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純電動汽車驅動系統原理
純電動汽車驅動系統原理
更新时间:2024-05-05 19:58:37

分布式驅動電動汽車主要結構特征是将驅動電機直接安裝在驅動輪内或者驅動輪附近,具有驅動傳動鍊短、傳動效率高、結構緊湊等突出優點。電動機即是汽車信息單元,同樣也是快速反應的控制執行單元,通過獨立控制電動機驅/制動轉矩容易實現多種動力學控制功能。

純電動汽車驅動系統原理(什麼是分布式電驅動汽車)1

從廣義上說,電動汽車是以電驅動為基礎的機動車輛。按照使用能源的不同,電動汽車可以分為純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車及其他采用電力驅動形式的汽車。

按照動力系統布局形式的不同,電動汽車驅動形式可以分為集中式和分布式兩種:

純電動汽車驅動系統原理(什麼是分布式電驅動汽車)2

集中式驅動:

集中式驅動的設計理念源自傳統車輛,這種驅動形式是内燃機汽車最常用的驅動形式。在集中式驅動形式下,動力傳遞需要經過離合器、變速器、傳動軸、差速器、半軸等傳動部件,最終作用于車輪。這種設計構型最大限度地保留了電動汽車與傳統内燃機汽車的兼容度,是混合動力汽車的主要構型之一。

純電動汽車驅動系統原理(什麼是分布式電驅動汽車)3

但由于受到傳統汽車設計理念的束縛,集中式驅動設計方案傳動部件多、傳動效率低、控制複雜的缺點逐漸顯現。

純電動汽車驅動系統原理(什麼是分布式電驅動汽車)4

分布式驅動:

随着電動汽車設計理念的不斷深化以及電驅動系統的不斷進步,純電動汽車電力驅動機械環節少、傳動鍊短、布置靈活的特點逐步被挖掘出來。分布式驅動形式取消了離合器、變速器、傳動軸、差速器、半軸等傳動部件,驅動電動機直接安裝在驅動輪内或驅動輪附近。在分布式驅動方案中,依據電動機特點全新設計的電動汽車底盤形式為汽車結構的變革營造了極大的空間,逐步成為研究和設計領域的熱點。

相對于集中式電動汽車,分布式電動汽車具有以下幾個方面的優勢:

1、傳統的由内燃機、變速器、差速器及車輪制動系統構成的車輪驅動系統及制動力控制系統,機械結構複雜,響應速度較慢,且受制動器、液壓管路及電磁閥的時延等因素的影響,底盤動力學控制系統的實際時延可達50~100ms,這不僅使系統能耗有所增加,還大大限制了系統的實時控制效果。

純電動汽車驅動系統原理(什麼是分布式電驅動汽車)5

分布式電動汽車采用電驅動底盤,車輪驅動力的控制可隻由電動機及其控制系統完成,車輪制動力的控制可由電動機輔助液壓制動系統完成。相對于傳統汽車的動力系統,電動機及其控制系統不僅易于控制,而且具有更好的響應特性(如更高的響應精度和更快的響應速度),便于車輛動力學實時控制系統的應用,同時還可與制動能量回收系統結合,以減少能源消耗。

2、對于傳統汽車,車輪驅動力及制動力難以實時、準确測量,多采用在試驗室環境中對内燃機進行标定匹配所得的點火控制曲線圖,通過查表方式估計車輛行駛過程中的驅動力。由于車輛動力總成和制動系統本身的響應時延及傳動損失,這種估計方法往往帶有較大的誤差,增大了車輛動力學控制的難度,導緻其控制系統的設計比較複雜,在很大程度上削弱了其應用效果。

純電動汽車驅動系統原理(什麼是分布式電驅動汽車)6

四輪獨立電驅動車輛是一種典型的分布式電動汽車,主要依靠電動機及其控制系統完成車輪驅動功能,并由電動機輔助液壓制動系統完成制動功能。電動機及其控制系統可以通過測量諸如電動機内部的電壓和電流等物理量對電動機的轉矩和轉速進行更為準确的實時估計,這就為車輛動力學控制提供了更為優質的執行機構輸出反饋,使得先進的控制理論和控制方法能夠在車輛動力學控制中加以應用,以實現車輛運動的精确控制。

3、分布式電動汽車在底盤布置上具有極大的靈活性,其能量源和驅動電動機之間可采用軟電纜連接,擺脫了傳統機械傳動的設計約束,節省了成本和布置空間。其底盤系統傳動效率也得到進一步提高,并且更易于擴展成為多軸或多輪獨立電驅動的底盤系統。

純電動汽車驅動系統原理(什麼是分布式電驅動汽車)7

多軸或多輪獨立電驅動底盤系統可相對獨立地對各車輪的驅動力和制動力進行靈活的分配和控制,非常易于在各種不同的驅動形式之間進行切換,以充分發揮和結合各種驅動形式的優勢,甚至可以采用四輪獨立電驅動車輪(産生互不相同的驅動力)的新型驅動形式,在不額外增加車輛動力學控制系統的情況下,實現多種車輛動力學控制功能,真正實現車輛動力學控制的電子化和主動化。

4、分布式驅動電動機可以通過電壓、電流等狀态特性表征其物理特性,因此分布式驅動電動機既是執行單元,也是信息單元。該信息單元可以準确反饋當前的輪邊速度和驅動力矩,為車輛的多信息單元融合提供了良好的基礎條件。

純電動汽車驅動系統原理(什麼是分布式電驅動汽車)8

此外,分布式電動汽車具有多個獨立可控的動力單元,這些動力單元可相對獨立地實現各自的控制功能。這種冗餘配置的結構十分有助于進行失效控制及各種不穩定狀況下各車輪驅動力的協調控制。

總結:

分布式電動汽車能夠很好地體現節能、安全、環保的汽車設計理念,代表着未來電動汽車發展的重要方向。分布式電動汽車驅動形式切換方便,其控制執行單元能實現快速精确的獨立控制。

純電動汽車驅動系統原理(什麼是分布式電驅動汽車)9

同時,電動汽車還實現了多信息單元融合,這些将會極大地改善分布式電動汽車的動力學控制效果。分布式電動汽車本身所具有的獨特系統結構可以從整體上提升該類型車輛的動力學控制效果,從而有效改善車輛行駛的安全性和舒适性。

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