电动汽车 电动汽车分布式驱动技术与应用.pdf

高惠民

一、发展分布式驱动电动汽车的背景和意义

发展节能、环保、安全的电动汽车被认为是解决未来能源和环境问

题以及提高汽车主动安全的措施之一。电动汽车是以电驱动为基础

的机动车辆。按照使用能源的不同，电动汽车可以分为纯电动汽车、

混合动力汽车、燃料电池汽车及其他采用电力驱动形式的汽车。按

照动力系统布局形式的不同，电动汽车驱动形式可以分为集中式驱

动和分布式驱动两种。集中式驱动的设计理念源自于传统内燃机汽

车最常用的驱动形式。由于受到传统汽车设计理念的束缚，集中式

驱动设计方案中存在的传动部件多、传动效率低、控制复杂等缺点。

而随着电动汽车设计理念的不断深化以及电驱动系统的不断进步，

分布式驱动具有机械环节少、传动链短、布置灵活的特点。这种依

据分布式电机布置(轮毂电机/轮边电机)形式的全新设计方案为汽车

结构的变革营造了极大的空间，因此，相对于传统内燃机汽车或集

中式驱动电动汽车，分布式驱动电动汽车有以下几个方面的显著优

势。

1、分布式驱动电动汽车将驱动电机放置在轮辋里形成轮毂电机来

直接驱动车轮，取消了传统内燃机汽车需要的换挡操纵装置、离合

器、机械变速器或液力变速器、传动轴、驱动桥和机械差速器或集

中式驱动电动汽车需要的减速器、差速器等冗长的(传动机构链接，

大幅缩短了机械传动链，实现了“零传动”，还能实现传统内燃机

汽车难以达到的从零到最大速度的无级变速功能，避免了传统齿轮

传动、液力传动过程中传递功率的损失，提高了整车传动效率，同

时也避免了传动系统带来的扭转振动。此外，由于轮毂驱动电动汽

车只有少量的机械噪声和电磁噪声，传统汽车发动机等系统噪声对

环境的污染也减少了。

2、分布式驱动电动汽车省去了笨重的发动机、机械传动装置以

及冷却水系统、排气消声系统、油箱等大量机械辅助设备和装置，

减轻了整车装备质量，降低了车辆质心高度，增加了整车质量分

布设计的自由度，整车的轴荷分配更趋合理；将驱动、传动和制

动系统都集中在轮毂内实现了紧凑的结构，使车辆底盘结构大为

简化，增加了整车总体布局和车身造型设计的自由度，扩大了车

内乘用空间，有效提高了车身内部的空间利用率，有助于实现底

盘架构承载功能与车身功能的分离。同时也能基于相同底盘开发

不同系列化、多样化的车身造型产品，缩短新车型的开发周期，

降低车辆底盘结构开发成本。

3、分布式驱动电动汽车全电动化的驱动能实现电机制动能量回

馈，在车辆制动过程中电机以发电方式工作，能将汽车的动能或

势能转化成电能存储到电池中，也能实现各电动轮的电气制动、

机电复合制动，在保证车辆制动稳定性的同时有效地回收制动能

量，显著提高了能源利用率和延长了车辆的行驶里程。同时，分

布式驱动电动汽车，可以根据路面条件和电池荷电状态(SOC)快

速地在前驱、后驱、四驱等不同驱动形式中进行切换，在保证车

辆动力学行驶性能下实现整车功率动态分配和能量最优管理，提

高了车辆的整体经济性。

4、分布式电动汽车使用轮毂电机/轮边电机技术，单个车轮具备

独立驱动的特性，不但可以轻松地实现分时、全时四驱功能，增

加车辆在恶劣路面的通过性，同时轮毂电机/轮边电机可以通过电

子差速技术实现转弯时左右车轮的转速不同甚至反转，实现类似

履带式车辆的差动转向，大大减小车辆的转弯半径，在特殊情况

下几乎可以实现原地转向，对于如越野汽车、矿山车、工程车等

特种车辆有着很好的应用价值。

5、与传统内燃机汽车相比，分布式驱动电动汽车的轮毂电机/轮

边电机既是执行单元，也是信息单元，可以在不增加额外传感器

的情况下通过轮毂电机自身准确提供车轮转速等车辆信息，有效

地拓展了车辆信息的感知范围，更易实现车辆重要状态参数(路面-

轮胎力、车辆侧向速度、质心侧偏角、路面附着系数等)的多源信

息融合准确估计，提高了车辆状态信息的实时观测精度，为实现

分布式驱动电动汽车底盘动力学系统主动安全控制提供了必要的

条件。

6、与传统内燃机汽车只有发动机一个动力源、无法独立配置每个

车轮的驱动力相比，分布式驱动电动汽车使用四个轮毂电机/轮边

电机独立驱动车轮，各个轮毂电机/轮边电机转矩独立可控；同时，

电机转矩控制精度高，响应速度快，转矩响应速度达到数量级的

提高，伴随着线控技术(线控驱动、制动)的使用可实现各车轮驱动

力和制动力的独立控制，从而使车辆动力学控制上升到传统车辆

无法比拟的全新高度，车辆动力学控制优势凸显(例如，容易产生

需要的横摆力矩)，更易实现车辆底盘侧向动力学主动安全系统、

前轮主动转向系统、直接横摆力矩控制系统等的集成控制，

能改善车辆行驶的主动安全稳定性。表1为电动汽车不同电机驱

动方式性能