電動汽車 電動汽車分布式驅動技術與應用

高惠民一、發(fā)展分布式驅動電動汽車的背景和意義發(fā)展節(jié)能、環(huán)保、安全的電動汽車被認為是解決混合動力汽車、燃料電池汽車及其他采用電力驅動形照動力系統(tǒng)布局形式的不同，電動汽車驅動形式可以動和分布式驅動兩種。集中式驅動的設計理念源自于車最常用的驅動形式。由于受到傳統(tǒng)汽車設計理念的而隨著電動汽車設計理念的不斷深化以及電驅動系統(tǒng)的不斷進步，分布式驅動具有機械環(huán)節(jié)少、傳動鏈短、布置靈活的據(jù)分布式電機布置(輪轂電機/輪邊電機)形式的全新設結構的變革營造了極大的空間，因此，相對于傳統(tǒng)內中式驅動電動汽車，分布式驅動電動汽車有以下幾個直接驅動車輪，取消了傳統(tǒng)內燃機汽車需要的換擋操器、機械變速器或液力變速器、傳動軸、驅動橋和機中式驅動電動汽車需要的減速器、差速器等冗長的(傳動機構鏈接，大幅縮短了機械傳動鏈，實現(xiàn)了“零傳動”，還能實汽車難以達到的從零到最大速度的無級變速功能，避傳動、液力傳動過程中傳遞功率的損失，提高了整車時也避免了傳動系統(tǒng)帶來的扭轉振動。此外，由于輪車只有少量的機械噪聲和電磁噪聲，傳統(tǒng)汽車發(fā)動機及冷卻水系統(tǒng)、排氣消聲系統(tǒng)、油箱等大量機械輔助設備和裝置，減輕了整車裝備質量，降低了車輛質心高度，增加了整車質量分布設計的自由度，整車的軸荷分配更趨合理；將驅動、傳動和制動系統(tǒng)都集中在輪轂內實現(xiàn)了緊湊的結構，使車輛底盤結構大為簡化，增加了整車總體布局和車身造型設計的自由度，擴大了車內乘用空間，有效提高了車身內部的空間利用率，有助于實現(xiàn)底盤架構承載功能與車身功能的分離。同時也能基于相同底盤開發(fā)不同系列化、多樣化的車身造型產品，縮短新車型的開發(fā)周期，饋，在車輛制動過程中電機以發(fā)電方式工作，能將汽車勢能轉化成電能存儲到電池中，也能實現(xiàn)各電動輪的電機電復合制動，在保證車輛制動穩(wěn)定性的同時有效地回量，顯著提高了能源利用率和延長了車輛的行布式驅動電動汽車，可以根據(jù)路面條件和電池荷電狀態(tài)(SO速地在前驅、后驅、四驅等不同驅動形式中進行切換，4、分布式電動汽車使用輪轂電機/輪邊電機技術，單個車輪加車輛在惡劣路面的通過性，同時輪轂電機/輪邊電機可以通過電子差速技術實現(xiàn)轉彎時左右車輪的轉速不同甚至反轉，實現(xiàn)類似履帶式車輛的差動轉向，大大減小車輛的轉彎半徑，在特殊情況下幾乎可以實現(xiàn)原地轉向，對于如越野汽車、礦山車、工程車等邊電機既是執(zhí)行單元，也是信息單元，可以在不增加額外傳感器的情況下通過輪轂電機自身準確提供車輪轉速等車輛信息，有效地拓展了車輛信息的感知范圍，更易實現(xiàn)車輛重要狀態(tài)參數(shù)(路面-輪胎力、車輛側向速度、質心側偏角、路面附著系數(shù)等)的多源信息融合準確估計，提高了車輛狀態(tài)信息的實時觀測精度，為實現(xiàn)分布式驅動電動汽車底盤動力學系統(tǒng)主動安全控制提供了必要的車輪的驅動力相比，分布式驅動電動汽車使電機獨立驅動車輪，各個輪轂電機/輪邊電機轉矩獨立可控；同時，提高，伴隨著線控技術(線控驅動、制動)的使用可實現(xiàn)各車輪驅動力和制動力的獨立控制，從而使車輛動力學控制無法比擬的全新高度，車輛動力學控制優(yōu)勢凸顯(例前輪主動轉向系統(tǒng)、直接橫擺力矩控制系統(tǒng)等的集成控制，能改善車輛行駛的主動安全穩(wěn)定性。表1為電動動方式性能比較，它直觀反映了不同驅動方式基于上述優(yōu)點，分布式驅動電動汽車被國際公認為新最終解決方案，已成為各國汽車領域研究發(fā)展和產業(yè)化的熱點。