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電動(dòng)汽車輪轂電機(jī)系統(tǒng)研究進(jìn)展

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《電動(dòng)汽車輪轂電機(jī)系統(tǒng)研究進(jìn)展》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《電動(dòng)汽車輪轂電機(jī)系統(tǒng)研究進(jìn)展(15頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、電動(dòng)汽車輪轂電機(jī)系統(tǒng)研究進(jìn)展 [簡(jiǎn)介]本文針對(duì)輪轂電機(jī)系統(tǒng)的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜合分析,闡述了輪轂電機(jī)系統(tǒng)的 概念,回顧了輪轂電機(jī)及其在電動(dòng)汽車上研究和應(yīng)用歷史,對(duì)比分析輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)型式、電機(jī)應(yīng)用類型以及性能特點(diǎn),在剖析輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式對(duì)整車性能的積極和消極影響的基礎(chǔ)上總結(jié)出輪轂電機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)問題。 1引言 全世界的汽車保有量和使用量巨大,而且增長(zhǎng)迅速。21世紀(jì),人類將面臨嚴(yán)峻的能源 和環(huán)境挑戰(zhàn),研究開發(fā)節(jié)能、環(huán)保和安全的汽車是實(shí)現(xiàn)交通可持續(xù)發(fā)展的必由之路。其中,電動(dòng)汽車以其在使用過程超低排放/零排放、能源利用多元化和高效化、便于實(shí)現(xiàn)智能化控 制等方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

2、備受重視,呈現(xiàn)加速發(fā)展態(tài)勢(shì)。在電動(dòng)汽車諸多電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)型式中,采用輪轂電機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式正日益成為發(fā)展方向,而輪轂電機(jī)系統(tǒng)作為關(guān)鍵總成 成為電動(dòng)汽車領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和研究熱點(diǎn)。本文在綜合大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,針對(duì)輪轂電機(jī)系 統(tǒng)的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜合分析。論文闡述了輪轂電機(jī)系統(tǒng)的概念,回顧了輪轂電機(jī)及其在電 動(dòng)汽車上研究和應(yīng)用歷史,對(duì)比分析輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)型式、電機(jī)應(yīng)用類型以及性能特點(diǎn),在 剖析輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式對(duì)整車性能的積極和消極影響的基礎(chǔ)上總結(jié)出輪轂電機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)問題。 2輪轂電機(jī)系統(tǒng)的概念與應(yīng)用領(lǐng)域 輪轂電機(jī)系統(tǒng)是本文提出的概念。通常,人們稱其為輪轂電機(jī),也

3、有的研究者稱其為輪式電機(jī)、車輪電機(jī)或者電動(dòng)輪,英文名稱以"in-wheelmotor”居多,也有稱"wheelmotor"和"wheeldirectdrivemotors”的。實(shí)際上,以上稱謂嚴(yán)格來說都是不準(zhǔn)確的。“輪轂電機(jī)、輪式電機(jī)和車輪電機(jī)”都側(cè)重于電機(jī),而“電動(dòng)輪”側(cè)重于車輪。若從系統(tǒng)觀點(diǎn)出發(fā),我們所指確切應(yīng)為驅(qū)動(dòng)電機(jī)和車輪緊密集成而形成的一體化的多功能系統(tǒng),即為 “integratedmotorandwheelsystem”。為了方便起見,本文對(duì)已經(jīng)被工程界廣泛應(yīng)用的"輪轂電機(jī)"和"in-wheelmotor”稍作修改,以“輪轂電機(jī)系統(tǒng)"和"in-wheelmotorsystem”作

4、為中英文稱謂。 輪轂電機(jī)系統(tǒng)在各種交通工具中都有應(yīng)用,如圖1所示。不同的應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)型式和技術(shù)性能等都提出了不同的要求,相應(yīng)的產(chǎn)生了各種輪轂電機(jī)系統(tǒng)及其特色技 術(shù)。本文的主要研究對(duì)象是汽車用輪轂電機(jī)系統(tǒng)。 輪式迷你小乍 輪轂電機(jī)系統(tǒng) 電動(dòng)自行車 電動(dòng)摩托車 電動(dòng)驕午 圖1輪轂電機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 3輪轂電機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展歷史 輪轂電機(jī)系統(tǒng)的誕生可以一直追溯到電動(dòng)汽車誕生的初期,而輪轂電機(jī)在電動(dòng)汽車上 的廣泛應(yīng)用主要集中在近幾年的概念車上。 最早見諸于文獻(xiàn)的有關(guān)輪轂電機(jī)及其應(yīng)用來自于著名汽車公司保時(shí)捷的創(chuàng)始人保時(shí)捷 (F.Porsche)。1900年,保時(shí)捷研制了

