)象。使用動(dòng)力蓄電池和DC-DC變換器之后，可以不必考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速而為輔助蓄電池充電。項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.2DC/DC變換器汽油機(jī)汽車(chē)電器通常采用１２Ｖ供電，所以ＤＣ-ＤＣ變換器降壓輸出１４Ｖ，對(duì)于２４Ｖ電器系統(tǒng)的柴油機(jī)汽車(chē)要降壓為２８Ｖ。7.2.1低壓系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.2DC/DC變換器為了節(jié)約能量，對(duì)于那些功率大的設(shè)備（如電動(dòng)機(jī)控制器、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓制動(dòng)或氣動(dòng)制動(dòng)、空調(diào)除霜器等）要采用較高的電壓供電。因此有數(shù)個(gè)ＤＣ-ＤＣ變換器，它們降壓后分別輸出除了常規(guī)的１４Ｖ、２８Ｖ之外，還要采用４８Ｖ甚至１２０Ｖ的次高壓。這使得電動(dòng)汽車(chē)的輔助蓄電池系統(tǒng)比燃油汽車(chē)的原車(chē)系統(tǒng)更為復(fù)雜。7.2.2次高壓系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.2DC/DC變換器電動(dòng)汽車(chē)輔助子系統(tǒng)的能量消耗比燃油汽車(chē)大得多。各種輔助子系統(tǒng)的功耗見(jiàn)表。從表中可以看出，空調(diào)器是電動(dòng)汽車(chē)輔助子系統(tǒng)中功耗最大的子系統(tǒng)，它的功耗占所有輔助子系統(tǒng)功耗的６０％～７５％。為了減少空調(diào)器的損耗，通常采用１２０Ｖ的電壓等級(jí)供電。7.2.2次高壓系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.2DC/DC變換器此外，為了避免輔助蓄電池的電能在短時(shí)間內(nèi)耗盡，大功率的子系統(tǒng)（如空調(diào)器、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓制動(dòng)或氣動(dòng)制動(dòng)和除霜器等）應(yīng)當(dāng)只有在接觸器閉合時(shí)才能工作，這樣可以直接從主電源中獲取所需的動(dòng)力。決定ＤＣ／ＤＣ變換器性能的主要因素是變壓器的大小、形狀以及支持的開(kāi)關(guān)頻率等。通過(guò)提高開(kāi)關(guān)頻率，可減小變壓器和整流電路的尺寸。因?yàn)轭l率提高，所以功率半導(dǎo)體單位時(shí)間的開(kāi)關(guān)次數(shù)增加。7.2.2次高壓系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.2DC/DC變換器實(shí)現(xiàn)降壓的DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)有很多，其中Buck型DC-DC變換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，變換效率高，是首選的DC-DC變換電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之一。DC-DC變換器一般由控制芯片、電感線圈、二極管、晶體管和電容器構(gòu)成。基本Buck型DC-DC變換電路如圖所示，其中Uin是輸入電壓，Uo是Buck電路的輸出電壓，C是輸入電容，S是主功率開(kāi)關(guān)管，VD是主功率二極管，L是儲(chǔ)能電感。7.2.3單、雙向DC/DC變換器項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.2DC/DC變換器基本Buck電路的工作過(guò)程如下：當(dāng)開(kāi)關(guān)管S導(dǎo)通時(shí)，電流經(jīng)負(fù)載、電感線圈L流過(guò)S并線性增加，電能以磁能形式存儲(chǔ)在電感線圈L

中，同時(shí)給負(fù)載供電，電容C、負(fù)載、L、S構(gòu)成回路。此時(shí)由于二極管VD

的陽(yáng)極接負(fù)，VD

處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)S由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止時(shí)，存儲(chǔ)在電感中的能量釋放出來(lái)，通過(guò)VD

續(xù)流維持向負(fù)載供電，L、VD和負(fù)載構(gòu)成回路。若周期性地控制開(kāi)關(guān)管S

的導(dǎo)通與截止，即可實(shí)現(xiàn)能量由Uin向Uo

