QDSJ304 电动汽车构型及驱动系统方案

NO.304动系统方案整车驱动系统布置方案在纯电动汽车动力系统布置上，目前有前置前驱、后置后驱、四轮驱动、轮毂电机四种布置方式，前置前驱应用较为广泛，高端车型后置后驱、四驱运用较多。轮毂电机布置方式暂未实现量产，目前各厂家均在研发阶段。前置前驱前置前驱是将驱动电机布置在车辆前方，通过减速器、半轴将驱动力传递给前轮。特点是传输动力速度快，减少了传动部件，传递动开发周期短，且前舱易于布置。因为动力源和驱动机构都在车辆的前部，这样就会造成车辆前部重量比较重，造成头重脚轻的现象。在遇见特殊路况后，后轮的抓地力比较弱，在快速过弯的时候也会重量产生推头的现象。国内市场A级纯电动汽车普遍采用前轮驱动方式，且大部分传统车企，在原有燃油车平台进行升级改造，将原有的燃油系统变更为纯电动动力系统。特斯拉、蔚来则是研发全新的平台，能够有效且充分发挥纯电动动力系统结构紧凑的特长。基于燃油车平台进行升级改造传统燃油车考虑到传动效率、轻量化、成本控制等方面因素，经过发动机、变速箱、半轴的组合，动力传递到前轮，最大化的提升了基于驱动电机结构紧凑开发的全新平台电动汽车电机、电控、减速器向多合一方向发展，且有部分车企或供应商已有成熟可靠的多合一产品，多合一产品因结构紧凑、重量轻、体积小，则有车企在匠心品质的熏陶下，追求更极致的汽车品质，研发全新电动汽车平台，这样可在保证较高的整车空间利用率的同时选用在动力学方面更具优势的后置后驱布局。后驱传统汽车后驱方式通常有前置后驱，后置后驱，纯电动汽车只存在后置后驱。因为传车企想获得后驱极致的操控性能，又想把发动机这个大家伙能有一个合适的地方安置，不得已只能将发动机布置在车辆前方。通过传动轴将前舱的动力输送给后轮。纯电动汽车因驱动电机体积小，则可将驱动电机安置在后方，就可以放弃原有的前置后驱方案。也正是因为驱动电机的体积较发动机大为减小，纯电动汽车更加适合后置后驱驱动方案，后驱车拥有更好的车身动态，就是老司机所说的后驱车比前驱车更有驾驶乐趣。后驱车确实拥有比前驱车更好的运动底子，四驱车的行驶稳定性和通过能力则更具优势。通常后置纯电动汽车相比于前驱有如下优点：①由于横摆力矩小，车辆操纵非常灵活，在轮胎抓地力一定的前提下，前轮的抓地力可以更大的运用在汽车转向上，转向更轻便灵活；②良好的起动和爬坡性能，而且几乎与负荷状态无关，车辆启动与爬坡时，车辆载荷向后方偏移，后轮的抓地力因此提升，可以更好的将动力作用在车轮上，造就了后驱非凡的启动爬坡性能；③驱动电机扭矩传递路线短，效率高，较前置后驱减少了传动部件，有效的降低了不必要的传动功率损失；④由于前轮负荷小，所以转向轻便；⑤制动力分配合理；⑥前悬架构造简单；⑦前面可以使用小悬挂。后驱对车辆加速、操控有不可比拟的优势，但是也不可避免的存在问题。由于缺少了前置的风冷散热，后置需要的散热器功率大，对纯电动的续驶里程有所影响；正常路面行驶时，前轮负荷小，易于转向，但也会出现明显的过度转向，而且遇到冰雪路面时，前轮抓地力不足，导致转向困难；四驱四驱纯电动汽车一般应用于高端车，一般情况下两种形式的电机组合使用：低速行驶阶段，充分利用永磁电机的高效率，保证驱动电机损耗最低状态，实现能源的最大化运用；高速行驶阶段，将感应异步电机在高速状态下的高功率发挥更大的性能，总体来说，无论是中低速还是高速路段，永磁电机基本一直在运行，而感应电机是起到加速，提升性能的作用，最大程度的两者兼顾。同步、异步电机组合使用，发挥各自优势，达到综合性能最优。