電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)模式和發(fā)展趨勢(shì)

胡凱　黃東方　王變變

摘 要：現(xiàn)如今，市場面上大多數(shù)的電動(dòng)車都是適用單電機(jī)集中式的驅(qū)動(dòng)模式，但是經(jīng)過相關(guān)學(xué)者和技術(shù)人員研究表示輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式能夠有效地減少驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)到驅(qū)動(dòng)車輪之間的傳動(dòng)距離，而且這種模式下的所有驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)都能夠獨(dú)立控制自身的轉(zhuǎn)速，所展現(xiàn)的靈活性相對(duì)比其他驅(qū)動(dòng)模式要更好，操控性也相對(duì)較強(qiáng)。本文通過研究當(dāng)前電動(dòng)車所適用的驅(qū)動(dòng)模式，并討論出當(dāng)前電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)車 驅(qū)動(dòng)模式 發(fā)展趨勢(shì)

The Driving Mode and Development Trend of Electric Vehicles

Hu Kai Huang Dongfang Wang Bianbian

Abstract：Nowadays， most electric vehicles on the market are suitable for single-motor centralized drive mode， but research by related scholars and technicians shows that the in-wheel motor drive mode can effectively reduce the transmission between the drive motor and the drive wheel distance， and all drive motors in this mode can independently control their own speed. The flexibility demonstrated is better than other drive modes， and the controllability is relatively strong. This paper studies the current driving modes applicable to electric vehicles and discusses the current development trend of electric vehicle driving.

Key words：electric vehicle， drive mode， development trend

1 前言

電動(dòng)車相對(duì)比傳統(tǒng)的汽車，其優(yōu)勢(shì)非常明顯，包括：能量轉(zhuǎn)換效率較高、車身噪音小、更加環(huán)保、離合器可以省去、結(jié)構(gòu)比較簡單、保養(yǎng)更加便捷等。在現(xiàn)如今都在追求環(huán)保，深入探究新能源的背景下，各大汽車生產(chǎn)商都在紛紛出巨資打造自主品牌的電動(dòng)車，這對(duì)于電動(dòng)車的發(fā)展提供了前所未有的機(jī)會(huì)。電動(dòng)車正在成為今后汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向，而驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為電動(dòng)車中重要的組成部分，所產(chǎn)生的性能直接影響著電動(dòng)車的內(nèi)在動(dòng)力，而汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)與一般的工業(yè)電機(jī)有著明顯的區(qū)別，特別是一般轎車所使用的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)被汽車自身尺寸的影響較大，而且還要同時(shí)滿足汽車復(fù)雜的結(jié)構(gòu)情況持續(xù)運(yùn)行。基于此，電動(dòng)車不但要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)具有較高水平的效率和質(zhì)量，還要有更具性價(jià)比的成本、尺寸和功率也要匹配，還要極大地滿足汽車上路過程中的不斷起動(dòng)，頻繁加減速的需求，這就需要找到適合電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)模式。

2 電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)模式

2.1 單電機(jī)集中式驅(qū)動(dòng)模式

單電機(jī)集中式驅(qū)動(dòng)模式非常類似于傳統(tǒng)汽車的驅(qū)動(dòng)模式，其中唯一的改變就是將電動(dòng)機(jī)替代了燃油車的內(nèi)燃機(jī)，電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的動(dòng)力通過電動(dòng)車中的多種部件一步步地傳遞到驅(qū)動(dòng)輪上，從而才能起到驅(qū)動(dòng)汽車持續(xù)行駛的能力。單電機(jī)集中式驅(qū)動(dòng)模式更多的是在傳統(tǒng)汽車驅(qū)動(dòng)上進(jìn)行了較小的修改，制造技術(shù)成熟度較高一些，改動(dòng)程度相對(duì)較少，因此設(shè)計(jì)成本也更少一些。但是其缺點(diǎn)也相當(dāng)明顯，由于單電機(jī)集中式驅(qū)動(dòng)模式所適用的汽車底盤結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，很多零部件的堆積導(dǎo)致電動(dòng)車空間非常狹小，傳動(dòng)效率持續(xù)下降。當(dāng)前很多國產(chǎn)的電動(dòng)車都在適用于單電機(jī)集中式驅(qū)動(dòng)模式，包括：北汽、比亞迪、江淮等品牌，而且單電機(jī)集中驅(qū)動(dòng)模式也是電動(dòng)汽車當(dāng)前適用的主要驅(qū)動(dòng)模式。

