纯电动汽车动力驱动系统,纯电动汽车驱动系统结构形式比较

首页 > 机动车 > 作者:YD1662023-12-06 00:13:45

(一)纯电动汽车的驱动系统的组成

纯电动汽车驱动系统主要由中央控制单元、驱动控制器、驱动电动机、机械传动装置等组成。为适应驾驶人的传统操作习惯,纯电动汽车仍保留了加速踏板、制动踏板及相关手柄或按钮等。在纯电动汽车上是将加速踏板,制动踏板的机械位移量转换为相应的电信号输入到中央控制单元来对汽车实行控制的。对于变速杆,为遵循驾驶人的传统习惯,一般仍需保留,最常见的有空挡、前进、例挡三个挡位,该装置以开关信号的形式传输到中央控制单元,对汽车进行前进,停车,倒车进行控制。

纯电动汽车动力驱动系统,纯电动汽车驱动系统结构形式比较(1)

(1)中央控制单元

中央控制单元不仅是驱动系统的控制中心,还要对整辆纯电动汽车的控制起到协调作用.它根据加速路板与制动踏板的输人信号,向驱动控制器发出相应的控制指令,对驱动电动机进行启动、加速、减速、制动控制。

在纯电动汽车减速和下坡滑行时,中央控制单元配合车载电源模块的能源管理系统进行能量回收,使蓄电池反向充电。对于与行车行驶状况有关的速度、功率、电压、电流及有关故障诊斯等信息,还需传输到辅助模块的仪表盘进行相应的显示,另外,如驱动系统采用轮毂电动机分散驱动方式,当汽车转弯时,中央控制单元也需与辅助模块的动力转向单元配合,即控制左右轮毅电动机来实行电子差速转向。

为减少纯电动汽车各个控制部分间的硬件连线,提高可靠性,当代汽车控制系统已较多地采用了总线控制方式,特别是对于采用轮教电动机进行4WD前后四轮驱动控制的模式,更需要运用总线控制技术来简化纯电动汽车内部线路的布局,提高其可常性,也便于故障诊断和维修,并且采用该模块化结构,一但技术成熟,其成本也将大幅下降。

(2)驱动控制器

驱动控制器的功能是按中央控制单元的指令,当前驱动电动机的速度、电流反馈信号,对驱动电动机的速度、驱动转矩和旋转方向进行控制。驱动控制器与驱动电动机必须配套使用,目前对驱动电动机的调速主要采用调压、调频等方式,这主要取决于所选用的驱动电动机类型。由于高压蓄电池组以直流电方式供电,所以对于直流电动机主要是通过DC/DC转换器进行调压调速控制,对于交流电动机需通过DC/AC转换器进行调频调压矢量控制;对于磁阻电动机是通过控制其脉冲频率来进行调速。当汽车倒车时,需通过驱动控制器使驱动电动机反转来驱动车轮反向行驶。当纯电动汽车处于减速和下坡滑行时,驱动控制器使驱动电动机运行于发电机工况,驱动电动机利用车辆惯性发电,将电能通过驱动控制器回馈给高压蓄电池组,所以驱动控制器与高压著电池组电源的电能流向是双向的。

(3)驱动电动机

驱动电动机在纯电动汽车中被要求具备电动机和发电机的双重功能,即在正常行驶时发挥其主要的电动机功能,将电能转化为机械能;而在减速和下坡滑行时又被要求发挥其主要的发电机功能,将车轮的惯性动能转换为电能。对驱动电动机的选型一定要根据其负载特性来进行。由对为车行驶时的特性分析可知,汽车在起步和上坡时,要求有较大的启动转矩和相当的短时过载能力,并有较宽的调速范围和理想的调速特性,即在启动低速时为恒转矩输出,在高速时为高功率输出。驱动电动机与驱动控制器所组成的驱动系统是纯电动汽车中最为关键的部件,电动汽车的运行性能主要取决于驱动系统的类型和性能,它直接影响着汽车的各项性能指标,如汽车在各工况下的行驶速度、加速与爬坡性他及能源转换效率。

(4)机械传动装置

纯电动汽车机械传动装置的作用是,将驱动电动机的驱动转矩传输给汽车的驱动轴,带动汽车车轮行驶。由于驱动电动机本身具有较好的调速特性,其变速机构可被大大简化,较多的是为放大驱动电动机的输出转矩仅采用一种固定的减速装置。又因为驱动电动机可带负载直接启动,也省去了传统内燃机汽车的离合器。由于驱动电动机可以容易地实现正反向旋转,所以也无需通过变速器中的倒挡齿轮组来实现倒车。对驱动电动机在车架上合理布局,即可省去传动轴、万向节等传动部件。当采用轮毅电动机分散驱动方式时,又可以省去传统汽车的驱动桥、机械差速器、半轴等一切传动部件。

由于纯电动汽车是单纯用着电池作为驱动能源的汽车,采用合理的驱动系统布置形式来充分发挥电动机驱动的优势是尤其重要的。纯电动汽车驱动系统布置的原则是,符合车辆动力学对汽车重心位置的要求,尽可能降低车辆重心高度。特别是对于采用轮毅电动机驱动实现“零传动”方式的纯电动汽车,不仅去掉了发动机、冷却系统、排气消声系统和油箱等相应的辅助装置,还省去了变速器、驱动桥及所有传动链,既减轻了汽车自重,也留出了许多空间,其结构可以说发生了脱胎换骨的变化。车辆的整个结构布局需重新设计并全面考虑各种因素。如图所示,纯电动汽车的驱动系统布置形式目前主要有4种基本典型结构,即传统的驱动方式、电动机-驱动桥组合式驱动方式、电动机-驱动桥整体式驱动方式、轮毅电动机分散驱动方式。

(二)纯电动汽车驱动系统的布置

(1)传统的驱动方式

如下图所示,该驱动系统仍然采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动机,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起动转矩,增加低速时纯电动汽车的后备功率。这种驱动系统布置形式有电动机前置-驱动桥前置(F-F)、电动机前置-驱动桥后置(F-R)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。

纯电动汽车动力驱动系统,纯电动汽车驱动系统结构形式比较(2)

(2)电动机-驱动桥整体式驱动方式

如下图所示,这种驱动系统布置形式与发动机横置一前轮驱动的内燃机汽车的布置方式类似,把电动机、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。电动机一驱动桥整体式驱动系统布置形式有同轴式和双联式两种。

纯电动汽车动力驱动系统,纯电动汽车驱动系统结构形式比较(3)

(3)电动机-驱动桥组合式驱动方式

如下图所示,这种驱动系统布置形式即在驱动电动机端盖的输出轴处加装减速齿轮和差速器等,电动机、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动机的输出转矩,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动机的调速要求较高。按传统汽车的驱动模式来说,可以有驱动电动机前置-驱动桥前置)或驱动电动机后置-驱动桥后置两种方式。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。

纯电动汽车动力驱动系统,纯电动汽车驱动系统结构形式比较(4)

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