文|時(shí)夢(mèng)嫣

編輯|時(shí)夢(mèng)嫣

電動(dòng)汽車是一種涉及電力推進(jìn)運(yùn)動(dòng)的道路車輛，電動(dòng)汽車?yán)昧讼谋銛y式，和電化學(xué)能源的電動(dòng)機(jī)提供的牽引特性，車輛能源和車輪之間的電化學(xué)能量，轉(zhuǎn)換聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)是車輛的動(dòng)力總成。

電動(dòng)汽車的動(dòng)力總成具有電氣和機(jī)械聯(lián)動(dòng)，乘用車是日常生活中不可或缺的一部分，但由于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的尾管排放，這些車輛會(huì)產(chǎn)生城市空氣污染，導(dǎo)致溫室氣體效應(yīng)。

從而導(dǎo)致全球變暖，全球空氣質(zhì)量正在惡化，車輛排放是主要來(lái)源之一，車輛排放量的增加是由于人口增長(zhǎng)、城市化和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及由此產(chǎn)生的車輛使用。

其中機(jī)械聯(lián)動(dòng)是什么？車輛的增加又對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了什么影響？

燃料發(fā)動(dòng)機(jī)排放溫室氣體，如一氧化二氮、甲烷、二氧化碳，以及許多污染物，例如氮氧化物、二氧化硫、碳?xì)浠衔锖皖w粒物。

運(yùn)輸部門貢獻(xiàn)了全球23-26%的CO2排放和74%的道路一氧化碳2排放量分別為2004年和2007年。

由于車輛老化、道路車輛缺乏足夠的維護(hù)、交通擁堵嚴(yán)重、燃料摻假和道路基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，排放水平繼續(xù)上升，雖然重型柴油車輛的比例較小，但其排放對(duì)空氣污染問(wèn)題有很大影響。

純電動(dòng)汽車在節(jié)能、零排放、保證供油安全等方面比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，吸引了眾多汽車制造商和政府。

與內(nèi)燃機(jī)車輛相比，電動(dòng)汽車的主要優(yōu)勢(shì)在于它們能夠節(jié)約能源，零尾管排放，獨(dú)立于石油供應(yīng)，不同子系統(tǒng)的關(guān)鍵部分及其對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)，所有這些系統(tǒng)的協(xié)同作用有助于運(yùn)行電動(dòng)汽車。

純電動(dòng)汽車或電池電動(dòng)汽車?yán)茫姵刂袃?chǔ)存的電能作為能量來(lái)源，其工作原理是通過(guò)更換內(nèi)燃機(jī)和相關(guān)油箱，來(lái)利用利用能源的電機(jī)，并且車輛的能量在于，恢復(fù)其能量源時(shí)進(jìn)行充電。

不同的子系統(tǒng)組合在電動(dòng)汽車中，例如內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力汽車的子系統(tǒng)，將化石燃料發(fā)動(dòng)機(jī)和尾管放在一邊，這些子系統(tǒng)的交互和連接使EV工作，并且可以采用多種技術(shù)來(lái)操作子系統(tǒng)。

通過(guò)利用輕量化車身結(jié)構(gòu)、低阻力空氣動(dòng)力學(xué)車身設(shè)計(jì)和低滾動(dòng)阻力等設(shè)計(jì)理念，可以提高電動(dòng)汽車的整體性能，車輛重量直接影響續(xù)航里程和爬坡性能。

鋁、玻璃纖維或碳纖維等輕質(zhì)材料可用于車身和底盤結(jié)構(gòu)，以減輕車輛的整備質(zhì)量，通過(guò)優(yōu)化車身的氣流來(lái)改善車身空氣動(dòng)力學(xué)有助于降低空氣動(dòng)力學(xué)阻力。

滾動(dòng)阻力較低的輪胎有助于降低運(yùn)行阻力，并有助于動(dòng)態(tài)建模，以確定動(dòng)力傳動(dòng)系的大小并延長(zhǎng)電動(dòng)汽車在駕駛中的續(xù)航里程。

電動(dòng)汽車架構(gòu)或配置是指，電動(dòng)汽車的能源和傳動(dòng)系統(tǒng)部件的布局，與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力車輛相比。

電動(dòng)汽車的架構(gòu)是靈活的，因?yàn)闆](méi)有復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置，沒(méi)有離合器，對(duì)手動(dòng)變速器系統(tǒng)的要求為零，無(wú)需排氣管等，電動(dòng)汽車中的能量流由柔性電線制成。