的降壓傳遞。為達(dá)到上述降壓傳遞，開(kāi)關(guān)管S與二極管VD必須輪流導(dǎo)通與截止，二者之間頻繁地進(jìn)行換流。7.2.3單、雙向DC/DC變換器項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.2DC/DC變換器在燃料電池電動(dòng)汽車(chē)（FCEV）上燃料電池只是由燃料產(chǎn)生電能，而不能儲(chǔ)存電能，因此采用單向DC/DC變換器。FCEV采用的電源有各自的特性，燃料電池只提供直流電，電壓和電流隨輸出電流的變化而變化。燃料電池不能接受外電源的充電，電流的方向只是單向流動(dòng)。FCEV采用的輔助電源（動(dòng)力蓄電池和超級(jí)電容器）在充電和放電時(shí)，也是以直流電的形式流動(dòng)，但電流的方向是可逆性流動(dòng)。7.2.3單、雙向DC/DC變換器項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.2DC/DC變換器FCEV上各種電源的電壓和電流受工況變化的影響呈不穩(wěn)定狀態(tài)。為了滿足驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)電壓和電流的要求及對(duì)多電源電力系統(tǒng)的控制，在電源與驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間，用計(jì)算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)FCEV

的多電源的綜合控制，保證FCEV的正常運(yùn)行。FCEV的燃料電池需要設(shè)置單向DC/DC變換器，動(dòng)力蓄電池和超級(jí)電容器需要設(shè)置雙向DC/DC變換器。7.2.3單、雙向DC/DC變換器項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)一般采用真空助力或氣壓助力，真空泵產(chǎn)生的真空度越大，制動(dòng)助力性能越好，駕駛?cè)瞬忍ぐ逶绞×?。所以，在?duì)真空助力制動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)真空泵的設(shè)計(jì)或選擇上，應(yīng)盡可能使真空度滿足制動(dòng)性能的要求。計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)電動(dòng)真空泵的最小真空度為37.５kPa時(shí)，可為制動(dòng)系統(tǒng)提供滿足設(shè)計(jì)要求的制動(dòng)助力。7.3.1電動(dòng)真空助力制動(dòng)系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)圖所示為電動(dòng)真空助力制動(dòng)系統(tǒng)的基本構(gòu)成。真空助力器安裝在制動(dòng)踏板和制動(dòng)主缸之間，由踏板通過(guò)推桿直接操縱。助力器和踏板產(chǎn)生的力疊加在一起作用在制動(dòng)主缸推桿上，以提高制動(dòng)主缸的輸出壓力。真空助力器由帶有橡膠膜片的活塞分為前室和后室（大氣閥打開(kāi)時(shí)可與大氣相通），通常常壓室的真空度為６０-８０ｋＰａ（即真空泵可以提供的真空度大?。?.3.1電動(dòng)真空助力制動(dòng)系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)真空助力器能提供助力的大小取決于其常壓室和變壓室氣壓差值的大小。當(dāng)變壓室的壓力達(dá)到外界大氣壓時(shí)，真空助力器即可提供最大的制動(dòng)助力。真空泵產(chǎn)生的真空度的大小和速度關(guān)系到真空助力器的工作狀態(tài)，真空泵的容量大小關(guān)系到助力器的性能，進(jìn)而影響到制動(dòng)系統(tǒng)在各種工況下是否能正常工作。7.3.1電動(dòng)真空助力制動(dòng)系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)真空助力制動(dòng)系統(tǒng)的控制過(guò)程如下：１）接通汽車(chē)１２Ｖ電源，壓力延時(shí)開(kāi)關(guān)閉合，真空泵工作大約３０ｓ后開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，這時(shí)真空罐內(nèi)的真空度約為８０ｋＰａ。２）當(dāng)真空罐內(nèi)的真空度降到５５ｋＰａ時(shí)，壓力延時(shí)開(kāi)關(guān)再次閉合。３）當(dāng)真空罐內(nèi)的真空度降到約３４ｋＰａ時(shí)，壓力報(bào)警器發(fā)出信號(hào)。7.3.1電動(dòng)真空助力制動(dòng)系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)若真空泵控制開(kāi)關(guān)有很明顯的短時(shí)間開(kāi)啟和關(guān)閉，說(shuō)明發(fā)生了泄漏。按照這個(gè)控制策略，設(shè)計(jì)了間歇性真空發(fā)生系統(tǒng)。該間歇性真空發(fā)生系統(tǒng)的基本工作原理為當(dāng)駕駛?cè)似饎?dòng)汽車(chē)時(shí)，１２Ｖ電源接通，壓力延時(shí)開(kāi)關(guān)與壓力報(bào)警器開(kāi)始?jí)毫ψ詸z，若真空罐內(nèi)的真空度小于５５ｋＰａ，壓力膜片將會(huì)擠壓觸點(diǎn)，從而接通電源，真空泵開(kāi)始工作。當(dāng)真空度增加至５５ｋＰａ時(shí)，壓力延時(shí)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，然后通過(guò)延時(shí)繼電器使得真空泵繼續(xù)工作大約３０ｓ后停止。每次駕駛?cè)擞兄苿?dòng)動(dòng)作時(shí)，壓力延時(shí)開(kāi)關(guān)均會(huì)自檢，從而判斷電動(dòng)真空泵是否應(yīng)該工作。7.3.1電動(dòng)真空助力制動(dòng)系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)若真空罐內(nèi)的真空度低于３４ｋＰａ，真空助力器不能提供有效的真空助力，這時(shí)壓力報(bào)警器將會(huì)發(fā)出信號(hào)，提醒駕駛?cè)俗⒁庑熊?chē)速度。