電動汽車的電氣傳動系統研究

鐘華　孫建　沈祖英　沈曉春

摘 要：傳統燃料汽車在使用過程中，由于燃料燃燒不足，會產生大量有害氣體，對環境造成極大污染。為了更好地解決當前日益嚴重的環境污染問題，在滿足人們出行需求的同時，電動汽車應運而生。它以電動機驅動輪的形式，有內燃機和蓄電池兩種動力源，可以有效減少各種有害氣體的排放。在電動汽車的研發過程中，電動驅動系統的設計與開發至關重要。基于此，本文先是闡述了新能源汽車的概況和現狀問題，再從電動汽車電氣傳動系統的基本要求和電動傳動設備在電動汽車中的布置方式這兩個角度出發，對電氣傳動系統進行了研究與分析。

關鍵詞：電動汽車;電氣傳動系統;機電一體化

1 新能源汽車概述

我相信新能源的概念深深植根于人們的頭腦中，最常見的是風能和太陽能，新能源汽車是指其能源系統不使用傳統能源的汽車。例如純電動和混合動力汽車，燃料電池汽車的主要優點是具有良好的燃料經濟性和減少廢氣排放。不會對環境造成污染，在運行過程中不會產生較大的噪聲，純電動汽車是一種依靠動力電池提供驅動動力的汽車，與其他兩種車型相比，該車型的技術更加成熟，要求也相對簡單，只要有電力，它就能起作用。

2 傳動系統技術的發展現狀

2.1 單電機傳動系統傳動

目前，純電動汽車傳動系統是一種單引擎傳動系統，與內燃機車的設計有許多相似之處。由于它與內燃機車的設計有太多相似之處，所以結構相對穩定，在原生產線上易于生產。

在電動汽車運行的背景下，單引擎系統對發動機功率的要求很高，因此也會增加發動機的尺寸，增加質量的重量，因為這在一定程度上限制了清潔電動汽車的發展。但現在對車輛性能的要求已不再簡單和成熟，而是能夠滿足生活的需要。

2.2 主電機+輪轂電機傳動

與單引擎系統相比，控制系統的組成更為復雜：它由兩個輪轂電機、一個電機控制器、主減速器和變速箱。

主發動機+發動機推進系統支撐新能源汽車，新能源汽車發展的關鍵在于主發動機，主發動機能夠為電動汽車的運行提供足夠的動力，無論汽車是在加速還是在減速，動力也來自后輪的兩個輪轂發動機。主機+推進系統采用前軸作為推進裝置，為了提高備用功率，可采用電動汽車的兩輪往復電機作為輔助發動機，并能有效解決后發動機相對惡劣環境下的熱變形問題，如溫度、水、灰塵等。

2.3 雙電機雙軸驅動純電汽車

純電動汽車驅動系統是將純電動汽車的前后軸結合起來，采用發動機與驅動軸相結合的新型組合推進系統，其中發動機、調速器與驅動軸構成一個整體，三軸構成一個平行關系，這使得驅動系統結構非常緊湊。

使用兩臺發動機的目的是為了在相同的車輛載荷下有更高的運行效率。兩軸驅動可以充分利用整車的附著力，顯著提高車輛附著力的利用率。縮短了電動汽車的制動距離，提高了汽車的能量回收速度。

3 傳動操作系統中常見的問題

3.1 車橋轉動不方便

目前我國重型機械的駕駛情況很多，這些重型機械車輛的駕駛存在一定的困難和挑戰，很可能會使駕駛變得更重、更難控制，駕駛員在駕駛過程中非常繁瑣，很難再回到原來的狀態然而，重型機械車輛車軸轉向沉重的問題和原因很多，既有由于轉向鐵故障造成的，也有由于升降機牽引位置造成的，甚至還有其他類型的原因和問題。

3.2 變速器經常可能出現亂檔和跳檔的情況

這種情況和問題很可能是車輛在行駛過程中切換后出現的，或者是在駕駛員換擋時工作不容易，換到更合適的檔位也不容易，換擋后甚至很容易轉向。產生問題的原因大多是由于換檔、安全問題和出口軸的缺陷;車輛的道路安全可能直接影響駕駛員的安全和乘客的人身和個人物品;如果車輛在高速公路上行駛時出現變速器和變速器錯誤，則有可能影響行車安全穩定，對有關人員構成重大威脅。

3.3 在進行直線行駛過程中汽車車橋存在跑偏的問題

在進行重機車輛的直線安全行駛過程中，行車駕駛員應該牢牢把控住駕駛方向盤，才可以安全正常的運行和駕駛，如果不慎在操控方向盤時出現一些放松的情況，重型機車就可能會存在著直線跑偏的情況，非常不利于駕駛員對于車輛的順利使用。這類相關的問題和情況形成原因也是多種多樣的，如果不經過更加專業和合格的安全監測，就無法輕易進行判斷，特別是車輛左右輪的外傾角角度存在不同以及前輪軸承的維修調理不夠合格的情況等。

