电动汽车 电动汽车分布式驱动技术与应用

高惠民一、发展分布式驱动电动汽车的背景和意义发展节能、环保、安全的电动汽车被认为是解决混合动力汽车、燃料电池汽车及其他采用电力驱动形照动力系统布局形式的不同，电动汽车驱动形式可以动和分布式驱动两种。集中式驱动的设计理念源自于车最常用的驱动形式。由于受到传统汽车设计理念的而随着电动汽车设计理念的不断深化以及电驱动系统的不断进步，分布式驱动具有机械环节少、传动链短、布置灵活的据分布式电机布置(轮毂电机/轮边电机)形式的全新设结构的变革营造了极大的空间，因此，相对于传统内中式驱动电动汽车，分布式驱动电动汽车有以下几个直接驱动车轮，取消了传统内燃机汽车需要的换挡操器、机械变速器或液力变速器、传动轴、驱动桥和机中式驱动电动汽车需要的减速器、差速器等冗长的(传动机构链接，大幅缩短了机械传动链，实现了“零传动”，还能实汽车难以达到的从零到最大速度的无级变速功能，避传动、液力传动过程中传递功率的损失，提高了整车时也避免了传动系统带来的扭转振动。此外，由于轮车只有少量的机械噪声和电磁噪声，传统汽车发动机及冷却水系统、排气消声系统、油箱等大量机械辅助设备和装置，减轻了整车装备质量，降低了车辆质心高度，增加了整车质量分布设计的自由度，整车的轴荷分配更趋合理；将驱动、传动和制动系统都集中在轮毂内实现了紧凑的结构，使车辆底盘结构大为简化，增加了整车总体布局和车身造型设计的自由度，扩大了车内乘用空间，有效提高了车身内部的空间利用率，有助于实现底盘架构承载功能与车身功能的分离。同时也能基于相同底盘开发不同系列化、多样化的车身造型产品，缩短新车型的开发周期，馈，在车辆制动过程中电机以发电方式工作，能将汽车势能转化成电能存储到电池中，也能实现各电动轮的电机电复合制动，在保证车辆制动稳定性的同时有效地回量，显著提高了能源利用率和延长了车辆的行布式驱动电动汽车，可以根据路面条件和电池荷电状态(SO速地在前驱、后驱、四驱等不同驱动形式中进行切换，4、分布式电动汽车使用轮毂电机/轮边电机技术，单个车轮加车辆在恶劣路面的通过性，同时轮毂电机/轮边电机可以通过电子差速技术实现转弯时左右车轮的转速不同甚至反转，实现类似履带式车辆的差动转向，大大减小车辆的转弯半径，在特殊情况下几乎可以实现原地转向，对于如越野汽车、矿山车、工程车等边电机既是执行单元，也是信息单元，可以在不增加额外传感器的情况下通过轮毂电机自身准确提供车轮转速等车辆信息，有效地拓展了车辆信息的感知范围，更易实现车辆重要状态参数(路面-轮胎力、车辆侧向速度、质心侧偏角、路面附着系数等)的多源信息融合准确估计，提高了车辆状态信息的实时观测精度，为实现分布式驱动电动汽车底盘动力学系统主动安全控制提供了必要的车轮的驱动力相比，分布式驱动电动汽车使电机独立驱动车轮，各个轮毂电机/轮边电机转矩独立可控；同时，提高，伴随着线控技术(线控驱动、制动)的使用可实现各车轮驱动力和制动力的独立控制，从而使车辆动力学控制无法比拟的全新高度，车辆动力学控制优势凸显(例前轮主动转向系统、直接横摆力矩控制系统等的集成控制，能改善车辆行驶的主动安全稳定性。表1为电动动方式性能比较，它直观反映了不同驱动方式基于上述优点，分布式驱动电动汽车被国际公认为新最终解决方案，已成为各国汽车领域研究发展和产业化的热点。国内一些造车新势力研究开发分布式驱动电动汽车，加快建立从整车到关键零部件的完整新能源电动汽车产业链的我国新能源电动汽车行业拥有完全自主的知识产权，从而提升整个汽车工业的核心竞争力，推动自主品牌新能源电动汽车的节能能源危机和环境污染问题逐渐凸显，汽车动力系统电动化转型已成为汽车的发展趋势。近年来，国内外相继研究开发了不少各具特色的分布式驱动电动汽车。在21世纪初，美国通用的概念车车设计和动力学控制的全新变革。随后，应用分布式驱威MARVELX等；汽车零部件巨头纷纷开发了用于分子的eCorner、米其林的ActiveWheel、采埃孚的e适合采用分布式驱动结构。分布式驱动已成为电动大客车制高点，国内外大客车企业纷纷投入研发：戴姆勒公司搭年德国汉诺威IAA车展资分布式驱动的比亚迪K9纯电动客车，如于车辆的模块化设计提出了更强烈的需求。舍弗勒基于机开发了集成智能转向电驱模块，并应用于未来交通具有非常高的适应性，可灵活匹配不同的车身，从而二、分布式电动汽车驱动定义及系统构成式”驱动而言，指对独立驱动源大于1的动力系统进行分配。分布式驱动电动汽车根据电机布置位置主要可分动和轮毂电机驱动。采用轮边电机方案实用性更强。轮是将驱动电机安装在轮边，通过电机轴和减速装置将电连。轮毂电机驱动是直接将电机嵌入轮毂内，电机可直前进。分布式驱动更易于扩展成为多轴或多轮独立电驱主要依靠电机及其控制系统完成车轮驱动功能，并由电压制动系统完成制动功能。电机及其控制系统可通过测机内部的电压和电流等物理量对电机的转矩和转速进行的实时估计，这就为车辆动力学控制提供了更为优质的输出反馈，使先进的控制理论和控制方法能够在车辆动中加以应用，以实现车辆运动的精确控制。图9所示轮边电机驱动系统将传统燃油汽车驱动系统中的刚性电气，该驱动系统主要由整车控制器、电机轮边电机和车轮之间安装减速机构，起到降低转速、增加作用。通常采用高速内转子式电机，该电机可在高速区域内运行，通过减速装置满足低速大转矩的要求。图10所示为典型结构示意图。轮边电机驱动系统取消了主减速器和差速器机置于轮边单独驱动车轮。在汽车运行过程中，整车控制机转矩指令分别发送至左右轮边电机控制器，从而控制轮根据轮边电机位置可分为电机固定式和电机摆动式。电机和轮边减速器固定于车架，轮边电机固定式构型通常为集成式轮边电驱桥的形式，如图11所示。后者将轮边电机和轮边减速器与悬架集成，如图12所示。它们的主要特点是电驱动系统集中对置式电驱动系统的结构特点与集中电机轮边电机驱动系统一种特殊结构。两个驱动电机和两个置布置于车架上，通过控制器独立驱动左、右轮，典型总成布置于车架，其优点是没有轮毂电机带来的簧下质题，制造技术成熟，应用安装方便；缺点是传动系统仍一级减速采用动力分流行星齿轮机构，驱动齿轮与电机连，在最低位置与齿圈和过渡啮合；二级减速采用四个过行星架输出到轮毂。由于轮毂内的行星轮结构可使轮动系统的主要缺点是簧下质量显著增加。如何有效抑制轮毂电机簧下质量负效应，解决轮毂电机系统设计轻量化，提高驱动系统电动轮是直接将驱动电机安装在汽车的车轮里。主要有一种是内定子、外转子电机结构，外转子直接安装在车常要求电机为低转速大转矩的电机，乘用车的轮毂电机转向系统等结构一体化设计，输出特性需满足不同工况特别是针对A级和A0级电动乘