电动汽车构型及驱动系统方案

整车驱动系统布置方案 在纯电动汽车动力系统布置上，目前有前置前驱、后置后驱、四轮驱动、轮毂电机四种布置方式，前置前驱应用较为广泛，高端车型后置后驱、四驱运用较多。轮毂电机布置方式暂未实现量产，目前各厂家均在研发阶段。 （1）前置前驱 前置前驱是将驱动电机布置在车辆前方，通过减速器、半轴将驱动力传递给前轮。特点是传输动力速度快，减少了传动部件，传递动力的过程较短。优点是便于结合成熟的麦弗逊悬架，制造工艺简单，开发周期短，且前舱易于布置。 因为动力源和驱动机构都在车辆的前部，这样就会造成车辆前部重量比较重，造成头重脚轻的现象。在遇见特殊路况后，后轮的抓地力比较弱，在快速过弯的时候也会重量产生推头的现象。 国内市场A级纯电动汽车普遍采用前轮驱动方式，且大部分传统车企，在原有燃油车平台进行升级改造，将原有的燃油系统变更为纯电动动力系统。特斯拉、蔚来则是研发全新的平台，能够有效且充分发挥纯电动动力系统结构紧凑的特长。 也正是因为驱动电机的体积较发动机大为减小，纯电动汽车更加适合后置后驱驱动方案，后驱车拥有更好的车身动态，就是老司机所说的后驱车比前驱车更有驾驶乐趣。后驱车确实拥有比前驱车更好的运动底子，四驱车的行驶稳定性和通过能力则更具优势。 通常后置纯电动汽车相比于前驱有如下优点：①由于横摆力矩小，车辆操纵非常灵活，在轮胎抓地力一定的前提下，前轮的抓地力可以更大的运用在汽车转向上，转向更轻便灵活；②良好的起动和爬坡性能，而且几乎与负荷状态无关，车辆启动与爬坡时，车辆载荷向后方偏移，后轮的抓地力因此提升，可以更好的将动力作用在车轮上，造就了后驱非凡的启动爬坡性能；③驱动电机扭矩传递路线短，效率高，较前置后驱减少了传动部件，有效的降低了不必要的传动功率损失；④由于前轮负荷小，所以转向轻便；⑤制动力分配合理；⑥前悬架构造简单；⑦前面可以使用小悬挂。 后驱对车辆加速、操控有不可比拟的优势，但是也不可避免的存在问题。由于缺少了前置的风冷散热，后置需要的散热器功率大， 对纯电动的续驶里程有所影响；正常路面行驶时，前轮负荷小，易于转向，但也会出现明显的过度转向，而且遇到冰雪路面时，前轮抓地力不足，导致转向困难； （3）四驱 四驱纯电动汽车一般应用于高端车，一般情况下两种形式的电机组合使用：低速行驶阶段，充分利用永磁电机的高效率，保证驱动电机损耗最低状态，实现能源的最大化运用；高速行驶阶段，将感应异步电机在高速状态下的高功率发挥更大的性能，总体来说，无论是中低速还是高速路段，永磁电机基本一直在运行，而感应电机是起到加速，提升性能的作用，最大程度的两者兼顾。同步、异步电机组合使用，发挥各自优势，达到综合性能最优。 纯电动汽车常用驱动电机类型见下表： 基于成本、驱动电机效率、驱动电机控制难度等多方面因素综合考虑，四驱纯电动汽车驱动电机常见四驱方案有如下三种： 电驱动系统布置方案 （1）分体式布置 分体式指电机、电控、减速器及其他附件独立存在，分体式在七八年前应用范围较广。 优点：故障排查方便，单个零部件出现故障能够够有效的排查和更换：因占用空间大，电机电控产生的热损耗易于散发，对热管理难度有所降低。 缺点：装配工作量且装配工艺较三合一较大，主机厂需额外增加分装线；体积大，占用空间多，前舱布局难度高；成本高，连接高压线缆长，一定程度上增加了故障率和成本，并且线缆存在热损耗，导致效率有所降低。 （2）三合一集成布置方案 三合一驱动动系统体积小，质量轻、效率高、NVH好、成本低。 车辆各系统的布局可以更加灵活，这也有利于车企的平台化设计，即为不同车型搭载同一套系统，对于用户来说，可获得最大化的乘坐空间，以及宽敞的储物空间；三合一系统重量轻，使得电动汽车的续驶里程更长。 （3）轮毂电机方案 轮毂电机是将汽车的“动力系统、传动系统、刹车等系统”集成到一起而设计出来的；之所以被称为轮毂电机，是指电机安装在车辆的轮毂位置而言。轮毂电机的优点：①省略大量传动部件，让车辆结构更简单；②可实现多种复杂的驱动方式。 由于轮毂电机具备单个车轮独立驱动的特性，因此无论是前驱、后驱还是四驱形式，它都可以比较轻松地实现，全时四驱在轮毂电机驱动的车辆上实现起来非常容易。 轮毂电机的缺点：①虽然整车重量下降，但是簧下重量提高了，将给整车的操控、舒适性和悬挂的可靠性带来巨大影响；②成本问题：高转化效率、轻量化的四轮轮毂电机成本居高不下；③可靠性问题：将精密的电机放到轮毂上，长期剧烈上下振动和恶劣的工作环境（水、尘、热）带来的故障问题，也要考虑轮毂部分是车祸中很容易受损的部位，维修成本高；④制动热量与能耗问题：电机本身就在发热，由于簧下质量增加，制动压力更大，发热也更大，如此集中的发热对制动性能要求高。 