電動(dòng)汽車(chē)主要驅動(dòng)方式對比

電動(dòng)汽車(chē)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)機提供，涉及機械、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(chē)與傳統汽車(chē)相比，能量源、驅動(dòng)系統結構都發(fā)生了極大的改變。根據驅動(dòng)系統結構布置的不同，電動(dòng)汽車(chē)可分為兩種：?jiǎn)坞姍C集中驅動(dòng)型式電動(dòng)汽車(chē)(簡(jiǎn)稱(chēng)集中驅動(dòng)式電動(dòng)汽車(chē))和多電機分布驅動(dòng)型式電動(dòng)汽車(chē)(簡(jiǎn)稱(chēng)分布式驅動(dòng)電動(dòng)汽車(chē))。

1、傳統集中式驅動(dòng)結構類(lèi)型

集中驅動(dòng)式電動(dòng)汽車(chē)與傳統內燃機汽車(chē)的驅動(dòng)結構布置方式相似，用電動(dòng)機及相關(guān)部件替換內燃機，通過(guò)變速器、減速器等機械傳動(dòng)裝置，將電動(dòng)機輸出力矩，傳遞到左右車(chē)輪驅動(dòng)汽車(chē)行駛。集中驅動(dòng)式電動(dòng)汽車(chē)操作實(shí)現技術(shù)成熟、安全可靠，但存在體積較重，效率相對不高等不足。隨著(zhù)技術(shù)研究的深入，純電動(dòng)汽車(chē)的驅動(dòng)系統的布置結構也逐漸由單一動(dòng)力源的集中式驅動(dòng)系統向多動(dòng)力源的分布式驅動(dòng)系統發(fā)展。圖1.1為電動(dòng)汽車(chē)不同驅動(dòng)系統的結構示意圖。圖1.1(a)為單電動(dòng)機集中驅動(dòng)型式，由電動(dòng)機、減速器和差速器等構成，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)也為單集中驅動(dòng)型式，與發(fā)動(dòng)機橫向前置前驅的內燃機汽車(chē)結構布置方式相似，將電動(dòng)機、減速器和差速器集成一體，通過(guò)左右半軸分別驅動(dòng)兩側車(chē)輪，該布置型式結構緊湊，多用于小型電動(dòng)汽車(chē)上。圖1.1(c)為雙電機分布驅動(dòng)型式，兩個(gè)驅動(dòng)電機通過(guò)減速器分別驅動(dòng)左右兩側車(chē)輪，可通過(guò)電子差速控制實(shí)現轉向行駛，以取代機械差速器，該驅動(dòng)方式為目前研究的熱點(diǎn)。圖1.1(d)為輪轂電機分布式驅動(dòng)型式，電動(dòng)機和固定速比的行星齒輪減速器安裝在車(chē)輪里面，省去傳動(dòng)軸和差速器，從而使傳動(dòng)系統得到簡(jiǎn)化。該驅動(dòng)方式對驅動(dòng)電機的要求較高，同時(shí)控制算法也比較復雜。

2、分布式驅動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)結構類(lèi)型

分布式驅動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)按照動(dòng)力系統的組織構型不同可分為兩種：電機與減速器組合驅動(dòng)型式，輪邊電機或輪轂電機驅動(dòng)型式。

(1)電機與減速器組合驅動(dòng)型式

在該驅動(dòng)型式中，電機與固定速比減速器連接，通過(guò)半軸實(shí)現對應側車(chē)輪的驅動(dòng)，由于電機和減速箱布置在車(chē)架上，因此在現有車(chē)身結構的基礎上，稍加改動(dòng)，該驅動(dòng)型式即可推廣應用。圖2.1中的兩種電動(dòng)汽車(chē)均采用該驅動(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分布式驅動(dòng)車(chē)輛結構示意圖;圖2.1(b)為美國特斯拉公司推出的Tesla Model S型電動(dòng)汽車(chē)及結構示意圖。圖2.1(c)德國的奧迪R8e-tron純電動(dòng)跑車(chē)，采用四臺異步電動(dòng)機分布式驅動(dòng)，百公里加速僅4.8s。

(2)輪邊或輪轂電機驅動(dòng)型式

輪邊電機驅動(dòng)型式是將驅動(dòng)電機安放于副車(chē)架上，驅動(dòng)輪從其對應側輸出軸獲取驅動(dòng)力。輪轂電機驅動(dòng)型式是將電機和減速機構直接放在輪輞中，取消了半軸、萬(wàn)向節、差速器、變速器等傳動(dòng)部件。輪邊電機驅動(dòng)型式或輪轂電機驅動(dòng)型式均具有結構緊湊、車(chē)身內部空間利用率高、整車(chē)重心低、行駛穩定性好等優(yōu)點(diǎn)。圖2.2(a)為一體化輪邊驅動(dòng)系統，由悉尼科技大學(xué)與澳大利亞國立科學(xué)機構CSIRO共同開(kāi)發(fā)完成，并在三輪太陽(yáng)能電動(dòng)車(chē)Aurora中得到實(shí)際應用，該車(chē)通過(guò)電機本體和車(chē)輪輪輞的一體化設計，最高車(chē)速可達72km/h。圖2.2(b)為同濟大學(xué)研制出采用輪邊驅動(dòng)型式的“春暉二號”純電動(dòng)車(chē)，該電動(dòng)車(chē)的四個(gè)車(chē)輪通過(guò)低速永磁直流無(wú)刷輪轂電機直接驅動(dòng)，并匹配了相應的盤(pán)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驅動(dòng)的純電動(dòng)大巴。

3、分布式驅動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)

從以上論述中不難發(fā)現，在分布式驅動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)中，每個(gè)車(chē)輪的驅動(dòng)轉矩可單獨控制，各個(gè)驅動(dòng)輪之間的運動(dòng)狀態(tài)相對獨立。分布式驅動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)與集中式驅動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)相比，其優(yōu)點(diǎn)可概括總結如下：

(1)同等總功率需求下，單臺電機功率降低，尺寸和質(zhì)量均減小，使得整車(chē)布置的靈活性和車(chē)身造型設計的自由度增大，易于實(shí)現同底盤(pán)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)機械傳動(dòng)系統部分減少或全部取消，可簡(jiǎn)化驅動(dòng)系統。各驅動(dòng)輪力矩的控制方式由硬連接變成軟連接，能滿(mǎn)足無(wú)級變速需求及實(shí)現電子差速功能;

(3)電機驅動(dòng)力矩響應迅速，正反轉靈活切換，驅動(dòng)力矩瞬時(shí)響應快，惡劣工況的適應能力強;

(4)在硬件及軟件控制方面，更容易實(shí)現電氣制動(dòng)、機電復合制動(dòng)及再生制動(dòng)，經(jīng)濟性更高，續駛里程更長(cháng);

(5)在行駛穩定性方面，通過(guò)電機力矩的獨立控制，更容易實(shí)現對橫擺力矩、縱向力矩的控制，從而提高整車(chē)的操縱穩定性及行駛安全性。

綜上所述，雖然目前集中驅動(dòng)型式占電動(dòng)汽車(chē)驅動(dòng)系統的主流，但分布式驅動(dòng)型式作為新興的驅動(dòng)系統，在動(dòng)力學(xué)控制、整車(chē)結構設計、能量效率及其它性能方面均有很多優(yōu)點(diǎn)，因此研究分布式驅動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)有助于電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展及推廣。