理论教育 纯电动汽车驱动方式分类:新能源汽车概论

纯电动汽车驱动方式分类:新能源汽车概论

时间:2023-10-10 理论教育 版权反馈
【摘要】:传统的驱动方式,是沿用内燃机汽车的驱动系统布置方式,包括离合器、变速器、传动轴和驱动桥等总成,只是将内燃机换成电机,属于改造型电动汽车。驱动桥内的机械式差速器使得汽车在转弯时左右车轮以不同的转速行驶。车轮驱动是近期电动汽车的发展方向。

纯电动汽车驱动方式分类:新能源汽车概论

传统内燃机汽车动力源为内燃机燃烧的汽油柴油的热能,再依靠传动装置,将动力传递到车轮上,因为发动机体积和数量的限制,传动燃油车的驱动方式只能采用集中驱动的方式。新能源电动汽车则是利用电机将高压蓄电池存储的电能转换为机械能,再由传动机构传递给车轮,产生推动力,驱动汽车行驶。因为电机体积相对较小,质量也较轻,不用考虑复杂的燃油和配气的管道问题,可以根据情况,设置一个或多个驱动电机。因此驱动方式可以多样化,目前纯电动汽车所采用的驱动方式总体上可分为两种:集中驱动和车轮独立驱动。

1.集中驱动

集中驱动是指整车使用一个或两个动力源(混动汽车),集中在汽车的合理的位置,通过变速器和减速器(或只通过减速器)降速增扭,最后经差速器将驱动转矩大致平均地分配给左右驱动半轴,可以采用前轮驱动、后轮驱动或四轮驱动的形式。纯电动汽车的集中驱动系统布置形式目前主要有3 种基本典型结构:传统的驱动方式、电机-驱动桥组合式驱动方式、电机-驱动桥整体式驱动方式。

(1)传统驱动系统布置形式。

传统的驱动方式,是沿用内燃机汽车的驱动系统布置方式,包括离合器、变速器、传动轴和驱动桥等总成,只是将内燃机换成电机,属于改造型电动汽车。这种布置方式可以提高纯电动汽车的启动转矩,增加低速时纯电动汽车的后备功率。布置形式有电机前置-驱动桥前置、电机前置-驱动桥后置等驱动模式。但是,这种驱动系统布置形式结构复杂、效率低,不能充分发挥驱动电动机的性能。在此基础上,还有一种简化的传统驱动系统布置形式,采用固定速比减速器,去掉离合器,这种驱动系统布置形式可减少机械传动装置的质量,缩小其体积。

传统驱动系统布置形式的工作原理类同于传统汽车,离合器用来切断或接通驱动电机到车轮之间传递动力的机械装置,变速器是一套具有不同速比的齿轮机构,驾驶员按需要来选择不同的挡位,使得低速时车轮获得大转矩低转速,而高速时车轮获得小转矩高转速。由于采用了调速电机,其变速器可相应简化,挡位数一般有一个就够了,倒挡也可利用驱动电机的正反转来实现。驱动桥内的机械式差速器使得汽车在转弯时左右车轮以不同的转速行驶。这种模式主要用于早期的纯电动汽车,省去了较多的设计,也适于对原有汽车的改造。

(2)电机-驱动桥组合式驱动系统布置形式。

电机-驱动桥组合式驱动系统布置形式即在驱动电机端盖的输出轴处加装减速齿轮和差速器等,电机、固定速比减速器、差速器的轴互相平行,一起组合成一个驱动整体。它通过固定速比的减速器来放大驱动电机的输出转矩,但没有可选的变速挡位,也就省掉了离合器。这种布置形式的机械传动机构紧凑,传动效率较高,便于安装。但这种布置形式对驱动电机的调速要求较高。按传统汽车的驱动模式来说可以有驱动电机前置-驱动桥前置或驱动电机后置-驱动桥后置两种方式,如图3-1中(a)和(b)所示。这种驱动系统布置形式具有良好的通用性和互换性,便于在现有的汽车底盘上安装使用,维修也较方便。

图3-1 电动机-驱动桥组合式驱动系统布置形式

(3)电机-驱动桥整体式驱动系统布置形式。

电机-驱动桥整体式驱动系统布置形式与发动机横向前置-前轮驱动的内燃机汽车的布置方式类似,把电机、固定速比减速器和差速器集成为一个整体,两根半轴连接驱动车轮。电机-驱动桥整体式驱动系统布置形式采用同轴式,如图3-2所示。