國內一些造車新勢力研究開發(fā)分布式驅動電動汽車，加快建立從整車到關鍵零部件的完整新能源電動汽車產業(yè)鏈的我國新能源電動汽車行業(yè)擁有完全自主的知識產權，從而提升整個汽車工業(yè)的核心競爭力，推動自主品牌新能源電動汽車的節(jié)能能源危機和環(huán)境污染問題逐漸凸顯，汽車動力系統(tǒng)電動化轉型已成為汽車的發(fā)展趨勢。近年來，國內外相繼研究開發(fā)了不少各具特色的分布式驅動電動汽車。在21世紀初，美國通用的概念車車設計和動力學控制的全新變革。隨后，應用分布式驅威MARVELX等；汽車零部件巨頭紛紛開發(fā)了用于分子的eCorner、米其林的ActiveWheel、采埃孚的e適合采用分布式驅動結構。分布式驅動已成為電動大客車制高點，國內外大客車企業(yè)紛紛投入研發(fā)：戴姆勒公司搭年德國漢諾威IAA車展資分布式驅動的比亞迪K9純電動客車，如于車輛的模塊化設計提出了更強烈的需求。舍弗勒基于機開發(fā)了集成智能轉向電驅模塊，并應用于未來交通具有非常高的適應性，可靈活匹配不同的車身，從而二、分布式電動汽車驅動定義及系統(tǒng)構成式”驅動而言，指對獨立驅動源大于1的動力系統(tǒng)進行分配。分布式驅動電動汽車根據(jù)電機布置位置主要可分動和輪轂電機驅動。采用輪邊電機方案實用性更強。輪是將驅動電機安裝在輪邊，通過電機軸和減速裝置將電連。輪轂電機驅動是直接將電機嵌入輪轂內，電機可直前進。分布式驅動更易于擴展成為多軸或多輪獨立電驅主要依靠電機及其控制系統(tǒng)完成車輪驅動功能，并由電壓制動系統(tǒng)完成制動功能。電機及其控制系統(tǒng)可通過測機內部的電壓和電流等物理量對電機的轉矩和轉速進行的實時估計，這就為車輛動力學控制提供了更為優(yōu)質的輸出反饋，使先進的控制理論和控制方法能夠在車輛動中加以應用，以實現(xiàn)車輛運動的精確控制。圖9所示輪邊電機驅動系統(tǒng)將傳統(tǒng)燃油汽車驅動系統(tǒng)中的剛性電氣，該驅動系統(tǒng)主要由整車控制器、電機輪邊電機和車輪之間安裝減速機構，起到降低轉速、增加作用。通常采用高速內轉子式電機，該電機可在高速區(qū)域內運行，通過減速裝置滿足低速大轉矩的要求。圖10所示為典型結構示意圖。輪邊電機驅動系統(tǒng)取消了主減速器和差速器機置于輪邊單獨驅動車輪。在汽車運行過程中，整車控制機轉矩指令分別發(fā)送至左右輪邊電機控制器，從而控制輪根據(jù)輪邊電機位置可分為電機固定式和電機擺動式。電機和輪邊減速器固定于車架，輪邊電機固定式構型通常為集成式輪邊電驅橋的形式，如圖11所示。后者將輪邊電機和輪邊減速器與懸架集成，如圖12所示。它們的主要特點是電驅動系統(tǒng)集中對置式電驅動系統(tǒng)的結構特點與集中電機輪邊電機驅動系統(tǒng)一種特殊結構。兩個驅動電機和兩個置布置于車架上，通過控制器獨立驅動左、右輪，典型總成布置于車架，其優(yōu)點是沒有輪轂電機帶來的簧下質題，制造技術成熟，應用安裝方便；缺點是傳動系統(tǒng)仍一級減速采用動力分流行星齒輪機構，驅動齒輪與電機連，在最低位置與齒圈和過渡嚙合；二級減速采用四個過行星架輸出到輪轂。由于輪轂內的行星輪結構可使輪動系統(tǒng)的主要缺點是簧下質量顯著增加。如何有效抑制輪轂電機簧下質量負效應，解決輪轂電機系統(tǒng)設計輕量化，提高驅動系統(tǒng)電動輪是直接將驅動電機安裝在汽車的車輪里。主要有一種是內定子、外轉子電機結構，外轉子直接安裝在車常要求電機為低轉速大轉矩的電機，乘用車的輪轂電機轉向系統(tǒng)等結構一體化設計，輸出特性需滿足不同工況特別是針對A級和A0級電動乘