特斯拉四驱底盘纯电动汽车常用驱动电机类型见下表：对比项目感应异步电机永磁同步电机最高效率92-94%95-97%空载阻力矩小大功率密度低高可靠性好，无退磁风险较好，永磁体受温度影响较大，高温导致永磁体不可逆退磁控制性能易于控制算法复杂成本低高，依赖稀土材料基于成本、驱动电机效率、驱动电机控制难度等多方面因素综合考虑，四驱纯电动汽车驱动电机常见四驱方案有如下三种：对比项目方案1方案2方案3前：永磁同步电机后：永磁同步电机前：感应异步电机后：永磁同步电机前：永磁同步电机后：感应异步电机成本以此为基准相比方案1，减少300-500元相比方案1，减少300-500元扭矩分配策略基于动力性、经济性等需求，进行前后扭矩分配中低负荷下，后驱作为主要动力源，加速时，联合驱动中低负荷下，前驱作为主要动力源，加速时，联合驱动整车经济性以此为基准相比方案1，提升2%相比方案1，提升2.5%其他/易于向高性能后驱车型扩展可考虑向前驱车型扩展电驱动系统布置方案分体式布置分体式指电机、电控、减速器及其他附件独立存在，分体式在七八年前应用范围较广。江淮iEV6E运动版优点：故障排查方便，单个零部件出现故障能够够有效的排查和更换：因占用空间大，电机电控产生的热损耗易于散发，对热管理难度有所降低。缺点：装配工作量且装配工艺较三合一较大，主机厂需额外增加分装线；体积大，占用空间多，前舱布局难度高；成本高，连接高压线缆长，一定程度上增加了故障率和成本，并且线缆存在热损耗，导致效率有所降低。三合一集成布置方案三合一驱动动系统体积小，质量轻、效率高、NVH好、成本低。车辆各系统的布局可以更加灵活，这也有利于车企的平台化设计，即为不同车型搭载同一套系统，对于用户来说，可获得最大化的乘坐空间，以及宽敞的储物空间；三合一系统重量轻，使得电动汽车的续驶里程更长。BYD三合一电驱动上海电驱动三合一电驱动轮毂电机方案轮毂电机是将汽车的“动力系统、传动系统、刹车等系统”集成到一起而设计出来的；之所以被称为轮毂电机，是指电机安装在车辆的轮毂位置而言。轮毂电机的优点：①省略大量传动部件，让车辆结构更简单；②可实现多种复杂的驱动方式。由于轮毂电机具备单个车轮独立驱动的特性，因此无论是前驱、后驱还是四驱形式，它都可以比较轻松地实现，全时四驱在轮毂电机驱动的车辆上实现起来非常容易。轮毂电机的缺点：①虽然整车重量下降，但是簧下重量提高了，将将精密的电机放到轮毂上，长期剧烈上下振动和恶劣的工作环境（水、尘、热）带来的故障问题，也要考虑轮毂部分是车祸中很容易受损的部位，维修成本高；④制动热量与能耗问题：电机本身就在发热，由于簧下质量增加，制动压力更大，发热也更大，如此集中的发热对制动性能要求高。氢电能液然氢电能液然整车的操控、舒适性和悬挂的可靠性带来巨大影响。②研发周期长、技术资金投入大。③控制系统复杂。④热管理系统难度高。轮毂电机方案在动力配置、传动结构、操控性能、能源利用等方面的技术优势和特点极为明显，待技术成熟后，未来会成为主流的布置方案。可再源水电风可再源水电风核地核化石煤石生物乙生物车电动车特点必须有一个以上电机必须有一个能源储存系统而不是燃料箱电机一定要提供动力（部分或全部）术语内燃发动机（ICE）：的热空气驱动活塞.变速箱个旋转功率输出。差速器边输出转速不同。离合器：实现发动机与变速箱的分离与结合电机（EM）：电动机或者发电机能量管理系统（EMs）：控制多能源的能量分流关键传动系元件--电机（EM）电机类型 电流 图片 应用 性能电机类型 电流 图片 应用 性能永磁电机（PM）