5、兩個(gè)前輪裝備輪轂電機(jī)的前輪驅(qū)動(dòng)雙座電動(dòng)汽車, 并在電動(dòng)汽車比賽中取得了最好的成績(jī)。圖2所示為保時(shí)捷研制的輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車。 輪式機(jī)器人 電動(dòng)輪椅 I 值得引起注意的是,保時(shí)捷在1902年就研制出了采用發(fā)動(dòng)機(jī)和輪轂電機(jī)的混合動(dòng)力汽車, 取得山地汽車?yán)惖暮贸煽?jī)。1910年,保時(shí)捷研制了軍用陸地列車,最前面的機(jī)車

6、裝備 發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī),后面的10輛列車?yán)幂嗇炿姍C(jī)驅(qū)動(dòng)(圖3)??梢哉f,保時(shí)捷是基于輪 轂電機(jī)的電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車之父。 圖2保時(shí)捷研制的輪轂電機(jī)純電動(dòng)汽車圖3保時(shí)捷研制的輪轂電機(jī)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 20世紀(jì)50年代,美國(guó)人羅伯特發(fā)明了電動(dòng)汽車輪轂,并申請(qǐng)了專利。1968年這種輪轂 被通用電器公司應(yīng)用在大型礦用自卸車上。采用輪轂電機(jī)的電動(dòng)汽車具有一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn), 就是可以采用采用扁平的車架結(jié)構(gòu),因此在需要頻繁上下車的城市公共交通客車上大量應(yīng) 用。圖所示為許多汽車公司研制的低車架和低地板公交車上應(yīng)用的輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)。 輪轂電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)作為電動(dòng)汽車的一種重要驅(qū)動(dòng)形式,得到了

7、各大汽車廠商和組織的 重視。自90年代起,日本就推出了一系列輪轂電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車,如TEPCO勺IZA, NIES的Eco,Luciole等等,最近又有三菱的Colt、LancerEvolutMIEV,本田的FCXconcept 等新車型。通用自2002年開始推出的概念車AUTOnomy自主魔力卜Squel采用的都是輪轂電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。與此同時(shí),各大廠商加大了對(duì)輪轂電機(jī)系統(tǒng)的研發(fā)力度,高性能的新型輪轂 電機(jī)系統(tǒng)不斷涌現(xiàn),輪轂電機(jī)的門類不斷豐富,性能不斷提高,著名的輪轂電機(jī)廠商有加拿 大的TM4美國(guó)的Wavecrest等。 4輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)型式、電機(jī)應(yīng)用類型及特點(diǎn)分析 4.1

8、輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式 輪轂電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)通常由電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、制動(dòng)器與散熱系統(tǒng)等組成。輪轂電機(jī)動(dòng)力 系統(tǒng)根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)子型式主要分成兩種結(jié)構(gòu)型式:內(nèi)轉(zhuǎn)子型和外轉(zhuǎn)子型。圖4所示為兩種型 式輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。通常,外轉(zhuǎn)子型采用低速外傳子電機(jī),電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速在1000- 1500r/min左右,無任何減速裝置,電機(jī)的外傳子與車輪的輪輞固定或者集成在一起,車輪 的轉(zhuǎn)速與電機(jī)相同。內(nèi)轉(zhuǎn)子型則采用高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī),同時(shí)裝備固定傳動(dòng)比的減速器。為了 獲得較高的功率密度,電機(jī)的轉(zhuǎn)速通常高達(dá)10000r/min。減速結(jié)構(gòu)通常采用傳動(dòng)比在10:1 左右的行星齒輪減速裝置,車輪的轉(zhuǎn)速在在1000r/min