電動(dòng)真空泵也可以采用電控單元控制，只要將壓力開(kāi)關(guān)換成絕對(duì)壓力傳感器，電動(dòng)真空泵由控制單元控制繼電器即可。7.3.1電動(dòng)真空助力制動(dòng)系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的制動(dòng)需要依靠真空助力器來(lái)實(shí)現(xiàn)，并由發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力提供所需真空源。但對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)，因?yàn)樗鼈儧](méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)或者處于純電動(dòng)模式時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不工作，便失去了真空源，只能通過(guò)搭載真空泵來(lái)完成制動(dòng)。電動(dòng)真空助力制動(dòng)系統(tǒng)都利用了電動(dòng)泵、高壓蓄能器、踏板模擬器和電磁閥，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安全性低，價(jià)格昂貴。7.3.2電動(dòng)助力制動(dòng)系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)助力制動(dòng)系統(tǒng)利用電機(jī)直接推動(dòng)主缸活塞建立液壓力的方案，并通過(guò)液壓補(bǔ)償?shù)姆椒▽?shí)現(xiàn)了踏板感覺(jué)的反饋，實(shí)現(xiàn)了一定程度的解耦，即制動(dòng)減速度和踏板力可以各自獨(dú)立變化。相比其他電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)，不需要電動(dòng)泵、高壓蓄能器、電磁閥和踏板模擬器等元件，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，節(jié)省了成本。7.3.2電動(dòng)助力制動(dòng)系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)世界各大汽車(chē)零部件企業(yè)先后研發(fā)出電動(dòng)助力制動(dòng)系統(tǒng)，例如博世iBooster、大陸MKC1、日立EACT等，如圖所示。博世iBooster是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的電動(dòng)助力制動(dòng)系統(tǒng)，先后被北汽極狐、比亞迪、蔚來(lái)、理想等新能源汽車(chē)所采用。7.3.2電動(dòng)助力制動(dòng)系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)1.博世iBooster組成到目前為止，博世公司共推出兩代iBooster，其中博世iBooster1.0系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。7.3.2電動(dòng)助力制動(dòng)系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)1.博世iBooster組成博世iBooster2.0系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)與組成如圖所示。7.3.2電動(dòng)助力制動(dòng)系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)1.博世iBooster組成iBooster主要由輸入推桿、永磁同步電機(jī)、控制單元減速機(jī)構(gòu)、耦合裝置、回位彈簧、助力閥體、制動(dòng)主缸及踏板行程傳感器等組成。與第一代相比，iBooster2.0做了一些改進(jìn)。iBooster1.0的外殼體采用鑄造工藝，而二代產(chǎn)品的外殼體采用沖壓工藝，殼體更加輕薄，體積和重量均有降低。一代采用18個(gè)定子線圈和14個(gè)磁極的永磁同步電動(dòng)機(jī)，而iBooster2.0采用12個(gè)定子線圈和8個(gè)磁極永磁同步電動(dòng)機(jī)。iBooster1.0采用蝸輪蝸桿和齒輪齒條兩級(jí)減速機(jī)構(gòu)，而iBooster2.0采用兩級(jí)齒輪副和一級(jí)滑動(dòng)絲桿螺母副的三級(jí)減速機(jī)構(gòu)。iBooster1.0采用電機(jī)轉(zhuǎn)角傳感器和踏板行程傳感器，iBooster2.0僅采用一個(gè)差分式踏板行程傳感器。7.3.2電動(dòng)助力制動(dòng)系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)2.博世iBooster減速機(jī)構(gòu)iBooster減速機(jī)構(gòu)為三級(jí)減速，如圖所示。7.3.2電動(dòng)助力制動(dòng)系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)2.