電動(dòng)汽車主要驅(qū)動(dòng)方式對(duì)比

電動(dòng)汽車作為一種工業(yè)產(chǎn)品，以電池為主要能量源，動(dòng)力源全部或部分由電動(dòng)機(jī)提供，涉及機(jī)械、電力電子、通信、嵌入式控制等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)汽車相比，能量源、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都發(fā)生了極大的改變。根據(jù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置的不同，電動(dòng)汽車可分為兩種：?jiǎn)坞姍C(jī)集中驅(qū)動(dòng)型式電動(dòng)汽車(簡(jiǎn)稱集中驅(qū)動(dòng)式電動(dòng)汽車)和多電機(jī)分布驅(qū)動(dòng)型式電動(dòng)汽車(簡(jiǎn)稱分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車)。

1、傳統(tǒng)集中式驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)類型

集中驅(qū)動(dòng)式電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)布置方式相似，用電動(dòng)機(jī)及相關(guān)部件替換內(nèi)燃機(jī)，通過(guò)變速器、減速器等機(jī)械傳動(dòng)裝置，將電動(dòng)機(jī)輸出力矩，傳遞到左右車輪驅(qū)動(dòng)汽車行駛。集中驅(qū)動(dòng)式電動(dòng)汽車操作實(shí)現(xiàn)技術(shù)成熟、安全可靠，但存在體積較重，效率相對(duì)不高等不足。隨著技術(shù)研究的深入，純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的布置結(jié)構(gòu)也逐漸由單一動(dòng)力源的集中式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)向多動(dòng)力源的分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展。圖1.1為電動(dòng)汽車不同驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1.1(a)為單電動(dòng)機(jī)集中驅(qū)動(dòng)型式，由電動(dòng)機(jī)、減速器和差速器等構(gòu)成，由于沒(méi)有離合器和變速器，可以減少傳動(dòng)裝置的體積及質(zhì)量。圖1.1(b)也為單集中驅(qū)動(dòng)型式，與發(fā)動(dòng)機(jī)橫向前置前驅(qū)的內(nèi)燃機(jī)汽車結(jié)構(gòu)布置方式相似，將電動(dòng)機(jī)、減速器和差速器集成一體，通過(guò)左右半軸分別驅(qū)動(dòng)兩側(cè)車輪，該布置型式結(jié)構(gòu)緊湊，多用于小型電動(dòng)汽車上。圖1.1(c)為雙電機(jī)分布驅(qū)動(dòng)型式，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)減速器分別驅(qū)動(dòng)左右兩側(cè)車輪，可通過(guò)電子差速控制實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向行駛，以取代機(jī)械差速器，該驅(qū)動(dòng)方式為目前研究的熱點(diǎn)。圖1.1(d)為輪轂電機(jī)分布式驅(qū)動(dòng)型式，電動(dòng)機(jī)和固定速比的行星齒輪減速器安裝在車輪里面，省去傳動(dòng)軸和差速器，從而使傳動(dòng)系統(tǒng)得到簡(jiǎn)化。該驅(qū)動(dòng)方式對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的要求較高，同時(shí)控制算法也比較復(fù)雜。

2、分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)類型

分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車按照動(dòng)力系統(tǒng)的組織構(gòu)型不同可分為兩種：電機(jī)與減速器組合驅(qū)動(dòng)型式，輪邊電機(jī)或輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)型式。

(1)電機(jī)與減速器組合驅(qū)動(dòng)型式

在該驅(qū)動(dòng)型式中，電機(jī)與固定速比減速器連接，通過(guò)半軸實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)側(cè)車輪的驅(qū)動(dòng)，由于電機(jī)和減速箱布置在車架上，因此在現(xiàn)有車身結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，稍加改動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)型式即可推廣應(yīng)用。圖2.1中的兩種電動(dòng)汽車均采用該驅(qū)動(dòng)型式。其中，圖2.1(a)為北京理工大學(xué)研發(fā)的具有防滑差速功能的雙電機(jī)分布式驅(qū)動(dòng)車輛結(jié)構(gòu)示意圖;圖2.1(b)為美國(guó)特斯拉公司推出的Tesla Model S型電動(dòng)汽車及結(jié)構(gòu)示意圖。圖2.1(c)德國(guó)的奧迪R8e-tron純電動(dòng)跑車，采用四臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)分布式驅(qū)動(dòng)，百公里加速僅4.8s。

