纯电动汽车的结构分析和驱动系统性能比较..docVIP

纯电动汽车的结构分析和驱动系统性能比较 摘要 纯电动汽车驱动形式有很多种，为了选择最合适的驱动系统，我们对不同驱动系统的结构特征进行了分析，在纯电动汽车上匹配不同的驱动系统后比较其动力性；以城市驾驶循环为例建立车辆能耗模型来比较其经济性。结果显示：单电机直接驱动系统虽然最简单，但其性能最差；装配两速变速器后，动力性显著改善，汽车行驶里程增加3.6％，但自动变速的功能难以解决;采用轮毂电机驱动系统可以改善汽车的动力性，但实际行驶效率不高;而双电机耦合驱动系统可以实现高效率行驶，其行驶里程比单电机直驱增加了7.79％，并且因为其具有结构简单，行驶效率高等特点，所以适用于现在的纯电动汽车。 绪论 作为核心部件，电力驱动系统的技术水平直接制约纯电动汽车的整体性能。如今，有多种驱动系统可以使用。根据车轮驱动扭矩的动力源，驱动系统的模式可分为整体式驱动和分布式驱动。整体式驱动系统的驱动扭矩由主减速器或次级减速器或差速器来调节，主要包括单电机直驱和主副电机耦合系统。在分布式驱动中，每个驱动轮都有一个单独的驱动系统，轮毂电机驱动系统是分布式驱动的主要形式。 整体式驱动的技术相对比较成熟，但驱动力通过差速器被大致平均分配到左、右半轴，单个驱动轮的转矩在大多数车辆中不能独立地调节。因此不安装其他的传感器和控制器，我们很难对汽车的运动和动力进行控制[1]。分布式驱动近几年飞速发展，由于大多数车轮和电动机之间的机械部件被替换，因此分布式驱动系统具有结构紧凑和传动效率高的优点[2]。 为了选取最适合纯电动汽车的驱动方式，本文对不同驱动系统的结构特征和动力性经济性比较进行了比较说明。本文结构如下：第二部分为驱动系统的结构特征分析，第三部分介绍驱动系统的参数和部件性能，第四部分比较不同驱动系统的动力性，第五部分比较不同驱动系统的经济性，第六部分得出结论。 结构分析 整体式驱动 整体式驱动系统被广泛应用于各类电动车辆，其主要结构如图1所示。其中M是电动机，R是固定速比减速器，T是变速器，D是主减速器，W是车轮。图1 a是单电机直驱系统，其扭矩由主减速器调节，通常称为直驱系统。图1 b和直驱系统十分相似，除了扭矩由变速器调节。因为驱动电机的速比调节范围比内燃机的更大，所以能以较少的齿轮数目的传动来满足在任何工况下的电动汽车需求。图1 c是另外一种整体式驱动形式，其采用两个驱动电机和主减速器，其中一个电机在大多数工况下作为汽车的动力来源，另外一个电机只有在需要附加功率时才会工作。 (a) (b) (c) 图1 整体式驱动系统结构 直驱系统因为有最简单的机械结构和控制方法，所以成本最低，并且可能是使用最广泛的纯电动汽车驱动系统。由于车辆的动力性和经济性完全由驱动电机来确定，因此驱动电机的特性要求较高。因为装配了多档齿轮传动，图1 b的驱动形式能得到更好的动力性，同时对电动机的性能要求也会降低。但是，自动变速的问题必须解决;否则，电动车辆容易控制的优点将由操纵不方便而丢失。由于动力补偿被及时发现，双驱电动机耦合纯电动汽车的经济性显著增加，而动力性仍受到驱动电机限制。 因为大多数的内燃机驱动的车辆用传动的部件还可以继续使用，整体式驱动系统的继承性是很好的。驱动系统被布置在发动机舱，因此冷却，隔离和电磁干扰等问题容易处理。但驱动力通过差速器被大致平均分配到左、右半轴，单个驱动轮的转矩在大多数车辆中不能独立地调节。因此不安装其他的传感器和控制器，我们很难对汽车的运动和动力进行控制。 分布式驱动 分布式驱动系统的几种主要结构在图2中示出，在图2 a中，车辆通过与直接安装在轮毂的外边缘的外转子的多个低速轮毂电机驱动。由于所有的传动被取消，所述驱动系统具有最高的传动效率，但是驱动电机的性能较差；在图2 b中，该形式是由多个高速内转子轮毂电机通过一些行星齿轮减速器驱动的，其驱动系统的体积小于外转子电动机驱动系统的体积；在图2 c中，驱动系统被安装在车架上，驱动轮与短半轴相连，车辆的行驶平顺性得到提高。因为电动机安装在车轮的内部，如图2中所示的驱动系统a和b被称为轮毂电机驱动系统。 (a) (b) (c) 图2 分布式驱动系统结构 因为大部分车轮之间的机械传动部件由控制信号所取代，分布式驱动系统具有结构紧凑和传动效率高的优点。电机精确的扭矩响应可以增强现有车辆控制系统，例如防抱死制动系统（ABS），牵引力控制系统（TCS），直接横摆力矩控制系统（DYC），和其他先进的汽车运动/稳定性控制系统[3,4,5,6]。基于上述优势，分布式驱动形式成为电驱技术的一个重要发展方向