3.4 汽車駕駛中存在的車橋擺陣問題

目前，我國交通形勢十分復雜多變，機動車在高速公路上行駛的頻率和范圍都很高，而安全車輛對速度和機動性的要求也在不斷提高，但目前我國生產的許多車輛在高速公路安全行駛過程中可能存在軸移問題和情況，即車輛可能出現不穩定、前瞻性強的情況，這可能取決于輪胎的安全性和質量、車輪磨損等因素，這將給整個駕駛過程帶來非常嚴重的安全問題。

4 電動汽車電氣傳動系統的基本要求

汽車在運行的過程當中經常需要面對比較復雜的路況，它們既需要在高速公路上飛馳，又需要能夠面對上下坡、臨時超車、緊急剎車等情況，同時還需要能夠適應雨雪等惡劣天氣。無論在什么樣的條件下，車輛在運行的過程當中都要承受道路的顛簸與振動，確保駕駛人與乘坐人的安全。對于電動汽車來說，電氣傳動系統代替了傳動燃氣汽車的機械推進系統，電池則代替了汽油來為車輛的運行提供能源。電動汽車需要在滿足少排放目標的基礎上，實現上述的各種目標。這對電氣傳動系統提出了更高的要求。

4.1 對轉矩的要求

基速以下比較大的轉矩需要能夠適應車輛在運行過程當中快速啟動的要求，同時還需要滿足車輛在運行過程當中的加速、負荷爬坡以及頻繁起停的要求。而基速以上比較小的轉矩則需要滿足恒定功率的要求，這樣才能使車輛以最高的速度在高速公路上行使，同時可以滿足車輛隨時超車的要求。

4.2 對系統保障的要求

電動汽車電氣傳動系統的操縱性能需要與司機平時的駕駛習慣相適應，確保駕駛員在使用的過程當中能夠平穩運行，乘客的乘坐環境比較舒適。與此同時，當電氣傳動系統出現失效情況的時候，能夠確保車輛運行的安全性。比如在電壓命令信號線、電流反饋線或者位置檢測線出現了斷路或者斷路的時候，電氣傳動系統能夠及時發現這些事故，能夠立即切斷電機的電源。從而避免引起車輛的振蕩、給駕駛員和乘客帶來不良的影響。

4.3 對轉矩和轉速運行范圍內效率的要求

為了更好地滿足車電動汽車的實際運行需要，電氣傳動系統的轉矩與轉速運行范圍內效率需要滿足一定的要求，這樣才能使電池在一次性充電之后行使更長的距離。目前電動汽車電池的續航能力仍然是需要解決的重要問題，只有開發比能量更高的新型電池才能解決這個問題的主要辦法。與此同時，還需要進一步減低電氣傳動系統的損耗率，提高能源的利用率。

4.4 其他要求

為了避免在使用過程當中出現頻繁維修的情況，同時也為了更好地抵抗在使用過程當中出現的顛簸與振動，電機與電控裝置的結構應該比較堅固，體積要盡可能小、重量也要盡可能輕。與此同時，目前電動汽車的價格還比較貴，這成為了人們購買電動汽車的重要顧慮，因此為了解決這一問題，電動汽車單位功率的系統設備價格要盡量降低。

5 電氣傳動設備在電動汽車中的布置方式

目前的電動汽車主要有傳電動汽車與復合動力電動汽車這兩大類。下面對這兩種電動汽車電氣傳動設備的布置方式進行分析。

5.1 純電動汽車的電氣傳動設備的布置方式

第一是單臺電機的情況，在運行的過程當中主要是通過減速機與差動齒輪來驅動前后輪軸的。第二種是兩臺電機的情況，它們主要是共同通過減速機和差動齒輪來進行驅動的。也有二者分別驅動減速機和差動齒輪的情況。第三種是車輪的電機可以直接進行驅動。通常來說，電機會直接裝在車輪的輪箍內，與車輪成為一體。這種情況下電機可以直接作為外轉子式，不需要減速帶。也有很多電機會作為帶減速帶的緊湊型結構，這需要根據實際情況進行設計。

5.2 符合動力電動汽車的電氣傳動設備布置方式

第一種是串聯復合式。串聯復合式的作用原理是電機通過減速機與差動齒輪來驅動前后輪軸，燃油發動機與交流發電機被獨立安裝在系統當中。第二種是同軸并聯復合式。電機依然是通過減速機和差動齒輪來實現對輪軸的驅動，而燃油發動機則是通過自動離合器與電機實現同軸安裝的。第三種是異軸并聯復合式。這種形式的電氣傳動設備的前后輪軸是由不同的能源所驅動的，在實際運行的過程當中可以根據情況進行自動交替。最后一種是小電機同軸復合式。小功率的電機會直接安裝在發動機的曲軸上，小容量的電池組可以為電機的運行獨立供電。

6 結語

總的來說，近年來各種新型電池的研發與復合動力電動汽車的應用推動了電動汽車的發展。為了更好地滿足汽車運行的需要，為駕駛員和乘客創造良好的使用環境，對電氣傳動系統的發展與完善是十分重要的。在布置傳統設備的時候，需要根據實際需要選擇合適的方式，為電動汽車的運行提供根本保障。

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