9、左右。 ■ 制動(dòng)鼓 電動(dòng)機(jī)繞組、u pmUbsSSS 電動(dòng)機(jī)繞組” 制動(dòng)鼓 ■ 1: 車輪 、/制動(dòng)改 一/軸承 晨'/行星齒輪軸承一 *]/ 嚴(yán)、編碼器軸承 _\軸承, /制動(dòng)鼓/ '車輪 1: 圖4輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式 高速內(nèi)轉(zhuǎn)子的輪轂電機(jī)具有較高的比功率,質(zhì)量輕,體積小,效率高,噪聲小,成本 低;缺點(diǎn)是必須采用減速裝置,使效率降低,非簧載質(zhì)

10、量增大,電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速受線圈損耗、 摩擦損耗以及變速機(jī)構(gòu)的承受能力等因素的限制。低速外轉(zhuǎn)子電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、軸向尺寸小, 比功率高,能在很寬的速度范圍內(nèi)控制轉(zhuǎn)矩,且響應(yīng)速度快,外轉(zhuǎn)子直接和車輪相連,沒有 減速機(jī)構(gòu),因此效率高;缺點(diǎn)是如要獲得較大的轉(zhuǎn)矩,必須增大發(fā)動(dòng)機(jī)體積和質(zhì)量,因而成 本高,加速時(shí)效率低,噪聲大。圖所示為兩種結(jié)構(gòu)形式的輪轂電機(jī)。這兩種結(jié)構(gòu)在目前的電 動(dòng)車中都有應(yīng)用,但是隨著緊湊的行星齒輪變速機(jī)構(gòu)的出現(xiàn),高速內(nèi)轉(zhuǎn)子式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在功率 密度方面比低速外轉(zhuǎn)子式更具競(jìng)爭(zhēng)力。 輪轂電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)由于電機(jī)電制動(dòng)容量較小,不能滿足整車制動(dòng)效能的要求,通常需 要附加機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)。輪轂電

11、機(jī)系統(tǒng)中的制動(dòng)器可以根據(jù)結(jié)構(gòu)采用鼓式或者盤式制動(dòng)器。由 于電動(dòng)機(jī)電制動(dòng)容量的存在,往往可以使制動(dòng)器的設(shè)計(jì)容量可以適當(dāng)減小。大多數(shù)的輪轂電 機(jī)系統(tǒng)采用風(fēng)冷方式進(jìn)行冷卻,也有采用水冷和油冷的方式對(duì)電機(jī)、制動(dòng)器等的發(fā)熱部件進(jìn) 行散熱降溫,但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 4.2 電機(jī)應(yīng)用類型與特點(diǎn)分析 輪轂電機(jī)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)按照電機(jī)磁場(chǎng)的類型分為徑向磁場(chǎng)和軸向磁場(chǎng)兩種類型。對(duì) 比如下:(1)軸向磁通電機(jī)的結(jié)構(gòu)更利于熱量散發(fā),并且它的定子可以不需要鐵心;(2)徑向磁通電機(jī)定轉(zhuǎn)子之間受力比較均衡,磁路由硅鋼片疊壓得到,技術(shù)更簡(jiǎn)單成熟。 輪轂電機(jī)的電機(jī)類型分為永磁、感應(yīng)、開關(guān)磁阻式。其特點(diǎn)如下: ( 1)

12、感應(yīng)(異步)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、成本低廉、運(yùn)行可靠,轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小,噪 聲低,不需要位置傳感器,轉(zhuǎn)速極限高;缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜,成本高,相對(duì)永磁電機(jī)而言, 異步電機(jī)效率和功率密度偏低; ( 2)無刷永磁同步電機(jī)可采用圓柱形徑向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)或盤式軸向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu),具有較高的 功率密度和效率以及寬廣的調(diào)速范圍,發(fā)展前景十分廣闊,已在國(guó)內(nèi)外多種電動(dòng)車輛中獲得 應(yīng)用; ( 3)開關(guān)磁阻式電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造成本低廉,轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩特性好等特點(diǎn),適用 于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng);缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)和控制非常困難和精細(xì),運(yùn)行噪聲大。 5國(guó)內(nèi)外典型輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 日本慶應(yīng)義塾大學(xué)環(huán)境信息學(xué)部清水浩教授領(lǐng)導(dǎo)的電動(dòng)汽車研

