資料介紹
輪轂電機驅(qū)動
結(jié)構(gòu)
減速驅(qū)動:高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電機+行星齒輪減速器
直接驅(qū)動:低速外轉(zhuǎn)子電機
電機安裝在車輪輪轂中,動力直接傳遞給車輪。
定子:升級為車輛的懸架橋殼。繞組、電力電子裝置以及散熱都安裝在該金屬板上;
輪軸軸承:背面連接至定子和懸架橋殼,正面連接至轉(zhuǎn)子和車輪;
微型逆變器:沿繞線銅線圈安裝于定子;
線圈:沿微型逆變器直接安裝至散熱器;
轉(zhuǎn)子:安裝至輪軸軸承及車輪,允許其自由旋轉(zhuǎn)。
功能與實現(xiàn)方式
·承載
依靠輪軸軸承實現(xiàn)轉(zhuǎn)子與定子的定心,車輛的輪輞穿過輪軸軸承而非定子和轉(zhuǎn)子連接至懸架橋殼,以承載路面減震器及負(fù)荷。
·驅(qū)動
外轉(zhuǎn)子與輪輞直接相連,達(dá)到直接驅(qū)動的目的
·電子差速控制
前輪轉(zhuǎn)向,由普通轉(zhuǎn)向機完成;后輪需要轉(zhuǎn)差,由電子差速完成。轉(zhuǎn)彎半徑由前輪轉(zhuǎn)向機轉(zhuǎn)角決定,后輪轉(zhuǎn)差由車輛轉(zhuǎn)彎半徑和輪距軸距決定。由前輪轉(zhuǎn)向機轉(zhuǎn)動角度計算后輪轉(zhuǎn)差。轉(zhuǎn)向機也可以是電子轉(zhuǎn)向。后輪即使不能嚴(yán)格差速,內(nèi)輪也應(yīng)該由“主動”變?yōu)椤皬膭印?,由斷開電機或在回路中串聯(lián)補償電阻實現(xiàn)。
車輛直線行駛時,驅(qū)動輪線速度相等,輪速傳感器測量速度并將信號送入中央處理器,中央處理器比較左右左右兩輪轉(zhuǎn)速,控制電機控制器使左右車輪轉(zhuǎn)速一致;轉(zhuǎn)彎行駛時,保證驅(qū)動車輪相對旋轉(zhuǎn)中心的角速度相等以避免輪胎發(fā)生滑移。中央處理器根據(jù)方向盤實際轉(zhuǎn)角、車輪轉(zhuǎn)速和路面狀況進(jìn)行計算,將兩輪所需的轉(zhuǎn)速信號輸入電機控制器。
·制動能量回收(智能化能量管理系統(tǒng))
電動汽車在制動過程中,整車動能通過車輪傳遞到電機,從而帶動電機旋轉(zhuǎn)。此時,電機工作在發(fā)電狀態(tài),向儲能裝置(蓄電池或超級電容)充電,將制動能量轉(zhuǎn)化為電能儲存在儲能裝置中,實現(xiàn)能量的再生利用。同時,電機產(chǎn)生的阻力矩作用于車輪,產(chǎn)生制動力矩,起到減速制動的作用。
·制動系統(tǒng)集成
制動系統(tǒng)包括電制動和摩擦制動。摩擦制動集成一般為盤式制動器。
·電機的冷卻
風(fēng)冷,應(yīng)用有利于氣體循環(huán)流動的結(jié)構(gòu)來冷卻輪轂電機,如內(nèi)置冷卻風(fēng)扇;水冷,設(shè)置專門的冷卻液道,通過與液體的熱交換來冷卻輪轂電機
不足(與當(dāng)代車型相比)
起步、頂風(fēng)或爬坡時承載大扭矩,需要較大的電流,易損壞電池和永磁體;
電機效率峰值區(qū)域很小,負(fù)載電流超過一定值后效率急劇下降;
輪轂電機必須成對使用,且各車輪前進(jìn)與轉(zhuǎn)向的一致性需要深度校準(zhǔn);
簧下質(zhì)量和輪轂的轉(zhuǎn)動慣量均增加,影響操控性;
電制動性能有限,維持制動需要消耗較多的電能。并且,目前機械制動集成技術(shù)不成熟,環(huán)形制動盤制動力臂大,摩擦片制動面積小,易變形、抖動大、發(fā)熱量大;
涉水能力不強,密封要求較高,且須單獨考慮散熱問題;
在不平路面激勵下的輪胎跳動、載荷不均、安裝誤差將引起電機氣隙不均勻,惡化振動激勵,有損平順性和接地安全性。
車輪內(nèi)部空間有限,電機功率密度要求高,集成度高,優(yōu)化設(shè)計難度大;
附:
輪轂電機減少非簧載質(zhì)量的方法通常有:改變電機形式,將其變?yōu)榛奢d質(zhì)量;利用電機質(zhì)量構(gòu)造吸振器控制非簧載質(zhì)量引發(fā)的垂向振動負(fù)效應(yīng);改變簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量的比值。
輪邊電機驅(qū)動
結(jié)構(gòu)
每個驅(qū)動車輪有單獨的電動機驅(qū)動,但電機不集成于車輪內(nèi),其動力由輪邊減速器間接傳遞給車輪。出于空間布置的高效合理,輪邊減速器多用行星齒輪。常用行星齒輪傳動有三種:
K-H-V擺線針行星齒輪傳動,傳動比大,效率較高。傳動過程中多吃樹參與嚙合,承載能力大,傳動平穩(wěn)且噪聲較低。但其生產(chǎn)制造困難,零件成本及精度高;
