捷豹I-PACE純電動汽車的電力驅動系統(三)

◆文/北京 多飛

(接上期)

7.高壓電氣分配

高壓電氣分配如圖24所示。I-PACE上的HV電路由HV部件組成，這些部件由一系列橙黃色的HV電纜連接在一起。來自HV蓄電池的HV電力直接供應至前后逆變器以及HVJB。在駕駛模式下，逆變器將HV直流電力輸送至EDU；在再生制動過程中，逆變器將會接收三相電流。HVJB負責向HVCH、直流-直流轉換器和EAC壓縮機供應HV電力。該電路由一組不可維修的熔絲提供保護。HV蓄電池中內置了兩個熔絲，一個用于電動驅動系統，一個用于向HVJB供電的輔助電路。HVJB中有三個附加的熔絲，它們負責保護對應的部件，這些熔絲不可更換。

圖24 高壓電氣分配

四、電動驅動單元(EDU)

1.電動驅動單元(EDU)概述

I-PACE由兩個永磁同步電動驅動單元(EDU)驅動，它們分別位于前后軸上，如圖25所示。每個單元都帶有一個單速行星齒輪組變速器和一個以同心方式安裝在電機上的開放式差速器。每個車輪都通過一個半軸連接至變速器，因此提供了四輪驅動(AWD)能力。EDU通過每個電機提供的348N·m扭矩和147kW功率。兩個電機的綜合輸出可提供696N·m的瞬時扭矩。每個電機分別連接到一個逆變器。逆變器控制電機的操作以響應節氣門和制動輸入。前后EDU都連接至電動驅動冷卻液回路。每個EDU都有一個用于監測單元溫度的傳感器，該傳感器以硬接線方式連接至相關逆變器。EDU溫度數據通過FlexRay信號被發送至PCM。每個EDU都有多個通風軟管連接。

圖25 電動驅動單元

EDU上的唯一可維修的項目是變速器油封和半軸油封。廠家推薦的保養間隔是2年或34 000km。在第5次保養時需要更換前后電動驅動單元(EDU)機油以及所有冷卻液回路中的冷卻液。電動驅動單元(EDU)機油規格是：FE75W/BOT350M375W。前EDU加注量是1.6L。后EDU加注量是1.5L。如果更換前電動驅動單元(EDU)、后EDU、前電力變頻轉換器(EPIC)或后EPIC，則需要使用JaguarLandRover(JLR)認可的診斷設備對其進行校準。需要進行校準，以確保來自EPIC的高壓(HV)3相交流電(AC)的相位已正確正時，以實現有效的車輛機動動力。EDU的旋轉分解器角度印在EDU上部的EDU標簽上。電動驅動單元標簽如圖26所示。

圖26 電動驅動單元標簽

2.永磁同步電機

I-PACE上安裝了2個永磁同步電機。如圖27所示，使用了配備永磁鐵的轉子，永磁鐵與定子繞組處產生的電磁場同步。通過按照逐漸改變每個繞組極性的順序向定子繞組上施加三相交流(AC)，定子周圍將會產生旋轉的電磁場。轉子位置與這個旋轉的電磁場保持一致，從而吸引轉子磁鐵的磁場，導致轉子轉動。當轉子和旋轉的定子磁場完全同步時，轉子的輸出速度與施加到定子繞組上的AC頻率成一致。在這種情況下，電機功率輸出達到最大。當電磁場繞著定子旋轉時，轉子的位置將會與其相匹配。變速器的輸入齒輪直接安裝到轉子上。

圖27 永磁同步電機

圖28展示了簡單永磁同步電機順時針轉動的旋轉情況。施加到定子繞組上的三相AC受到控制，因此能夠從一套繞組旋轉到下一套繞組，轉子遵照相同的速率旋轉。施加到定子繞組上的電流的大小和相位與電機的扭矩輸出成比例，因此需要進行精確控制才能實現電機的效率。旋轉分解器環位置傳感器用于準確檢測轉子相對于旋轉電磁場的速度和位置，以便全面控制電機輸出。旋轉分解器輸出信號傳送至逆變器。然后，逆變器在定子線圈上施加正確的頻率和電壓，以確保電機的扭矩輸出與PCM發送的扭矩請求相匹配。逆變器也使用位置信息來確保轉子始終與旋轉磁場保持同步。