博世iBooster減速機(jī)構(gòu)第一級(jí)齒輪組由電機(jī)齒輪及雙齒輪中的大齒輪組成，第二級(jí)齒輪組由雙齒輪中的小齒輪及輪轂齒輪組成，前兩級(jí)齒輪副力矩傳輸方向都沒(méi)有發(fā)生變化，電機(jī)齒輪采用了材料鋼制，其它齒輪均采用了非金屬材料。第三級(jí)為滑動(dòng)絲杠螺母副，由絲桿和螺母組成，滑動(dòng)絲杠螺母組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，降速比大，有自鎖的功能，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，且能夠保證和提高傳動(dòng)精度，此時(shí)力矩方向發(fā)生變化，由徑向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)檩S向的水平運(yùn)動(dòng)。7.3.2電動(dòng)助力制動(dòng)系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)3.博世iBooster耦合裝置iBooster耦合裝置主要由輸入推桿、螺桿固定軸、橡膠反饋盤(pán)、閥體及閥體底座組成，如圖所示。7.3.2電動(dòng)助力制動(dòng)系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)3.博世iBooster耦合裝置在耦合裝置中，閥體和橡膠反饋盤(pán)是最為關(guān)鍵的零件，如圖7-10所示。當(dāng)電機(jī)的伺服力經(jīng)由減速機(jī)構(gòu)傳遞到螺桿軸后，主軸螺母由于具有鎖止機(jī)構(gòu)不能向水平移動(dòng)只能轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿軸及螺桿固定軸向前移動(dòng)，閥體座也向前移動(dòng)，并與閥體的B面接觸，伺服力就通過(guò)助力閥體作用于橡膠反饋盤(pán)的副面(外環(huán)面)，而與制動(dòng)踏板連接的輸入推桿力直接作用于橡膠反饋盤(pán)的主面(內(nèi)圓面)。橡膠反饋盤(pán)具有體積不可壓縮特性，伺服力和踏板輸入力通過(guò)橡膠反饋盤(pán)耦合在一起推動(dòng)主缸活塞產(chǎn)生液壓力。7.3.2電動(dòng)助力制動(dòng)系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)3.博世iBooster耦合裝置在耦合裝置中，閥體和橡膠反饋盤(pán)是最為關(guān)鍵的零件，如圖7-10所示。7.3.2電動(dòng)助力制動(dòng)系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)4.博世iBooster工作原理當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板，輸入推桿產(chǎn)生位移，踏板行程傳感器檢測(cè)到輸入推桿的位移，并將信號(hào)發(fā)送至電機(jī)控制單元，控制單元計(jì)算出電機(jī)應(yīng)產(chǎn)生的扭矩，并控制電機(jī)工作，電機(jī)轉(zhuǎn)矩經(jīng)過(guò)三級(jí)減速機(jī)構(gòu)降速增矩，并通過(guò)滑動(dòng)絲桿將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)耦合裝置，與駕駛員腳踩的踏板力共同作用在制動(dòng)主缸的活塞上，產(chǎn)生制動(dòng)壓力，制動(dòng)主缸、儲(chǔ)液罐等與傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)所用保持一致，制動(dòng)主缸與ESP液壓調(diào)節(jié)單元相連。iBooster除了可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)制動(dòng)功能，還可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)制動(dòng)和失效備份制動(dòng)功能，如圖7-7所示。7.3.2電動(dòng)助力制動(dòng)系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)4.博世iBooster工作原理7.3.2電動(dòng)助力制動(dòng)系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)4.博世iBooster工作原理(1)主動(dòng)制動(dòng)：緊急情況下，在沒(méi)有駕駛員的參與下，根據(jù)上層控制器要求自動(dòng)建立制動(dòng)液壓。實(shí)現(xiàn)全制動(dòng)液壓的時(shí)間要比傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)快3倍，從而明顯的縮短制動(dòng)距離，避免交通事故，或者在不可避免發(fā)生事故情況下，降低碰撞速度，從而降低人員傷亡的風(fēng)險(xiǎn)。7.3.2電動(dòng)助力制動(dòng)系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)4.博世iBooster工作原理(2)失效備份：iBooster采用了雙安全失效模式。第一道安全失效模式將兩種故障情況考慮在內(nèi)。如果車(chē)載電源不能滿負(fù)載運(yùn)行，那么iBooster則以節(jié)能模式工作，以避免給車(chē)輛電氣系統(tǒng)增加不必要的負(fù)荷，同時(shí)防止車(chē)載電源發(fā)生故障。