電動(dòng)汽車(chē)的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)研究

鐘華　孫建　沈祖英　沈曉春

摘 要：傳統(tǒng)燃料汽車(chē)在使用過(guò)程中，由于燃料燃燒不足，會(huì)產(chǎn)生大量有害氣體，對(duì)環(huán)境造成極大污染。為了更好地解決當(dāng)前日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，在滿(mǎn)足人們出行需求的同時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)運(yùn)而生。它以電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)輪的形式，有內(nèi)燃機(jī)和蓄電池兩種動(dòng)力源，可以有效減少各種有害氣體的排放。在電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)過(guò)程中，電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)至關(guān)重要?；诖?，本文先是闡述了新能源汽車(chē)的概況和現(xiàn)狀問(wèn)題，再?gòu)碾妱?dòng)汽車(chē)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的基本要求和電動(dòng)傳動(dòng)設(shè)備在電動(dòng)汽車(chē)中的布置方式這兩個(gè)角度出發(fā)，對(duì)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了研究與分析。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē);電氣傳動(dòng)系統(tǒng);機(jī)電一體化

1 新能源汽車(chē)概述

我相信新能源的概念深深植根于人們的頭腦中，最常見(jiàn)的是風(fēng)能和太陽(yáng)能，新能源汽車(chē)是指其能源系統(tǒng)不使用傳統(tǒng)能源的汽車(chē)。例如純電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車(chē)，燃料電池汽車(chē)的主要優(yōu)點(diǎn)是具有良好的燃料經(jīng)濟(jì)性和減少?gòu)U氣排放。不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲，純電動(dòng)汽車(chē)是一種依靠動(dòng)力電池提供驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的汽車(chē)，與其他兩種車(chē)型相比，該車(chē)型的技術(shù)更加成熟，要求也相對(duì)簡(jiǎn)單，只要有電力，它就能起作用。

2 傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 單電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)

目前，純電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)是一種單引擎?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)，與內(nèi)燃機(jī)車(chē)的設(shè)計(jì)有許多相似之處。由于它與內(nèi)燃機(jī)車(chē)的設(shè)計(jì)有太多相似之處，所以結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，在原生產(chǎn)線上易于生產(chǎn)。

在電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行的背景下，單引擎系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率的要求很高，因此也會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸，增加質(zhì)量的重量，因?yàn)檫@在一定程度上限制了清潔電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展。但現(xiàn)在對(duì)車(chē)輛性能的要求已不再簡(jiǎn)單和成熟，而是能夠滿(mǎn)足生活的需要。

2.2 主電機(jī)+輪轂電機(jī)傳動(dòng)

與單引擎系統(tǒng)相比，控制系統(tǒng)的組成更為復(fù)雜：它由兩個(gè)輪轂電機(jī)、一個(gè)電機(jī)控制器、主減速器和變速箱。

主發(fā)動(dòng)機(jī)+發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)支撐新能源汽車(chē)，新能源汽車(chē)發(fā)展的關(guān)鍵在于主發(fā)動(dòng)機(jī)，主發(fā)動(dòng)機(jī)能夠?yàn)殡妱?dòng)汽車(chē)的運(yùn)行提供足夠的動(dòng)力，無(wú)論汽車(chē)是在加速還是在減速，動(dòng)力也來(lái)自后輪的兩個(gè)輪轂發(fā)動(dòng)機(jī)。主機(jī)+推進(jìn)系統(tǒng)采用前軸作為推進(jìn)裝置，為了提高備用功率，可采用電動(dòng)汽車(chē)的兩輪往復(fù)電機(jī)作為輔助發(fā)動(dòng)機(jī)，并能有效解決后發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)惡劣環(huán)境下的熱變形問(wèn)題，如溫度、水、灰塵等。

2.3 雙電機(jī)雙軸驅(qū)動(dòng)純電汽車(chē)