13、究小組在過去的十幾年 中,一直以基于輪轂電機(jī)的全輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車為研究對(duì)象,至今已試制了五種不同型式的樣 車。其中,1991年與東京電力公司共同開發(fā)的電動(dòng)汽車IZA,采用Ni-Cd電池為動(dòng)力源,采 用四個(gè)額定功率為6.8kw,峰值功率達(dá)到25kw的外轉(zhuǎn)子式永磁同步輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng),最高時(shí) 速可達(dá)176km/h。1996年,該小組聯(lián)合日本國(guó)家環(huán)境研究所研制了采用輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的后輪 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車ECQ輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選用永磁直流無刷電動(dòng)機(jī),額定功率為6.8kw,峰值 功率為20kw,并配速比為1:5的行星齒輪減速機(jī)構(gòu)。輪轂電機(jī)采用機(jī)械制動(dòng)與電機(jī)再生制 動(dòng)相結(jié)合的方式,機(jī)械制動(dòng)力矩由鼓式制動(dòng)

14、器提供,制動(dòng)力分配規(guī)律的基本原則是不損害制 動(dòng)效能的前提下,盡可能多的回收制動(dòng)能量,有效延長(zhǎng)了續(xù)駛里程。2001年,最新推出了 以鋰電池為動(dòng)力源,采用8個(gè)大功率交流同步輪轂電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)大轎車KAZ,最高時(shí) 速達(dá)到311km/h。KAZ的輪轂電機(jī)系統(tǒng)中采用高轉(zhuǎn)速的高性能內(nèi)轉(zhuǎn)子型電動(dòng)機(jī),其峰值功率 可達(dá)55kw,提高了KAZ的極限加速能力,使其0-100km/h加速時(shí)間僅8秒。為了使電動(dòng)機(jī) 輸出轉(zhuǎn)速符合車輪的實(shí)際轉(zhuǎn)速要求,KAZ的輪轂電機(jī)系統(tǒng)匹配了一個(gè)傳動(dòng)比為4.588的行星 齒輪減速機(jī)構(gòu)。KAZ的前后輪沒有采用相同型式的制動(dòng)器,而是前輪采用盤式制動(dòng)器,后輪 采用鼓式制動(dòng)器。圖

15、5為KAZ的前、后輪轂電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。2003年日本豐田汽車公司 在東京車展上推出的燃料電池概念車FINE-N也采用了輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)。 (a)前輪 (b)就 圖5KAZ一體化輪轂電機(jī)系統(tǒng) 法國(guó)TM公司設(shè)計(jì)制造的一體化輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖6所示。它采用外轉(zhuǎn)子式永磁電動(dòng)機(jī), 將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子外殼直接與輪輛相固結(jié),將電動(dòng)機(jī)外殼作為車輪輪輛的組成部分,而且電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)子與鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)鼓集成在一起,實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子、輪輛以及制動(dòng)器三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)物體 的集成,大大減輕一體化輪轂電機(jī)系統(tǒng)質(zhì)量,集成化程度相當(dāng)高。該一體化輪轂電機(jī)系統(tǒng)的 永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的額定功率為18.5kw,峰值

16、功率可達(dá)到80kw,峰值扭矩為670Nm額 定轉(zhuǎn)速為950rpm,最高轉(zhuǎn)速為1385rpm,而且額定工況下的平均效率可達(dá)到96.3%。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)愛英斯電動(dòng)汽車研究所研制開發(fā)的EV96-1型電動(dòng)汽車也采用外轉(zhuǎn)子型 輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),選用一種稱為“多態(tài)電動(dòng)機(jī)”的永磁式電動(dòng)機(jī),兼有同步電動(dòng)機(jī)和異步 電動(dòng)機(jī)的雙重特性,其額定功率為6.8kw,峰值功率為15kw,集成盤式制動(dòng)器,風(fēng)冷散熱。 圖6TM4一體化輪轂電機(jī)系統(tǒng) 同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院在2002年、2003年和2004年分別推出了采用輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的四輪驅(qū)動(dòng)燃料電池微型電動(dòng)汽車動(dòng)力平臺(tái)“春暉一號(hào)”和“春暉二號(hào)”,兩者均采用