當轉子的磁場滯后于定子的旋轉磁場時，隨著永久磁鐵持續嘗試“趕上”定子的旋轉磁場，電機將會產生驅動扭矩。AC輸入的正時相對于轉子的位置提前，輸入的提前量越大，產生的扭矩也就越大。但是，AC輸入過于提前將會導致磁場脫離同步狀態，電機將會停轉。

AC輸入的正時也可以相對于轉子的位置滯后。旋轉磁場試圖往相反的方向拉動轉子，產生可調節的制動扭矩。當制動的動能轉換為電能時，電機將會變為發電機。隨著轉子繞著定子轉動，轉子的磁場將會穿過定子繞組，從而感生出三相AC。轉子的速度和定子線圈的磁場強度與發電機輸出成正比。

圖28 定子-轉子的相位關系

3.電動驅動單元(EDU)操作

每個電動驅動單元(EDU)操作的操作都由其所附的逆變器根據來自動力傳動系統控制模塊(PCM)的扭矩請求指令進行控制。逆變器根據需要在電機和發電機兩個角色之間切換EDU的操作。當EDU作為電機工作時，逆變器接收來自HV蓄電池的直流(DC)電源，然后將其轉換為3相交流電(AC)。高壓AC被施加到電機中的三相定子繞組。來自旋轉分解器環位置傳感器的數據用于控制HV三相AC的相位。根據來自PCM的扭矩請求指令，逆變器確定施加到EDU上的HV三相AC的相位(如同步電機操作部分中所述)。逆變器和PCM通過FlexRay總線網絡進行通信。

當處于再生制動模式時，EDU產生三相AC以供應至逆變器(如同步電機操作部分中所述)。逆變器會將AC整流為DC并調節電壓，以便向高壓蓄電池充電。逆變器控制在再生制動期間回收的電能以及對前后輪施加的制動效果。PCM通過FlexRay總線網絡將來自每個EDU的所需制動力數據發送至逆變器。

4.EDU變速器部件

EDU內部部件如圖29所示，變速器如圖30所示，EDU功率-扭矩曲線如圖31所示。每個EDU都含有一個帶開放式差速器的單速行星齒輪變速器。該變速器降低了電機輸出轉速，同時增加了向從動輪輸出的扭矩量。前后EDU之間的扭矩分配由PCM進行控制，并且基于車輛動態性能和穩定性，以便防止出現過度轉向、轉向不足、車輪打滑等。當從靜止狀態加速時，電機輸出可在兩秒鐘內升高至160kW，同時后軸將會輸出更多的扭矩，以便充分利用車輛后部的較高抓地性。但是，可能會存在來自底盤輸入的干預。例如，當在低摩擦路面上從靜止狀態起步時，車輛會將扭矩偏置從后軸調節至前部，以便獲得最高的抓地性。當車輛以低于80km/h的速度巡航時，后軸將會獲得優先級來幫助降低座艙內的噪聲級。當車輛以較高的速度巡航時，每個EDU之間的扭矩分配幾乎都始終保持在50%。在急加速期間，為了使用每個單元的全部可用功率/扭矩，扭矩分配也為50%。兩個EDU之間的扭矩偏置將會持續得到調整，以便針對駕駛條件提供最高的抓地性。

注意：I-PACE具有一個駕駛爬行模式，駕駛員能夠從觸摸屏菜單中選擇該模式。在選擇后，該模式將允許車輛在駕駛員松開制動踏板時輕微地向前移動，就像傳統的自動變速器一樣。只有在變速器處于駐車檔時才能打開或關閉該模式。

圖29 EDU內部部件

圖30 EDU變速器

圖31 EDU功率-扭矩曲線

五、駐車鎖執行器

1.駐車鎖執行器

駐車鎖執行器位于前EDU的左后側，位置如圖32所示，內部操作示意圖如圖33所示。安裝在EDU殼體內部的一個鎖定爪由一根彈簧固定在分離位置。選擇駐車檔后，執行器操作會導致鎖定爪嚙合到EDU輸出裝置上的齒圈中，以機械方式將該裝置鎖定到位。換檔控制開關(TCS)如圖34所示。變速器換擋旋鈕(TCS)有4個開關，分別用于前進檔D、空檔N、倒車檔R和駐車檔P。駕駛員選擇TCS上的“D”、“N”或“R”檔后，PCM將會自動釋放駐車鎖。來自TCS的信號通過高速(HS)控制器局域網(CAN)電源模式0系統總線發送至PCM。PCM會將一個PWM信號發送至駐車鎖執行器和前逆變器，以執行相應的操作。