萬(wàn)一iBooster發(fā)生故障，ESPhev單元會(huì)接管并提供制動(dòng)助力。在上述兩種情況下，制動(dòng)系統(tǒng)均可在200N的踏板力作用下提供0.4g的減速度，在更大踏板力乃至完全減速時(shí)同樣如此。在第二道安全失效模式，如果車(chē)載電源失效，即斷電模式下，則可通過(guò)機(jī)械推動(dòng)力方式作為備用，駕駛員可以通過(guò)無(wú)制動(dòng)助力的純液壓模式對(duì)所有四個(gè)車(chē)輪施加車(chē)輪制動(dòng)，使車(chē)輛安全停車(chē)，同時(shí)滿足所有法規(guī)要求。7.3.2電動(dòng)助力制動(dòng)系統(tǒng)項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)電子機(jī)械制動(dòng)器（ＥＭＢ）系統(tǒng)又稱(chēng)為電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)，由車(chē)輪制動(dòng)模塊、制動(dòng)踏板模擬器、中央控制模塊、傳感器、電源等組成，如圖所示。7.3.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)１車(chē)輪制動(dòng)模塊車(chē)輪制動(dòng)模塊由ＥＭＢ執(zhí)行器及其控制器等組成。其中，ＥＭＢ執(zhí)行器有兩種方案：一種是集成了力矩傳感器；第二種是沒(méi)有集成力矩傳感器。ＥＭＢ執(zhí)行器作為制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也是其核心部件，用來(lái)產(chǎn)生對(duì)制動(dòng)盤(pán)的夾緊力，其性能直接影響制動(dòng)的效果。它一般有３個(gè)基本組成部分：電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和制動(dòng)鉗。ＥＭＢ執(zhí)行器中的電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速裝置減速增矩，再由運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)制動(dòng)鉗對(duì)制動(dòng)盤(pán)進(jìn)行制動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)由ＥＭＢ控制器控制，并由執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)。7.3.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)１車(chē)輪制動(dòng)模塊對(duì)ＥＭＢ執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)和性能有以下幾點(diǎn)要求：１）電動(dòng)機(jī)要小巧而又能提供足夠大的力矩。２）傳動(dòng)裝置能減速增矩，還要將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)。３）整個(gè)機(jī)構(gòu)要工作迅速，反應(yīng)靈敏。４）能自動(dòng)補(bǔ)償制動(dòng)間隙，并能實(shí)現(xiàn)駐車(chē)制動(dòng)。５）有良好的散熱性。６）整個(gè)執(zhí)行器結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，便于安裝。７）有足夠的強(qiáng)度和使用壽命，以保證安全可靠。7.3.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)２中央控制模塊中央控制模塊的功能包括：接收制動(dòng)踏板發(fā)出的信號(hào)，控制制動(dòng)；接收駐車(chē)制動(dòng)信號(hào)，控制駐車(chē)制動(dòng)；接收車(chē)輪傳感器信號(hào)，識(shí)別車(chē)輪是否抱死、打滑等，控制車(chē)輪制動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)防抱死和驅(qū)動(dòng)防滑。由于未來(lái)車(chē)輛的各種控制系統(tǒng)（如衛(wèi)星定位／導(dǎo)航系統(tǒng)、自動(dòng)變速系統(tǒng)、無(wú)級(jí)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)等的控制系統(tǒng)）與制動(dòng)系統(tǒng)高度集成，所以控制器還得兼顧對(duì)這些系統(tǒng)的控制。7.3.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3