17、四個(gè)低速永磁直流無刷輪轂電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng),匹配相應(yīng)的盤式制動(dòng)器。輪轂電機(jī)為外轉(zhuǎn)子型輪轂電 機(jī),其外形結(jié)構(gòu)主要考慮與雙橫臂懸架、輪車用及制動(dòng)盤的連接方便。為了提高輪轂電機(jī)的外 形通用性,考慮在一定功率范圍內(nèi)的輪轂電機(jī)采用相同的外形結(jié)構(gòu)。該輪轂電機(jī)既可安裝市 售微型汽車制動(dòng)盤,又能安裝不同規(guī)格摩托車制動(dòng)盤。因此相同的底盤結(jié)構(gòu)只需更換不同功 率的輪轂電機(jī),即可獲得不同的整車動(dòng)力性能。輪轂電機(jī)額定功率0.8kW,峰值功率2.5kW; 額定轉(zhuǎn)矩25Nm峰值轉(zhuǎn)矩155Nm額定轉(zhuǎn)速300rpm,最高轉(zhuǎn)速510rpm。 其他電動(dòng)車輛應(yīng)用輪轂電機(jī)的情況見表1。 表1輪轂電機(jī)及其電動(dòng)汽車應(yīng)用 車型

18、 年份 來源 動(dòng)力fl理 電驅(qū)動(dòng)形式 IZA 1991 日本TEPCO 純電動(dòng) 輪轂電機(jī)四輪驅(qū)動(dòng) Eco 1996 日本NIES 純電動(dòng) 輪轂電機(jī)后輪驅(qū)動(dòng) Luciole 1997 日本NIES 純電動(dòng) 輪轂電機(jī)后輪驅(qū)動(dòng) KAZ 2000 日本 純電動(dòng) 輪轂電機(jī)四輪驅(qū)動(dòng) Eliica 2000 日本Keio入學(xué) 純電動(dòng) 輪轂電機(jī)八輪驅(qū)動(dòng) AUTOnomy 2002 通用 燃料電池 輪轂電機(jī)四輪驅(qū)動(dòng) S-10改裝 2004 雪弗萊 混合動(dòng)力 輪轂電機(jī)后輪驅(qū)動(dòng) QUARK 2004 標(biāo)致 燃料電池 輪轂電機(jī)四輪

19、驅(qū)動(dòng) Squel 2005 通用 燃料電池 輪轂電機(jī)后輪驅(qū)動(dòng)中心電機(jī)前輪驅(qū)動(dòng) Colt 2005 F 純電動(dòng) 輪轂電機(jī)后輪驅(qū)動(dòng) LancerEvolutMIEV 2005 二菱 純電動(dòng) 輪轂電機(jī)四輪驅(qū)動(dòng) FCXconcept 2005 本田 燃料電池 輪轂電機(jī)后輪驅(qū)動(dòng)中心電機(jī)前輪驅(qū)動(dòng) CNR-T2 / 混合動(dòng)力 輪轂電機(jī)后輪驅(qū)動(dòng) CT-MIEV 2006 混合動(dòng)力 輪轂電機(jī)四輪驅(qū)動(dòng) 6輪轂電機(jī)系統(tǒng)特點(diǎn)分析 通常,電動(dòng)汽車采用集中電機(jī)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式。這種結(jié)構(gòu)型式具有以下優(yōu)點(diǎn): ( 1)可以沿用內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力車的部分傳動(dòng)裝置

20、,布置在原發(fā)動(dòng)機(jī)艙中,繼承性好; ( 2)可以采用電機(jī)和減速機(jī)構(gòu),乃至控制器的集成結(jié)構(gòu)型式,結(jié)構(gòu)緊湊,便于處理電機(jī)冷卻、振動(dòng)隔振以及電磁干擾等問題; ( 3)整車總布置型式與內(nèi)燃機(jī)接近,前艙熱管理、隔聲處理以及碰撞安全性與原車接近或者容易處理。 缺點(diǎn)是: ( 1)傳動(dòng)鏈長(zhǎng),傳動(dòng)效率低; ( 2)通常要求使用高轉(zhuǎn)速大功率電機(jī),對(duì)電機(jī)性能要求高。 分散電機(jī)驅(qū)動(dòng)相對(duì)于集中電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn): ( 1)以電子差速控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)外車輪不同轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng),而且精度更高; ( 2)取消機(jī)械差速裝置有利于動(dòng)力系統(tǒng)減輕質(zhì)量,提高傳動(dòng)效率,降低傳動(dòng)噪聲; ( 3)有利于整車總布置的優(yōu)化和整車動(dòng)