沒(méi)有機(jī)械聯(lián)動(dòng)，不同的電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有不同的系統(tǒng)架構(gòu)，不同的能源具有不同的特性和不同的充電系統(tǒng)，由一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電池電動(dòng)汽車具有最直接的架構(gòu)，因?yàn)殡姍C(jī)本身可以獲得所需的功率。

電動(dòng)汽車系統(tǒng)的詳細(xì)基礎(chǔ)及其與不同組件的互連，電動(dòng)汽車系統(tǒng)的基本組成部分是電機(jī)、控制器、電源和傳動(dòng)系統(tǒng)。

用戶通過(guò)加速器和制動(dòng)器向電動(dòng)汽車提供輸入，從電動(dòng)汽車的起源開(kāi)始，電池一直是為電動(dòng)汽車提供動(dòng)力的能源，鉛酸電池首先用于為電力驅(qū)動(dòng)車輛提供動(dòng)力。

但現(xiàn)在該技術(shù)已發(fā)展到鎳氫和鋰離子電池的應(yīng)用，電池需要充電器來(lái)恢復(fù)儲(chǔ)存的能量，大多數(shù)開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車都在直流有刷機(jī)、感應(yīng)機(jī)或永磁機(jī)上運(yùn)行。

電動(dòng)機(jī)由電力電子控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，以維持車輛所需的運(yùn)行，電力電子設(shè)備還與電池充電系統(tǒng)配合使用，以控制充電現(xiàn)象并監(jiān)控電池組的可用性。

電動(dòng)汽車中的輔助電源為，所有輔助系統(tǒng)提供所需的電力，主要是溫度控制單元，用于監(jiān)控電池系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的，有利溫度和動(dòng)力轉(zhuǎn)向單元。

由于電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的變化，有不同的可行的電動(dòng)汽車架構(gòu)系統(tǒng)，電動(dòng)汽車中可能存在的六種替代架構(gòu)，并且還說(shuō)明了這六種備選方案。

以下為電機(jī)架構(gòu)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有電動(dòng)機(jī)、離合器、變速箱和差速器，離合器接合或分離從電動(dòng)機(jī)到車輪的動(dòng)力流。

動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)

就像在內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力車輛中一樣，車輪在低速時(shí)具有高扭矩，在較高檔位具有低扭矩和高速，這種架構(gòu)設(shè)置主要用于利用，現(xiàn)有組件將內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力車輛轉(zhuǎn)換為電動(dòng)汽車。

顯示了具有固定齒輪的單個(gè)電動(dòng)機(jī)架構(gòu)，這種架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是省略了變速器和離合器，從而減輕了變速器的重量，一些使用沒(méi)有傳動(dòng)系統(tǒng)的，電機(jī)車輛轉(zhuǎn)換利用這種配置。

使用一個(gè)電動(dòng)機(jī)的EV架構(gòu)，它是一種具有后輪驅(qū)動(dòng)架構(gòu)的EM，將固定齒輪和差速器集成到單個(gè)組件中，目前已成為大多數(shù)電動(dòng)汽車制造商的首選，比如說(shuō)馬恒達(dá)電動(dòng)e20使用的類似后輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

并且一個(gè)雙電機(jī)架構(gòu)在這種配置中，差速動(dòng)作可以由兩個(gè)以不同速度運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)提供電子控制，在這種雙電機(jī)架構(gòu)中，驅(qū)動(dòng)輪由兩個(gè)獨(dú)立的電動(dòng)機(jī)通過(guò)固定齒輪分別派生。

同時(shí)還具有固定行星齒輪系統(tǒng)的架構(gòu)，該系統(tǒng)用于將電機(jī)速度降低到所需的輪速，這種架構(gòu)稱為輪轂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)中的行星齒輪具有高速減速比以及輸入軸和輸出軸的直列布置的優(yōu)點(diǎn)。

就算沒(méi)有機(jī)械齒輪系統(tǒng)的EV架構(gòu)，車輪內(nèi)部安裝了低速外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，外轉(zhuǎn)子直接安裝在輪輞上的無(wú)齒輪布置，使電動(dòng)機(jī)的速度控制與輪速相同，也就與車輛的速度相當(dāng)。

全輪驅(qū)動(dòng)架構(gòu)設(shè)置利用兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，前橋和兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)后橋以及全輪驅(qū)動(dòng)架構(gòu)系統(tǒng)，AWD配置提供更好的牽引力控制并避免打滑，扭矩矢量分配可用于提高轉(zhuǎn)彎性能。