電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)３制動(dòng)踏板模擬器在電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)中，已經(jīng)不需要制動(dòng)液，而是由電動(dòng)機(jī)來(lái)產(chǎn)生制動(dòng)力矩，但是由于長(zhǎng)期使用傳統(tǒng)的制動(dòng)器會(huì)形成一定的駕駛習(xí)慣，因此需要一個(gè)踏板模擬器來(lái)模擬傳統(tǒng)制動(dòng)器的駕駛感受。制動(dòng)踏板模擬器必須滿足的條件是能辨識(shí)出駕駛?cè)瞬戎苿?dòng)踏板的程度，從而產(chǎn)生近似大小的制動(dòng)力矩；把路面狀況反饋給駕駛?cè)?，便于操縱；模擬傳統(tǒng)制動(dòng)踏板的特性以適應(yīng)駕駛?cè)损B(yǎng)成的駕駛習(xí)慣。7.3.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)４典型的ＥＭＢ執(zhí)行機(jī)構(gòu)（１）滾珠絲杠增力機(jī)構(gòu)型滾珠絲杠增力機(jī)構(gòu)型ＥＭＢ執(zhí)行機(jī)構(gòu)如圖所示。7.3.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)４典型的ＥＭＢ執(zhí)行機(jī)構(gòu)（１）滾珠絲杠增力機(jī)構(gòu)型該執(zhí)行機(jī)構(gòu)力矩電動(dòng)機(jī)內(nèi)置，轉(zhuǎn)子與螺母相嚙合，螺母和心軸固結(jié)在一起。當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，使螺母和心軸做軸向運(yùn)動(dòng)，就把圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為了直線運(yùn)動(dòng)。心軸軸向推動(dòng)增力杠桿和壓力盤(pán)。杠桿的末端插在制動(dòng)器缸內(nèi)的凹槽內(nèi)，能夠繞凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)，在圖中采用鉸鏈表示。壓力盤(pán)把力傳遞給傳動(dòng)套筒，套筒和制動(dòng)活塞之間通過(guò)螺紋傳動(dòng)，這個(gè)螺紋傳動(dòng)副是不自鎖的。制動(dòng)活塞推動(dòng)浮動(dòng)制動(dòng)鉗塊產(chǎn)生制動(dòng)力矩。7.3.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)４典型的ＥＭＢ執(zhí)行機(jī)構(gòu)（１）滾珠絲杠增力機(jī)構(gòu)型橡膠密封環(huán)和彈簧的主要作用是制動(dòng)后使制動(dòng)活塞等零件回位。當(dāng)制動(dòng)活塞向右移動(dòng)時(shí)，制動(dòng)活塞使密封橡膠密封環(huán)產(chǎn)生彈性變形，產(chǎn)生了作用在制動(dòng)活塞上的回位力。當(dāng)制動(dòng)結(jié)束后，在橡膠密封環(huán)的彈性形變力作用下，傳動(dòng)套筒和制動(dòng)活塞被推回到制動(dòng)前的位置上。7.3.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)４典型的ＥＭＢ執(zhí)行機(jī)構(gòu)（１）滾珠絲杠增力機(jī)構(gòu)型該機(jī)構(gòu)還具備間隙自動(dòng)調(diào)整功能。當(dāng)制動(dòng)墊塊磨損比較嚴(yán)重時(shí)，制動(dòng)活塞的行程超出了橡膠密封環(huán)形變量時(shí)，二者發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。制動(dòng)卸載時(shí)，橡膠密封環(huán)帶動(dòng)制動(dòng)活塞回位。由于制動(dòng)活塞和橡膠密封環(huán)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此制動(dòng)活塞返回的行程一定小于制動(dòng)前走過(guò)的行程，于是傳動(dòng)套筒和壓力盤(pán)之間出現(xiàn)了空隙。傳動(dòng)套筒從制動(dòng)活塞的內(nèi)腔中被彈簧推出，直到與壓力盤(pán)再次接觸，退出的行程恰好等于磨損掉的厚度。7.3.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)４典型的ＥＭＢ執(zhí)行機(jī)構(gòu)（２）行星輪系滾柱絲杠型行星輪系滾柱絲杠型ＥＭＢ執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由內(nèi)置電動(dòng)機(jī)、滾珠絲杠、行星輪系、棘輪鎖止機(jī)構(gòu)構(gòu)成，如圖７?１４所示。7.3.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理項(xiàng)目7電動(dòng)汽車(chē)輔助系統(tǒng)7.3電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)４典型的ＥＭＢ執(zhí)行機(jī)構(gòu)（２）行星輪系滾柱絲杠型該機(jī)構(gòu)包含有一個(gè)力矩電動(dòng)機(jī)，一級(jí)絲杠螺母減速部分由螺旋螺母、螺旋心軸和大量的鋼珠組成，這三者構(gòu)成了一個(gè)球螺旋機(jī)構(gòu)。二級(jí)減速齒輪由齒圈、行星輪架和行星輪１２、１３組成，這是一個(gè)行星輪系。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其上的齒輪帶動(dòng)二級(jí)減速齒輪部分的行星輪轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)另一側(cè)的行星輪與齒圈相嚙合，這樣力矩便通過(guò)旋轉(zhuǎn)的行星輪架傳遞給了一級(jí)減速機(jī)構(gòu)中的螺母軸頸。當(dāng)螺旋螺母由二級(jí)減速齒輪驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)球螺旋副螺