轮毂电机的应用现阶段面临的难题主要有以下几个：①簧下质量大，整车的操控、舒适性和悬挂的可靠性带来巨大影响。②研发周期长、技术资金投入大。③控制系统复杂。④热管理系统难度高。 轮毂电机方案在动力配置、传动结构、操控性能、能源利用等方面的技术优势和特点极为明显，待技术成熟后，未来会成为主流的布置方案。 电动车特点 ➢必须有一个以上电机➢必须有一个能源储存系统而不是燃料箱➢电机一定要提供动力（部分或全部） 术语 内燃发动机（ICE）：发动机通过燃烧汽油，油或其他燃料产生的热空气驱动活塞. 变速箱：应用齿轮转换转速和扭矩，把旋转功率转化为另外一个旋转功率输出。 差速器：可以实现扭矩分配到两个半轴，挡车辆转弯时允许两边输出转速不同。 离合器：实现发动机与变速箱的分离与结合 电机（EM）：电动机或者发电机 能量管理系统（EMs）：控制多能源的能量分流 电机特性 ➢电机的大转速范围：不需要高档位齿轮➢低速时的高扭矩输出：无需低速挡齿轮➢以零速运行：无需在低转速下空转在大的工作范围内具有较高效率 Motoring mode 传动系关键元件--功率转换器 ➢逆变器：将DC转换为AC ➢DC/DC转换器：提高或降低电池电压 ➢整流器（车载充电器）：将AC从电网转换为DC 传动系关键元件--能量管理系统（EMS） ➢EMS使用硬件和软件控制来优化能源效率和驾驶性能。 ➢基于软件的高级监督控制（HLSC）。 EMS案例 关键传动系元件-能量存储系统 ➢ESS可以是电池，超级电容器和氢气罐（用于燃料电池） ➢EV中使用的电池类型：铅酸，镍氢，锂离子。 EV类型 ➢电池电动车（BEV） ➢混合动力电动车（HEV） ➢插电混动车（PHEV） ➢燃料电池电动车（FCEV） 电动车的SOC管理 燃油经济性和电动汽车范围 动力总成布置设计理念 BEV的结构-中央驱动 ⚫最简单的布置 ⚫无需离合器和变速箱 ⚫几乎市场上所有BEV都在使用 中央驱动的优点与缺点 优点：①减小安装空间和轻量化；②单速减速机更具成本效益；③由于更少的齿轮对和没有变速箱，可以进一步降低效率损失；④完全消除了换档控制。缺点：①边界条件附近的效率下降；②EM只能以低速输出其最大功率的一部分，相反增加EM尺寸和成本。 在纯电动汽车电驱动架构方面，目前国内车型有轮毂电机、分体式（电机、电控、减速器独立）、二合一电驱动（电机+减速器）、三合一产品（电机+电控+减速器）等主流产品，还存在其他多合一产品（电控+DCDC+OBC+PDU）。 “二合一(电机+减速器)”方案，代表车型是雪佛兰Bolt；“三合一(电机+减速器+电机控制器)”方案，代表车型是特斯拉系列；其他“多合一”方案，包括整合了MCU、OBC、DCDC等模块，代表车型是宝马i3。 BEV结构--轮边驱动 ⚫驱动轮可以独立控制⚫消除差速器和半轴⚫电动滑板车的流行设计优点：成本和重量减小缺点：电机工作在低效率区间以及被限制尺寸 轮毂驱动衍生物 ⚫电机通过减速齿轮和驱动轴连接半轴 BEV结构-前驱和后驱 ⚫可以实现前驱、后驱和全驱 HEV结构-前驱和后驱 ▆串联混合动力▆并联混合动力▆功率分流混合动力▆复合混合动力 HEV结构-串联混合动力 发动机和电机串联连接 基础元件：发动机、发电机1、电动机2、电池 只有电机提供扭矩给主减驱动 HEV结构--并联混合动力布置 并联混动动力工作模式 Example: Honda insight Hybrid, VWJettaHybrid, Acura RLX Hybrid,Nissan Pathfinder Hybrid HEV结构-分流混合动力 发动机和主减传动之间的双重连接：机械和电气，包含一个以上分 HEV结构-PSD解释 一代普锐斯传动系布置结构EM1 10kWEM2 50kW 反拖（低速） HEV结构-分流混合动力 Examples: ToyotaPrius, Lexus CT200h, Lexus RX400h HEV结构-复合式混合动力 能够在单一架构中以多种基本混合模式运行。 可以包含串联/并联，串联/分流，并联-并联和许多种其他的结构成本和复杂性提高 复合式混合动力-Chevy Volt 1st Gen 燃料电池汽车 质子交换燃料电池机制