帶有輪轂電機(jī)系統(tǒng)的AWD架構(gòu)系統(tǒng)可用于日產(chǎn)IMX等汽車，提供高效的駕駛性能。

（a）馬恒達(dá)E20，后輪驅(qū)動(dòng)，單電機(jī)，采用單速變速器（b）全輪驅(qū)動(dòng)日產(chǎn)IMX。

電機(jī)用于將能量從電氣轉(zhuǎn)換為機(jī)械，反之亦然，在電動(dòng)汽車中，電機(jī)用于為驅(qū)動(dòng)橋提供動(dòng)力和扭矩以進(jìn)行推進(jìn)，電動(dòng)機(jī)為電動(dòng)汽車提供推進(jìn)動(dòng)力。

與內(nèi)燃機(jī)相比，電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率更高，在80-95%之間，電動(dòng)機(jī)提供高扭矩和高功率密度。

在較低速度下具有更好的扭矩特性，瞬時(shí)額定功率是電動(dòng)機(jī)額定功率的兩到三倍，當(dāng)將電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)以相反的方向處理功率，制動(dòng)模式可稱為再生制動(dòng)。

電動(dòng)汽車電機(jī)的選擇取決于三個(gè)變量定義的條件，可以意識(shí)到三個(gè)變量是車輛要求、車輛限制和電源。

車輛要求由駕駛循環(huán)時(shí)間表定義，車輛限制包括車輛類型、車輛重量、有效載荷和電池重量，考慮到上述變量，可以選擇滿足車輛性能要求的電機(jī)。

存在不同的電動(dòng)機(jī)，用于電動(dòng)汽車應(yīng)用的兩大類電機(jī)，是直流和交流電機(jī)，用于電動(dòng)汽車的電機(jī)的要求包括更高的功率和扭矩、可變的速度范圍、更高的效率、高可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

動(dòng)力傳動(dòng)系接口

直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器曾經(jīng)是較早的電動(dòng)汽車推進(jìn)選擇，但低效的不可靠性使它們的吸引力降低隨著電力電子系統(tǒng)的先進(jìn)發(fā)展，感應(yīng)和永磁類型已成為最受青睞的類型。

主要用于電動(dòng)汽車的推進(jìn)系統(tǒng)，技術(shù)成熟度和控制簡(jiǎn)單性使其可用于，駕駛電動(dòng)汽車的初始選擇，直流電機(jī)具有帶永磁體的定子。

轉(zhuǎn)子有刷子，對(duì)于電動(dòng)汽車推進(jìn)，直流電機(jī)采用旋轉(zhuǎn)至5000rpm的高功率密度，并利用固定齒輪系統(tǒng)將其降壓至1000rpm，通過(guò)提供反向旋轉(zhuǎn)，可以避免笨重、低效和復(fù)雜的倒檔。

并且還具有不同子系統(tǒng)的基本電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，從電機(jī)控制器到單減速器差速器和驅(qū)動(dòng)輪，其中定子集成了有助于產(chǎn)生磁場(chǎng)激勵(lì)的勵(lì)磁繞組或永磁體，而轉(zhuǎn)子則通過(guò)碳刷安裝由換向器切換的電樞繞組。

對(duì)于直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本設(shè)置，用于控制直流電機(jī)的電樞電流和輸出扭矩，一般來(lái)說(shuō)，反饋控制變量只是電機(jī)轉(zhuǎn)速，而電樞電流反饋主要用于保護(hù)目的。

為了更好地控制直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的速度，以便在電動(dòng)汽車中使用直流轉(zhuǎn)換器，直流電機(jī)的速度控制采用兩種方法，驅(qū)動(dòng)電樞電壓控制和弱磁控制。

采用脈寬調(diào)制控制電動(dòng)汽車推進(jìn)直流驅(qū)動(dòng)電樞電壓的應(yīng)用，在降低直流電動(dòng)機(jī)的電樞電壓時(shí)，電樞電流和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩減小，從而降低電動(dòng)機(jī)的速度并增加電樞電壓和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。

當(dāng)直流電機(jī)的勵(lì)磁電壓減弱時(shí)，電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)降低，由于電樞電阻低，電樞電流的增量比其在磁場(chǎng)中的減少值大，就會(huì)使電機(jī)的轉(zhuǎn)矩會(huì)增加電機(jī)速度。