2.2 多電機(jī)分布式驅(qū)動(dòng)模式

多電機(jī)分布式驅(qū)動(dòng)是將較多的電機(jī)內(nèi)置在車輪或者輪轂中，這樣每一個(gè)電機(jī)所產(chǎn)生的動(dòng)力都可以一一傳遞給驅(qū)動(dòng)車輪，有效地減少傳動(dòng)距離。多電機(jī)分布式驅(qū)動(dòng)可以根據(jù)電機(jī)的位置和傳動(dòng)方式分成以下兩種模式：即輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式和輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式。

2.2.1 輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)

輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式通常是把驅(qū)動(dòng)電機(jī)安置在副車架驅(qū)動(dòng)輪附近，驅(qū)動(dòng)電機(jī)利用減速器所產(chǎn)生的減速效果利用半軸來驅(qū)動(dòng)所適配的車輪。輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式能夠獨(dú)立控制并調(diào)節(jié)所有電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，并且利用電子差速器達(dá)到左右半軸對(duì)差速進(jìn)行有效控制的效果。

2.2.2 輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)

輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式是把兩個(gè)、四個(gè)或者更多電機(jī)全部裝在輪轂中，對(duì)電動(dòng)車的車輪直接進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的模式取消了多個(gè)傳統(tǒng)汽車的部件，包括離合器、變速器以及差速器等，極大地簡化了汽車底盤所蘊(yùn)藏的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，對(duì)于傳動(dòng)效率有著巨大的提升，整車質(zhì)量也得到了保證，車身布置也顯得更加合理，真正實(shí)現(xiàn)了汽車底盤的全面自動(dòng)化控制系統(tǒng)，讓電動(dòng)車的操控性能得到更好的展現(xiàn)，靈活度也相對(duì)更高。

輪轂電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式基于減速機(jī)構(gòu)的存在分為兩種驅(qū)動(dòng)模式，即：直接驅(qū)動(dòng)模式和減速驅(qū)動(dòng)模式，具體如下：

（1）直接驅(qū)動(dòng)模式

直接驅(qū)動(dòng)模式所是利用電機(jī)外輪子與輪轂機(jī)械進(jìn)行有效地連接，從而使得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與車輪的轉(zhuǎn)速相匹配，除去減速機(jī)構(gòu)讓驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)顯得更加緊湊，也因此提高了傳動(dòng)效率。其中，車輪轉(zhuǎn)速和車速的控制更多地來自于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速控制能力，因?yàn)檫@種模式下不會(huì)利用減速結(jié)構(gòu)運(yùn)行減速增扭，一般情況下要將驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)作為低速大轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)使用。直接驅(qū)動(dòng)模式所采用的低速內(nèi)定子外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)顯得非常簡潔，完全不用匹配齒輪變速的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因此當(dāng)前的應(yīng)用顯得非常廣泛。但是其缺點(diǎn)也相對(duì)明顯，其體積和質(zhì)量相對(duì)較大、制作成本相對(duì)較高。直接驅(qū)動(dòng)模式在汽車進(jìn)行起步和爬坡等需要大負(fù)荷運(yùn)載的工作時(shí)需要較大的電流，對(duì)于電池的損耗非常顯著，因此，為了能夠保障起步轉(zhuǎn)矩滿足更高的動(dòng)力，對(duì)于電動(dòng)機(jī)有著非常高的要求，通常情況下會(huì)使用低速內(nèi)定子外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)。

（2）減速驅(qū)動(dòng)模式

減速驅(qū)動(dòng)模式是將減速裝置裝在了電動(dòng)機(jī)和車輪之間的位置，起到了減速增矩的重要作用，其中減速裝置通常使用具有高減速比功能的行星齒輪機(jī)構(gòu)。電動(dòng)機(jī)一般會(huì)使用高速內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)，并將其裝在車輪內(nèi)部，輪轂電動(dòng)機(jī)就會(huì)因此形成，其轉(zhuǎn)子起到一個(gè)輸出軸的作用，與具有固定減速比的行星齒輪變速器的太陽輪緊密地聯(lián)系在一起，車輪輪轂一般也會(huì)與其齒圈所聯(lián)系，為車輪提供的減速比也會(huì)相對(duì)較大，輸出轉(zhuǎn)矩也會(huì)因此得以擴(kuò)大，這讓電機(jī)輸出動(dòng)機(jī)得到減速增矩效果之后驅(qū)動(dòng)輪轂讓汽車能夠更加穩(wěn)定地行駛，持續(xù)減少驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)傳遞到驅(qū)動(dòng)輪所產(chǎn)生的距離。高速內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)自身的體積和質(zhì)量都相對(duì)較小，但是高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的功率要高很多，并且減速增矩之后提高了汽車的爬坡性能，讓汽車在低速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生更加穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩性能，但是其也具有一定的缺陷，整個(gè)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，非簧載的質(zhì)量有所加重，因此不利于電動(dòng)車在操縱時(shí)所具備的穩(wěn)定性效果。