圖32 駐車鎖執行器

圖33 駐車鎖執行器內部操作示意圖

圖34 換檔控制開關(TCS)

2.駐車鎖執行器控制

駐車鎖執行器控制框圖如圖35所示。當按下TCS上的“P”(駐車檔)開關時，防抱死制動系統(ABS)控制模塊將會先應用電動駐車制動器(EPB)，然后應用駐車鎖。PCM通過FlexRay與ABS控制模塊通信以應用EPB。PCM通過HSCAN電源模式0系統總線接收來自TCS的信號，以操作駐車鎖。駐車鎖和EPB的操作取決于車速。

(1)超過3km/h：不應用EPB，不應用駐車鎖，根據需要向前部和后部EDU供電，儀表盤(IC)中顯示“速度太高，無法制動”信息。

(2)小于3km/h：應用EPB以使車輛停止，當車輛靜止時，接合駐車鎖，TCS中的“P”警告指示燈點亮，不會向前部和后部EDU供電。

如果駐車鎖執行器中存在故障，則TCS上的“P”將會閃爍。儀表盤(IC)上的警告指示燈將會顯示出來。PCM將會記錄所有故障診斷碼(DTC)。利用JLR認可的診斷設備可以接合和分離駐車鎖執行器，利用該設備也可以查看PCM指令信號和駐車鎖執行器位置數據。更換駐車鎖執行器后，無需對駐車鎖執行器進行重新校準。

圖35 駐車鎖執行器控制框圖

3.車輛施救

如果駐車鎖系統發生故障(如車輛無電)，可以緊急手動解除P檔。變速器駐車釋放桿位于發動機罩下方，如圖36所示。如果車輛需要進行施救，則務必激活變速器駐車釋放系統。如圖37所示，若要激活變速器駐車釋放系統，則應該向上拉動釋放桿90°，直至其鎖定到位(A)。若要釋放該釋放桿并將變速器切換回駐車檔，則應該向外拉動機構鎖定卡舌(B)，然后釋放桿將會返回其靜止位置(C)。注意：在釋放桿返回其靜止位置后，務必確保拉索也縮回其原始位置。

圖36 變速器駐車釋放桿的位置

圖37 變速器駐車釋放桿的操作

六、電力驅動控制系統控制部件

1.控制系統部件組成

電力驅動控制系統部件如圖38所示。動力傳動系統控制模塊(PCM)控制前部和后部電力變頻轉換器(EPIC)，而電力變頻轉換器控制相應的前部和后部電動驅動單元(EDU)。當EDU作為電機運行時，EPIC從電動車(EV)蓄電池接收直流電(DC)電源，將高壓(HV)DC轉換成HV3相交流電(AC)，以提供給EDU所需電源。當EDU作為發電機運行以提供再生制動時，EPIC將來自EDU的HVAC轉換成HVDC，以為EVHV蓄電池充電。PCM控制電力驅動溫度控制系統以使前部和后部EPIC冷卻。PCM還控制前EDU中的駐車鎖執行器。

1.制動助力器模塊(BBM)；2.加速器踏板位置(APP)傳感器；3.動力傳動系統控制模塊(PCM)；4.制動踏板開關；5.變速器換檔旋鈕(TCS)；6.約束控制模塊(RCM)；7.后電力變頻轉換器(EPIC)；8.后電力驅動單元(EDU)；9.位于左車門后視鏡中的環境氣溫(AAT)傳感器；10.電動車(EV)蓄電池；11.車身控制模塊/網關模塊；(BCM/GWM)；12.電力驅動冷卻液泵；13.帶有駐車鎖的前部EDU；14.駐車鎖執行器；15.電力驅動冷卻液溫度傳感器-電力驅動散熱器出口；16.防抱死制動系統(ABS)控制模塊；17.電動冷卻風扇；18.電力驅動冷卻液控制閥；19.主動進氣格柵；20.空調(A/C)溫度壓力傳感器-回收熱交換器出口；21.前EPIC；22.電力驅動冷卻液溫度傳感器-4路接頭。