1、傳統集中式驅動結構類型

 

      集中驅動式電動汽車與傳統內燃機汽車的驅動結構布置方式相似，用電動機及相關部件替換內燃機，通過變速器、減速器等機械傳動裝置，將電動機輸出力矩，傳遞到左右車輪驅動汽車行駛。集中驅動式電動汽車操作實現技術成熟、安全可靠，但存在體積較重，效率相對不高等不足。隨著純電動汽車技術研究的深入，純電動汽車的驅動系統的布置結構也逐漸由單一動力源的集中式驅動系統向多動力源的分布式驅動系統發展。圖1.1為電動汽車不同驅動系統的結構示意圖。圖1.1(a)為單電動機集中驅動型式，由電動機、減速器和差速器等構成，由于沒有離合器和變速器，可以減少傳動裝置的體積及質量。圖1.1(b)也為單集中驅動型式，與發動機橫向前置前驅的內燃機汽車結構布置方式相似，將電動機、減速器和差速器集成一體，通過左右半軸分別驅動兩側車輪，該布置型式結構緊湊，多用于小型電動汽車上。圖1.1(c)為雙電機分布驅動型式，兩個驅動電機通過減速器分別驅動左右兩側車輪，可通過電子差速控制實現轉向行駛，以取代機械差速器，該驅動方式為目前研究的熱點。圖1.1(d)為輪轂電機分布式驅動型式，電動機和固定速比的行星齒輪減速器安裝在車輪里面，省去傳動軸和差速器，從而使傳動系統得到簡化。該驅動方式對驅動電機的要求較高，同時控制算法也比較復雜。

 

 

      2、分布式驅動電動汽車結構類型

 

      分布式驅動電動汽車按照動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型式，輪邊電機或輪轂電機驅動型式。

 

      (1)電機與減速器組合驅動型式

 

      在該驅動型式中，電機與固定速比減速器連接，通過半軸實現對應側車輪的驅動，由于電機和減速箱布置在車架上，因此在現有車身結構的基礎上，稍加改動，該驅動型式即可推廣應用。圖2.1中的兩種電動汽車均采用該驅動型式。其中，圖2.1(a)為北京理工大學研發的具有防滑差速功能的雙電機分布式驅動車輛結構示意圖；圖2.1(b)為美國特斯拉公司推出的Tesla Model S型電動汽車及結構示意圖。圖2.1(c)德國的奧迪R8e-tron純電動跑車，采用四臺異步電動機分布式驅動，百公里加速僅4.8s。

 

 

 

      (2)輪邊或輪轂電機驅動型式

 

      輪邊電機驅動型式是將驅動電機安放于副車架上，驅動輪從其對應側輸出軸獲取驅動力。輪轂電機驅動型式是將電機和減速機構直接放在輪輞中，取消了半軸、萬向節、差速器、變速器等傳動部件。輪邊電機驅動型式或輪轂電機驅動型式均具有結構緊湊、車身內部空間利用率高、整車重心低、行駛穩定性好等優點。圖2.2(a)為一體化輪邊驅動系統，由悉尼科技大學與澳大利亞國立科學機構CSIRO共同開發完成，并在三輪太陽能電動車Aurora中得到實際應用，該車通過電機本體和車輪輪輞的一體化設計，最高車速可達72km/h。圖2.2(b)為同濟大學研制出采用輪邊驅動型式的“春暉二號”純電動車，該電動車的四個車輪通過低速永磁直流無刷輪轂電機直接驅動，并匹配了相應的盤式制動器用于制動。圖2.2(c)為比亞迪公司推出的采用輪邊電機驅動的純電動大巴。

 

 

 

      3、分布式驅動的優點

 

      從以上論述中不難發現，在分布式驅動電動汽車中，每個車輪的驅動轉矩可單獨控制，各個驅動輪之間的運動狀態相對獨立。分布式驅動電動汽車與集中式驅動電動汽車相比，其優點可概括總結如下：

 

      (1)同等總功率需求下，單臺電機功率降低，尺寸和質量均減小，使得整車布置的靈活性和車身造型設計的自由度增大，易于實現同底盤不同造型產品的多樣化，縮短產品開發周期，降低生產成本；

 

      (2)機械傳動系統部分減少或全部取消，可簡化驅動系統。各驅動輪力矩的控制方式由硬連接變成軟連接，能滿足無級變速需求及實現電子差速功能；

 

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

 

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

 

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

 

      綜上所述，雖然目前集中驅動型式占電動汽車驅動系統的主流，但分布式驅動型式作為新興的驅動系統，在動力學控制、整車結構設計、能量效率及其它性能方面均有很多優點，因此研究分布式驅動電動汽車技術有助于電動汽車的發展及推廣。

 

作者：中國汽車工程研究院北京分院