应用在3向大多数电动车

高效，高扭矩，短恒定功率范围感应电动机 3向AC 特斯拉，丰田 感应电动机3向AC特斯拉，丰田比PM效率低DC开关磁阻电机DC

未在大多数电动车应用

可以实现极高转速昂贵电机特性Motoringmode

不需要高档位齿轮无需低速挡齿轮以零速运行：无需在低转速下空转在大的工作范围内具有较高效率传动系关键元件--功率转换器逆变器：将DC转换为DC/DC转换器：提高或降低电池电压整流器（车载充电器）：将从电网转换为DC传动系关键元件--能量管理系统（EMS）EMS使用硬件和软件控制来优化能源效率和驾驶性能。基于软件的高级监督控制（HLSC）。EMS案例关键传动系元件-能量存储系统ESS可以是电池，超级电容器和氢气罐（用于燃料电池）EV中使用的电池类型：铅酸，镍氢，锂离子。EV类型电池电动车（BEV）混合动力电动车（HEV）插电混动车（PHEV）燃料电池电动车（FCEV）MicroHEVEV类型MicroHEV

I @@ 3 se«tserieshybńdHondainsight

ChevyMalibuHybrid ToyotaPńus FordEscapeHondaAccord ToyotaPruisPlug-in Plug-inChevyVoltBEVBEVhżirrnnł+•++f Te«fnMncJelźśMËroMËroHEVMildHEVFullHEVPHEVER-EVBEV电动车的SOC管理纯电混合纯电混合燃油经济性和电动汽车范PHEV和ER-EV的燃油经济性PHEV和ER-EV的燃油经济性很大程度上取决于驾驶行为。动力总成布置设计理念BEV的结构-中央驱动⚫最简单的布置⚫无需离合器和变速箱⚫几乎市场上所有BEV都在使用中央驱动的优点与缺点优点：①减小安装空间和轻量化；②单速减速机更具成本效益；③由于更少的齿轮对和没有变速箱，可以进一步降低效率损失；④完全消除了换档控制。缺点：①边界条件附近的效率下降；②EM只能以低速输出其最大功率的一部分，相反增加EM尺寸和成本。在纯电动汽车电驱动架构方面，目前国内车型有轮毂电机、分体式（电机、电控、减速器独立）、二合一电驱动（电机+减速器）、三合一产品（电机+电控+减速器）等主流产品，还存在其他多合一产品（电控+DCDC+OBC+PDU）。“二合一(电机+减速器)”方案，代表车型是雪佛兰Bolt；“三合一(电机+减速器+电机控制器)”方案，代表车型是特斯拉系列；其他“多合一”方案，包括整合了MCU、OBC、DCDC等模块，代表车型是宝马i3。NissanLeafintegratede-powertrainBEV⚫驱动轮可以独立控制⚫消除差速器和半轴⚫电动滑板车的流行设优点：成本和重量减小缺点：电机工作在低效率区间以及被限制尺寸

Brabus轮毂安装电动机轮毂驱动衍生物⚫电机通过减速齿轮和驱动轴连接半轴Mercedes-BenzSLSAMCE-CellvehicleBEV结构-前驱和后驱⚫可以实现前驱、后驱和全驱HEV结构-前驱和后驱串联混合动力 ▆并联混合动力功率分流混合动力 ▆复合混合动力HEV结构-串联混合动力发动机和电机串联连接基础元件：发动机、发电机1、电动机2、电池只有电机提供扭矩给主减驱动HEV结构--串联混合动力布置发动机前置后驱 发动机后置后驱发动机前置前驱优点缺点发动机一直工作在高效区间整体效率尤其在高速下受到影响由于缺少变速箱可以减小效率损失EM只能以低速输出其最大功率的一部分，反向增加EM尺寸和成本低速时具有出色的牵引能力EM2需要满足所有驾驶工况，增加成本、重量和安装空间大型EM2电机能够捕获更多的再生制动控制系统相对简单适用于：采矿车辆，城市公交车（频繁启停）HEV结构--并联混合动力布置e.g.ChevyeAssiJICEEMICEEMe.g.HondaIMA eTænaTænaŸ@ñ6e.g.VWJettahybrid,c AcuraRU hybridŸ@ñ6MicroHEV MildHEV SœongHEV PHEV ER-EV<ym-°Ty-bCNCÂ(ÎPqJ. ÎÄÏ»ÇË,& ÿ¿ÈΡ@@ÿÊ)ÏÏjË?{g-Ô并联混动动力工作模式GLWCHelectricCLUTCHCLUTCH/CLOSEDÏ(b):hybùdIelectñcassist.CLUTCHCLUTCH4GLOSEDÏbatterycharging.CLUTCHCLUTCHregeneraôvebraking.cNcfgtr>ś. a¿i!@'/leTæ/Q@ææ»@:ë:ngŃ.ñ<.Șig@ï*‹139o6197194ÉÊłÇ‹Ëe@-erHEV结构-并联混合动力优点缺点高速和巡航模式总体效率高复杂的系统有很多变量需求电机相对尺寸小发动机不能一直工作在高效区间设计灵活性高电池无法在静止状态下充电Example:HondainsightHybrid,VWJettaHybrid,AcuraRLXHybrid,NissanPathfinderHybridHEV结构-分流混合动力发动机和主减传动之间的双重连接：机械和电气，包含一个以上分流设备（PSD）HEV结构-PSD解释行星齿轮系

一代普锐斯传动系布置结构EM110kWEM250kW反拖（低速）加速巡航（高速）HEV结构-分流混合动力优点缺点发动机和电机转变驱动的灵活性系统复杂度高，比并联系统贵允许外形更小效率更高的发动机设计在电驱路径传动效率低Examples:ToyotaPrius,LexusCT200h,LexusRX400hHEV结构-复合式混合动力能够在单一架构中以多种基本混合模式运行。可以包含串联/并联，串联/分流，并联-并联和许多种其他的结构成本和复杂性提高复合式混合动力-ChevyVolt1stGen一代BEV模式二代BE