(2)輪邊或輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)型式

輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)型式是將驅(qū)動(dòng)電機(jī)安放于副車架上，驅(qū)動(dòng)輪從其對(duì)應(yīng)側(cè)輸出軸獲取驅(qū)動(dòng)力。輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)型式是將電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)直接放在輪輞中，取消了半軸、萬(wàn)向節(jié)、差速器、變速器等傳動(dòng)部件。輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)型式或輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)型式均具有結(jié)構(gòu)緊湊、車身內(nèi)部空間利用率高、整車重心低、行駛穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。圖2.2(a)為一體化輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由悉尼科技大學(xué)與澳大利亞國(guó)立科學(xué)機(jī)構(gòu)CSIRO共同開(kāi)發(fā)完成，并在三輪太陽(yáng)能電動(dòng)車Aurora中得到實(shí)際應(yīng)用，該車通過(guò)電機(jī)本體和車輪輪輞的一體化設(shè)計(jì)，最高車速可達(dá)72km/h。圖2.2(b)為同濟(jì)大學(xué)研制出采用輪邊驅(qū)動(dòng)型式的“春暉二號(hào)”純電動(dòng)車，該電動(dòng)車的四個(gè)車輪通過(guò)低速永磁直流無(wú)刷輪轂電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，并匹配了相應(yīng)的盤式制動(dòng)器用于制動(dòng)。圖2.2(c)為比亞迪公司推出的采用輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)的純電動(dòng)大巴。

3、分布式驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)

從以上論述中不難發(fā)現(xiàn)，在分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車中，每個(gè)車輪的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩可單獨(dú)控制，各個(gè)驅(qū)動(dòng)輪之間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相對(duì)獨(dú)立。分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車與集中式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車相比，其優(yōu)點(diǎn)可概括總結(jié)如下：

(1)同等總功率需求下，單臺(tái)電機(jī)功率降低，尺寸和質(zhì)量均減小，使得整車布置的靈活性和車身造型設(shè)計(jì)的自由度增大，易于實(shí)現(xiàn)同底盤不同造型產(chǎn)品的多樣化，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本;

(2)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)部分減少或全部取消，可簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。各驅(qū)動(dòng)輪力矩的控制方式由硬連接變成軟連接，能滿足無(wú)級(jí)變速需求及實(shí)現(xiàn)電子差速功能;

(3)電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩響應(yīng)迅速，正反轉(zhuǎn)靈活切換，驅(qū)動(dòng)力矩瞬時(shí)響應(yīng)快，惡劣工況的適應(yīng)能力強(qiáng);

(4)在硬件及軟件控制方面，更容易實(shí)現(xiàn)電氣制動(dòng)、機(jī)電復(fù)合制動(dòng)及再生制動(dòng)，經(jīng)濟(jì)性更高，續(xù)駛里程更長(zhǎng);

(5)在行駛穩(wěn)定性方面，通過(guò)電機(jī)力矩的獨(dú)立控制，更容易實(shí)現(xiàn)對(duì)橫擺力矩、縱向力矩的控制，從而提高整車的操縱穩(wěn)定性及行駛安全性。

綜上所述，雖然目前集中驅(qū)動(dòng)型式占電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主流，但分布式驅(qū)動(dòng)型式作為新興的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在動(dòng)力學(xué)控制、整車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、能量效率及其它性能方面均有很多優(yōu)點(diǎn)，因此研究分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車技術(shù)有助于電動(dòng)汽車的發(fā)展及推廣。