图3-2 电机-驱动桥整体式驱动系统布置形式

同轴式驱动系统的电机轴是一种特殊制造的空心轴,在电机左端输出轴处的装置有减速齿轮和差速器,再由差速器带动左右半轴,左半轴直接带动,而右半轴通过电机的空心轴来带动。

2.车轮独立驱动

电动汽车车轮独立驱动系统是利用若干独立控制的电机分别驱动汽车的车轮,车轮之间没有机械传动环节。其电机与车轮之间可以是轴式联接,也可以将电机嵌入车轮成为轮式电机。车轮独立驱动布置形式目前主要有2种基本典型结构,即双联式驱动方式和轮毂电机驱动方式。车轮驱动是近期电动汽车的发展方向。

(1)双联式独立驱动。

双联式驱动系统也称为双电机驱动系统,由左右台永磁电机直接通过固定速比减速器分别驱动两个车轮,左右台电机由中间的电控差速器控制,每个驱动电机的转速可以独立地调节控制,便于实现电子差速不必选用机械差速器,如图3-3所示。(www.daowen.com)

图3-3 双联式独立驱动

双联式驱动系统,具有结构更紧凑、传动效率高、重量轻、体积小、安装方便的特点,并具有良好的通用性和互换性,在小型电动汽车上应用最普遍。

(2)轮毂电机独立驱动。

轮毂电机独立驱动,就是指将驱动电机直接装到车轮上,直接驱动一个车轮旋转,又称车轮内装电机技术,它的最大特点就是将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内,因此将电动车辆的机械部分大大简化。主要有内定子外转子和内转子外定子两种结构,如图3-4所示。

图3-4 轮毂电机独立驱动

内定子外转子轮毂电机独立驱动系统布置形式,采用低速内定子外转子电机,其外转子直接安装在车轮的轮缘上,可完全去掉变速装置,驱动电机转速和车轮转速相等,车轮转速和车速控制完全取决于驱动电机的转速控制。由于不通过机械减速,通常要求驱动电机为低速大转矩电机。低速内定子外转子电机结构简单,无须齿轮变速传动机构,但其体积大、质量大、成本高。

内转子外定子轮毂电机独立驱动系统布置形式,采用一般的高速内转子外定子电机,其转子作为输出轴与固定减速比的行星齿轮变速器的太阳轮相连,而车轮轮毂通常与其齿圈连接,它能提供较大的减速比,来放大其输出转矩。驱动电机装在车轮内,形成轮毂电机,可进一步缩短从驱动电机到驱动轮的传递路径。采用高速内转子电机转速约10000r/min,需装固定速比减速器来降低车速,一般采用高减速比行星齿轮减速装置,安装在电机输出轴和车轮轮缘之间且输入和输出轴可布置在同一条轴线上。

采用轮毂电机驱动可大大缩短从驱动电机到驱动车轮的传递路径,不仅能腾出大量的有效空间便于总体布局,而且对于前一种内定子外转子结构,也大大提高了对车轮的动态响应控制性能。每台驱动电机的转速可独立调节控制便于实现电子差速。既省去了机械差速器,也有利于提高汽车转弯时的操控性。轮毂电机独立驱动在汽车上的布置方式可以有双前轮驱动、双后轮驱动和前后四轮驱动等模式。轮毂电机独立驱动方式应是未来纯电动汽车驱动系统的发展方向。但是目前,轮毂电机还有许多技术难点有待研发改进,没能普遍推广:

①轮毂电机系统集驱动、制动、承载等多种功能于一体,优化设计难度大。

②车轮内部空间有限,对电机功率密度性能要求高,设计难度大。

③电机与车轮集成导致非簧载质量较大恶化悬架隔震性能,影响不平路面行驶条件下的车辆操控性和安全性。同时,轮毂电机将承受很大的路面冲击载荷,电机抗震要求苛刻。

④车辆大负荷低速爬长坡工况下容易出现冷却不足导致的轮毂电机过热烧毁问题,电机的散热和强制冷却问题需要重视。

⑤车轮部位水和污物等容易集存,导致电机的腐蚀破坏,寿命可靠性受影响。

⑥轮毂电机运行转矩的波动可能会引起汽车轮胎、悬架以及转向系统的震动和噪声。

⑦由于轮毂电机直接集成在轮毂中,这就需要对驱动器的控制精度、响应时间、控制稳定性有着严格的要求,否则就会存在严重的安全隐患。

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