21、力學(xué)性能的匹配優(yōu)化; ( 4)降低對(duì)電機(jī)的性能指標(biāo)要求,且具有冗余可靠性高的特點(diǎn)。 但是,分散電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式具有以下缺點(diǎn): ( 1)為滿足各輪運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào),對(duì)多個(gè)電機(jī)的同步協(xié)調(diào)控制要求高; ( 2)電機(jī)的分散安裝布置提出了結(jié)構(gòu)布置、熱管理、電磁兼容以及振動(dòng)控制等多方面 的技術(shù)難題。 分散電機(jī)驅(qū)動(dòng)通常有輪轂電機(jī)和輪邊電機(jī)兩種方式。所謂輪邊電機(jī)方式是指每個(gè)驅(qū)動(dòng) 車輪由單獨(dú)的電機(jī)驅(qū)動(dòng),但是電機(jī)不是集成在車輪內(nèi),而是通過傳動(dòng)裝置(例如傳動(dòng)軸)連 接到車輪。輪邊電機(jī)方式的驅(qū)動(dòng)電機(jī)屬于簧載質(zhì)量范圍,懸架系統(tǒng)隔振性能好。但是,安裝 在車身上的電機(jī)對(duì)整車總布置的影響很大,尤其是在后軸驅(qū)動(dòng)的情況下。

22、而且,由于車身和 車輪之間存在很大的變形運(yùn)動(dòng),對(duì)傳動(dòng)軸的萬向傳動(dòng)也具有一定的限制。與輪邊電機(jī)方式相 比,輪轂電機(jī)方式具有明顯的優(yōu)點(diǎn),主要包括: ( 1)可以完全省略傳動(dòng)的傳動(dòng)裝置,整體動(dòng)力利用效率大大提高; ( 2)輪轂電機(jī)使得整車總布置可以采用扁平化的底盤結(jié)構(gòu)型式,車內(nèi)空間和布置自由 度得到極大的改善; ( 3)車身上幾乎沒有大功率的運(yùn)動(dòng)部件,整車的振動(dòng)和噪聲舒適性得到極大改善; ( 4)輪轂電機(jī)方式便于實(shí)現(xiàn)四輪驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)型式,有利于極大改善整車的動(dòng)力性能; ( 5)輪轂電機(jī)作為執(zhí)行元件,利用響應(yīng)速度快和準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)便于實(shí)現(xiàn)包括線控驅(qū)動(dòng)、 線控制動(dòng)以及線控整車動(dòng)力學(xué)控制在內(nèi)的整

23、車動(dòng)力學(xué)集成控制,提高整車的主動(dòng)安全性。 7輪轂電機(jī)系統(tǒng)研究關(guān)鍵技術(shù)問題 輪轂電機(jī)帶來新的技術(shù)挑戰(zhàn),主要包括: ( 1)輪轂電機(jī)系統(tǒng)集驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)、承載等多種功能于一體,優(yōu)化設(shè)計(jì)難度大; ( 2)車輪內(nèi)部空間有限,對(duì)電機(jī)功率密度性能要求高,設(shè)計(jì)難度大; ( 3)電機(jī)與車輪集成導(dǎo)致非簧載質(zhì)量較大,惡化懸架隔振性能,影響不平路面行駛條 件下的車輛操控性和安全性。同時(shí),輪轂電機(jī)將承受很大的路面沖擊載荷,電機(jī)抗振要求苛 刻; ( 4)車輛大負(fù)荷低速爬長(zhǎng)坡工況下容易出現(xiàn)冷卻不足導(dǎo)致的輪轂電機(jī)過熱燒毀問題, 電機(jī)的散熱和強(qiáng)制冷卻問題需要重視; ( 5)車輪部位水和污物等容易集存,導(dǎo)致電機(jī)的腐蝕破壞,壽命可靠性受影響; ( 6)輪轂電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)可能會(huì)引起汽車輪胎、懸架以及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的振動(dòng)和噪聲, 以及其他整車聲振問題。

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