如果想要掌握勵(lì)直流電機(jī)和串聯(lián)直流電機(jī)的特性，就要搞清楚電機(jī)的自然特性，不僅可以在任何轉(zhuǎn)矩速度特性下運(yùn)行，還可以隨速度變化具有恒定的斜率。

在電樞電壓控制過(guò)程中，最大允許電樞電流保持不變，電樞電壓控制利用保持最大轉(zhuǎn)矩的優(yōu)點(diǎn)，在所有速度下保持最大允許電流恒定。

a）他勵(lì)直流電機(jī)控制的特點(diǎn)，（b）串聯(lián)直流電機(jī)控制的特點(diǎn)。

直流電機(jī)和串聯(lián)直流電機(jī)在直流電機(jī)，勵(lì)磁電壓減弱期間的運(yùn)行情況，在這種控制現(xiàn)象中，兩種直流電機(jī)特性的斜率各不相同。

但同時(shí)受磁鏈影響的獨(dú)立電樞、電壓控制和弱磁控制，只應(yīng)用于單獨(dú)勵(lì)磁的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大范圍的速度控制。

永磁體是PM無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的主要材料，電機(jī)是具有梯形反電動(dòng)勢(shì)波形的機(jī)器。

由于電機(jī)中使用的集中繞組轉(zhuǎn)子中沒(méi)有繞組，所以沒(méi)有轉(zhuǎn)子銅損，這使得它比感應(yīng)電機(jī)更有效，也正因?yàn)闆](méi)有繞組，轉(zhuǎn)子中沒(méi)有銅的損失，使其比可用的感應(yīng)電機(jī)更有效。

PMBLDC電機(jī)系統(tǒng)的基本設(shè)置

單電機(jī)架構(gòu)系統(tǒng)由一個(gè)饋電逆變器、一個(gè)電子控制器和傳感器組成，位置傳感器確保電流與磁通量同步，通過(guò)控制定子電流使矩形電流與梯形磁通對(duì)齊，速度控制相對(duì)簡(jiǎn)單。

矩形交流電流為驅(qū)動(dòng)器供電，并具有顯著的扭矩脈動(dòng)，定子磁通和轉(zhuǎn)子磁通保持接近90°，以驅(qū)動(dòng)永磁電機(jī)，在恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行區(qū)域產(chǎn)生每安培最大扭矩，相位提前角控制提供恒定功率的EV操作，

當(dāng)電機(jī)由于施加的電壓和反電動(dòng)臂之間的，微小差異而以高于基本速度的速度運(yùn)行時(shí)，電機(jī)在以高于其基本速度的，速度運(yùn)行時(shí)沒(méi)有時(shí)間接合相電流，通過(guò)逐漸增大進(jìn)相角，可以擴(kuò)展具有恒定功率的工作區(qū)域。

永磁無(wú)刷直流電機(jī)一直是電動(dòng)汽車應(yīng)用的首選，可以在兩輪車、固定齒輪驅(qū)動(dòng)三輪車和電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)換套件中找到大多數(shù)輪轂BLDC電機(jī)，如今BLDC電機(jī)主要用于兩輪車和三輪車。

生態(tài)發(fā)展引發(fā)了對(duì)綠色交通的擔(dān)憂，電動(dòng)汽車正走在未來(lái)綠色出行的道路上，保護(hù)環(huán)境免受全球變暖的影響。

盡管特斯拉、日產(chǎn)聆風(fēng)和其他電動(dòng)汽車的銷售數(shù)據(jù)良好，但電動(dòng)汽車的商業(yè)化仍然不成功，成本和里程焦慮是大多數(shù)電動(dòng)汽車，一直面臨的主要障礙，并且為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)而一直在改進(jìn)。

大多數(shù)研究活動(dòng)都集中在能源改進(jìn)和高效傳動(dòng)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)上，對(duì)電動(dòng)汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)配置、電機(jī)、能源、電力電子、動(dòng)力總成優(yōu)化場(chǎng)景和仿真技術(shù)進(jìn)行了深入的思考和討論。

對(duì)不同研究論文中各部分的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了綜述，并提出了不同的發(fā)現(xiàn)，目前電動(dòng)汽車的局限性和可能的優(yōu)化技術(shù)，已經(jīng)通過(guò)不同的優(yōu)化研究論文，提供的不同數(shù)據(jù)和分析進(jìn)行了討論。

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