純電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是將純電動(dòng)汽車(chē)的前后軸結(jié)合起來(lái)，采用發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)軸相結(jié)合的新型組合推進(jìn)系統(tǒng)，其中發(fā)動(dòng)機(jī)、調(diào)速器與驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)成一個(gè)整體，三軸構(gòu)成一個(gè)平行關(guān)系，這使得驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常緊湊。

使用兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的目的是為了在相同的車(chē)輛載荷下有更高的運(yùn)行效率。兩軸驅(qū)動(dòng)可以充分利用整車(chē)的附著力，顯著提高車(chē)輛附著力的利用率?？s短了電動(dòng)汽車(chē)的制動(dòng)距離，提高了汽車(chē)的能量回收速度。

3 傳動(dòng)操作系統(tǒng)中常見(jiàn)的問(wèn)題

3.1 車(chē)橋轉(zhuǎn)動(dòng)不方便

目前我國(guó)重型機(jī)械的駕駛情況很多，這些重型機(jī)械車(chē)輛的駕駛存在一定的困難和挑戰(zhàn)，很可能會(huì)使駕駛變得更重、更難控制，駕駛員在駕駛過(guò)程中非常繁瑣，很難再回到原來(lái)的狀態(tài)然而，重型機(jī)械車(chē)輛車(chē)軸轉(zhuǎn)向沉重的問(wèn)題和原因很多，既有由于轉(zhuǎn)向鐵故障造成的，也有由于升降機(jī)牽引位置造成的，甚至還有其他類(lèi)型的原因和問(wèn)題。

3.2 變速器經(jīng)常可能出現(xiàn)亂檔和跳檔的情況

這種情況和問(wèn)題很可能是車(chē)輛在行駛過(guò)程中切換后出現(xiàn)的，或者是在駕駛員換擋時(shí)工作不容易，換到更合適的檔位也不容易，換擋后甚至很容易轉(zhuǎn)向。產(chǎn)生問(wèn)題的原因大多是由于換檔、安全問(wèn)題和出口軸的缺陷;車(chē)輛的道路安全可能直接影響駕駛員的安全和乘客的人身和個(gè)人物品;如果車(chē)輛在高速公路上行駛時(shí)出現(xiàn)變速器和變速器錯(cuò)誤，則有可能影響行車(chē)安全穩(wěn)定，對(duì)有關(guān)人員構(gòu)成重大威脅。

3.3 在進(jìn)行直線行駛過(guò)程中汽車(chē)車(chē)橋存在跑偏的問(wèn)題

在進(jìn)行重機(jī)車(chē)輛的直線安全行駛過(guò)程中，行車(chē)駕駛員應(yīng)該牢牢把控住駕駛方向盤(pán)，才可以安全正常的運(yùn)行和駕駛，如果不慎在操控方向盤(pán)時(shí)出現(xiàn)一些放松的情況，重型機(jī)車(chē)就可能會(huì)存在著直線跑偏的情況，非常不利于駕駛員對(duì)于車(chē)輛的順利使用。這類(lèi)相關(guān)的問(wèn)題和情況形成原因也是多種多樣的，如果不經(jīng)過(guò)更加專(zhuān)業(yè)和合格的安全監(jiān)測(cè)，就無(wú)法輕易進(jìn)行判斷，特別是車(chē)輛左右輪的外傾角角度存在不同以及前輪軸承的維修調(diào)理不夠合格的情況等。

3.4 汽車(chē)駕駛中存在的車(chē)橋擺陣問(wèn)題

目前，我國(guó)交通形勢(shì)十分復(fù)雜多變，機(jī)動(dòng)車(chē)在高速公路上行駛的頻率和范圍都很高，而安全車(chē)輛對(duì)速度和機(jī)動(dòng)性的要求也在不斷提高，但目前我國(guó)生產(chǎn)的許多車(chē)輛在高速公路安全行駛過(guò)程中可能存在軸移問(wèn)題和情況，即車(chē)輛可能出現(xiàn)不穩(wěn)定、前瞻性強(qiáng)的情況，這可能取決于輪胎的安全性和質(zhì)量、車(chē)輪磨損等因素，這將給整個(gè)駕駛過(guò)程帶來(lái)非常嚴(yán)重的安全問(wèn)題。