NGW型行星齒輪傳動,結(jié)構(gòu)緊湊簡單,占用空間小,傳動比范圍大、質(zhì)量輕便,制造成本低。適用多種工作環(huán)境,單級傳動比一般取3~9;
NW型行星齒輪傳動。兼具NGW傳動的優(yōu)點,如結(jié)構(gòu)簡單、占用空間小、傳動比范圍大、質(zhì)量輕便等,同時比NGW更加緊湊,但是安裝復(fù)雜,成本高。
功能與實現(xiàn)方式
·電子差速控制
前輪轉(zhuǎn)向,由普通轉(zhuǎn)向機完成;后輪需要轉(zhuǎn)差,由電子差速完成。轉(zhuǎn)彎半徑由前輪轉(zhuǎn)向機轉(zhuǎn)角決定,后輪轉(zhuǎn)差由車輛轉(zhuǎn)彎半徑和輪距軸距決定。由前輪轉(zhuǎn)向機轉(zhuǎn)動角度計算后輪轉(zhuǎn)差。轉(zhuǎn)向機也可以是電子轉(zhuǎn)向。后輪即使不能嚴(yán)格差速,內(nèi)輪也應(yīng)該由“主動”變?yōu)椤皬膭印?,由斷開電機或在回路中串聯(lián)補償電阻實現(xiàn)。
車輛直線行駛時,驅(qū)動輪線速度相等,輪速傳感器測量速度并將信號送入中央處理器,中央處理器比較左右左右兩輪轉(zhuǎn)速,控制電機控制器使左右車輪轉(zhuǎn)速一致;轉(zhuǎn)彎行駛時,保證驅(qū)動車輪相對旋轉(zhuǎn)中心的角速度相等以避免輪胎發(fā)生滑移。中央處理器根據(jù)方向盤實際轉(zhuǎn)角、車輪轉(zhuǎn)速和路面狀況進(jìn)行計算,將兩輪所需的轉(zhuǎn)速信號輸入電機控制器。
·驅(qū)動防滑控制
通過控制施加到車輪上的驅(qū)動與制動轉(zhuǎn)矩,是汽車在加速與減速時的輪速保持在適當(dāng)范圍內(nèi),從而將車輪的滑移率控制在10%——30%以內(nèi),使整車在具有較好動力性地同時具有較大的地面附著系數(shù),提高整車的運動性能。
不足
為滿足各輪運動協(xié)調(diào),對多個電動機的同步協(xié)調(diào)控制要求高;
電動機的分散安裝布置提出了結(jié)構(gòu)布置、熱管理、電磁兼容以及振動控制等多方面的技術(shù)難題;
電機安裝于車身,對整車總布置影響較大;
車身和車輪之間存在很大的變形運動,對傳動軸的萬向傳動具有一定的限制;
電機在實際工作中,勵磁磁場在空間的分布不完全為正弦,感應(yīng)電動勢的波形會發(fā)生畸變,因此存在諧波轉(zhuǎn)矩,產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動;
電機距地面較近,需單獨考慮密封、潤滑、冷卻和可靠性的問題。
輪轂電機驅(qū)動與輪邊電機驅(qū)動的區(qū)別
(經(jīng)濟性結(jié)構(gòu) 設(shè)計 成本 安全)
結(jié)構(gòu)上,輪轂電機驅(qū)動和輪邊電機驅(qū)動與傳統(tǒng)燃油汽車驅(qū)動方式相比均有差異,懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動系統(tǒng)都要改型。輪轂電機驅(qū)動集成度高,結(jié)構(gòu)偏于緊湊復(fù)雜,簧下質(zhì)量也較大。但是有利于擴大車內(nèi)空間,車內(nèi)布局也比較靈活。
成本上,輪轂電機驅(qū)動采用外轉(zhuǎn)子電機,驅(qū)動單元、電機控制模塊、制動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)高度集成,制造、維修難度較大,安裝調(diào)試較為復(fù)雜,成本偏高;
設(shè)計上,輪轂電機的冷卻及密封要求更為嚴(yán)格,輪邊電機的潤滑要求更為嚴(yán)格。輪轂電機驅(qū)動高度集成,而輪邊電機與車輪相對獨立,體積約束小,功率選擇范圍大,增加了整車的輸出性能,輪轂電機驅(qū)動的設(shè)計難度偏高。
通過對懸架的良好設(shè)計,可將電機引起的簧下質(zhì)量傳遞給車身,懸架系統(tǒng)隔振性能好,增加車輪運動的平穩(wěn)性;
輪邊電機車輪輪胎的更換與對電機的維修相對方便;
對低轉(zhuǎn)速電機而言,沒有減速裝置,對電動機的轉(zhuǎn)矩特性要求較高,而輪邊電機驅(qū)動一般為高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電機,對電動機的轉(zhuǎn)矩特性要求相對較低;
輪邊電機與車輪之間具有相對獨立性,與輪轂電機相比,其功率選擇范圍更大,降低了非簧載質(zhì)量,提高了車輛的行駛穩(wěn)定性。從安裝調(diào)試方面考慮,輪邊電機比集成度高的輪轂電機更方便。
來源:前瞻EV
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