4 電動(dòng)汽車(chē)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的基本要求

汽車(chē)在運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中經(jīng)常需要面對(duì)比較復(fù)雜的路況，它們既需要在高速公路上飛馳，又需要能夠面對(duì)上下坡、臨時(shí)超車(chē)、緊急剎車(chē)等情況，同時(shí)還需要能夠適應(yīng)雨雪等惡劣天氣。無(wú)論在什么樣的條件下，車(chē)輛在運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中都要承受道路的顛簸與振動(dòng)，確保駕駛?cè)伺c乘坐人的安全。對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)，電氣傳動(dòng)系統(tǒng)代替了傳動(dòng)燃?xì)馄?chē)的機(jī)械推進(jìn)系統(tǒng)，電池則代替了汽油來(lái)為車(chē)輛的運(yùn)行提供能源。電動(dòng)汽車(chē)需要在滿(mǎn)足少排放目標(biāo)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)上述的各種目標(biāo)。這對(duì)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)提出了更高的要求。

4.1 對(duì)轉(zhuǎn)矩的要求

基速以下比較大的轉(zhuǎn)矩需要能夠適應(yīng)車(chē)輛在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中快速啟動(dòng)的要求，同時(shí)還需要滿(mǎn)足車(chē)輛在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中的加速、負(fù)荷爬坡以及頻繁起停的要求。而基速以上比較小的轉(zhuǎn)矩則需要滿(mǎn)足恒定功率的要求，這樣才能使車(chē)輛以最高的速度在高速公路上行使，同時(shí)可以滿(mǎn)足車(chē)輛隨時(shí)超車(chē)的要求。

4.2 對(duì)系統(tǒng)保障的要求

電動(dòng)汽車(chē)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的操縱性能需要與司機(jī)平時(shí)的駕駛習(xí)慣相適應(yīng)，確保駕駛員在使用的過(guò)程當(dāng)中能夠平穩(wěn)運(yùn)行，乘客的乘坐環(huán)境比較舒適。與此同時(shí)，當(dāng)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)失效情況的時(shí)候，能夠確保車(chē)輛運(yùn)行的安全性。比如在電壓命令信號(hào)線、電流反饋線或者位置檢測(cè)線出現(xiàn)了斷路或者斷路的時(shí)候，電氣傳動(dòng)系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些事故，能夠立即切斷電機(jī)的電源。從而避免引起車(chē)輛的振蕩、給駕駛員和乘客帶來(lái)不良的影響。

4.3 對(duì)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍內(nèi)效率的要求

為了更好地滿(mǎn)足車(chē)電動(dòng)汽車(chē)的實(shí)際運(yùn)行需要，電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍內(nèi)效率需要滿(mǎn)足一定的要求，這樣才能使電池在一次性充電之后行使更長(zhǎng)的距離。目前電動(dòng)汽車(chē)電池的續(xù)航能力仍然是需要解決的重要問(wèn)題，只有開(kāi)發(fā)比能量更高的新型電池才能解決這個(gè)問(wèn)題的主要辦法。與此同時(shí)，還需要進(jìn)一步減低電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的損耗率，提高能源的利用率。

4.4 其他要求

為了避免在使用過(guò)程當(dāng)中出現(xiàn)頻繁維修的情況，同時(shí)也為了更好地抵抗在使用過(guò)程當(dāng)中出現(xiàn)的顛簸與振動(dòng)，電機(jī)與電控裝置的結(jié)構(gòu)應(yīng)該比較堅(jiān)固，體積要盡可能小、重量也要盡可能輕。與此同時(shí)，目前電動(dòng)汽車(chē)的價(jià)格還比較貴，這成為了人們購(gòu)買(mǎi)電動(dòng)汽車(chē)的重要顧慮，因此為了解決這一問(wèn)題，電動(dòng)汽車(chē)單位功率的系統(tǒng)設(shè)備價(jià)格要盡量降低。

5 電氣傳動(dòng)設(shè)備在電動(dòng)汽車(chē)中的布置方式

目前的電動(dòng)汽車(chē)主要有傳電動(dòng)汽車(chē)與復(fù)合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)這兩大類(lèi)。下面對(duì)這兩種電動(dòng)汽車(chē)電氣傳動(dòng)設(shè)備的布置方式進(jìn)行分析。

5.1 純電動(dòng)汽車(chē)的電氣傳動(dòng)設(shè)備的布置方式

第一是單臺(tái)電機(jī)的情況，在運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中主要是通過(guò)減速機(jī)與差動(dòng)齒輪來(lái)驅(qū)動(dòng)前后輪軸的。第二種是兩臺(tái)電機(jī)的情況，它們主要是共同通過(guò)減速機(jī)和差動(dòng)齒輪來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的。也有二者分別驅(qū)動(dòng)減速機(jī)和差動(dòng)齒輪的情況。第三種是車(chē)輪的電機(jī)可以直接進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。通常來(lái)說(shuō)，電機(jī)會(huì)直接裝在車(chē)輪的輪箍?jī)?nèi)，與車(chē)輪成為一體。這種情況下電機(jī)可以直接作為外轉(zhuǎn)子式，不需要減速帶。也有很多電機(jī)會(huì)作為帶減速帶的緊湊型結(jié)構(gòu)，這需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5.2 符合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的電氣傳動(dòng)設(shè)備布置方式

第一種是串聯(lián)復(fù)合式。串聯(lián)復(fù)合式的作用原理是電機(jī)通過(guò)減速機(jī)與差動(dòng)齒輪來(lái)驅(qū)動(dòng)前后輪軸，燃油發(fā)動(dòng)機(jī)與交流發(fā)電機(jī)被獨(dú)立安裝在系統(tǒng)當(dāng)中。第二種是同軸并聯(lián)復(fù)合式。電機(jī)依然是通過(guò)減速機(jī)和差動(dòng)齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輪軸的驅(qū)動(dòng)，而燃油發(fā)動(dòng)機(jī)則是通過(guò)自動(dòng)離合器與電機(jī)實(shí)現(xiàn)同軸安裝的。第三種是異軸并聯(lián)復(fù)合式。這種形式的電氣傳動(dòng)設(shè)備的前后輪軸是由不同的能源所驅(qū)動(dòng)的，在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中可以根據(jù)情況進(jìn)行自動(dòng)交替。最后一種是小電機(jī)同軸復(fù)合式。小功率的電機(jī)會(huì)直接安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸上，小容量的電池組可以為電機(jī)的運(yùn)行獨(dú)立供電。

6 結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，近年來(lái)各種新型電池的研發(fā)與復(fù)合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用推動(dòng)了電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展。為了更好地滿(mǎn)足汽車(chē)運(yùn)行的需要，為駕駛員和乘客創(chuàng)造良好的使用環(huán)境，對(duì)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展與完善是十分重要的。在布置傳統(tǒng)設(shè)備的時(shí)候，需要根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的方式，為電動(dòng)汽車(chē)的運(yùn)行提供根本保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]李文兵，陳小安，王朝兵.定日鏡傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)傳動(dòng)精度分析[J].機(jī)械工程與技術(shù)，2012，1（03）：24-29.doi：10.12677/MET.2012.13005.

[2]佚名.一種電動(dòng)車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)[J].電動(dòng)車(chē)，2018，（10）：39.

[3]郭暢，范英杰，金成哲.齒輪齒條傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)仿真分析[J].機(jī)械工程與技術(shù)，2016，5（03）：265-271.doi：10.12677/MET.2016.53031.

[4]雷勇.基于196MC的光伏電動(dòng)車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].軟件工程與應(yīng)用，2012，1（01）：7-11.doi：10.12677/sea.2012.11002.

[5]鄭英三，李翔飛.中國(guó)高速列車(chē)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)比較分析[J].交通技術(shù)，2014，3（03）：63-71.doi：10.12677/OJTT.2014.33010.