3 電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)模式的發(fā)展趨勢(shì)

首先，采用輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式能夠極大地減少驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)到驅(qū)動(dòng)車輪過程中的路徑，不但可以簡約空間，而且有助于優(yōu)化電動(dòng)車的整體布局，對(duì)于車輪動(dòng)態(tài)響應(yīng)控制性能的提升也有著極大的幫助作用。通過輪轂電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的模式適用在每一臺(tái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)中都可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的獨(dú)立調(diào)節(jié)功能，車輪電子差速控制也會(huì)得以實(shí)現(xiàn)，這樣可以減去機(jī)械差速器的成本，還可以增強(qiáng)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)高質(zhì)量的可操控性。利用輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的模式可以使得減速驅(qū)動(dòng)的電機(jī)能夠在較高地轉(zhuǎn)速下正常運(yùn)轉(zhuǎn)，功率和效率都相對(duì)較高，并且體積較小，質(zhì)量相對(duì)較輕，利用減速結(jié)構(gòu)進(jìn)行增矩過后，通過加大轉(zhuǎn)矩地輸出，提高了車體的爬坡性，讓汽車增加低速運(yùn)行中的穩(wěn)定性。

其次，利用輪轂電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的模式電動(dòng)車的零部件潤滑程度較差，齒輪會(huì)以平時(shí)幾倍的速度出現(xiàn)磨損情況，壽命就會(huì)因此縮短很多。輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式的作用下電動(dòng)車的零部件散熱性能較差，因此會(huì)出現(xiàn)較大的噪音。在需要起步、爬坡或者遇到強(qiáng)風(fēng)時(shí)電機(jī)就需要大電流的支持，電池的損壞率就會(huì)提高，而電流過載后效率就會(huì)不斷下降。

第三，現(xiàn)如今我國相繼成立了多個(gè)新能源汽車公司，對(duì)于輪邊電機(jī)都進(jìn)行了不同程度的研發(fā)，但是輪轂電機(jī)相對(duì)比輪邊電機(jī)的研發(fā)難度更高。因?yàn)榘惭b了輪轂電機(jī)的電動(dòng)車比安裝輪邊電機(jī)的電動(dòng)車更加靈活和自如。因此不論是燃料電動(dòng)汽車、純電動(dòng)汽車還是增城電動(dòng)汽車，輪轂電機(jī)都是一個(gè)最佳的驅(qū)動(dòng)模式選擇，甚至是混動(dòng)車型使用輪轂電機(jī)也會(huì)提升整車的性能。

綜上所述，輪轂電動(dòng)機(jī)分散驅(qū)動(dòng)模式理應(yīng)是未來電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)模式的主要發(fā)展趨勢(shì)。

4 結(jié)論

通過本文介紹的各種不同的電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)模式可以發(fā)現(xiàn)，輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式所適用的車型相對(duì)緊湊，但是其車身空間有著較高的利用率，并且操控性和穩(wěn)定性全面領(lǐng)先于其他驅(qū)動(dòng)模式，同時(shí)在安全性和成本控制方面也是行業(yè)領(lǐng)先水平，這也代表著當(dāng)前電動(dòng)車電機(jī)有著小型化、高效率、高可靠性的發(fā)展趨勢(shì)。雖然當(dāng)前輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式仍然有著很多缺陷，技術(shù)水平相對(duì)不足，但是依然是未來電動(dòng)汽車選擇驅(qū)動(dòng)模式的主要選擇。

參考文獻(xiàn)：

[1]廖自力，蔡立春，張新喜.輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車穩(wěn)定性橫擺力矩控制研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2020，37（08）：73-76+86.

[2]張關(guān)兵.電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].時(shí)代汽車，2019（15）：107-108.

[3]鄭玲玲.考慮電機(jī)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的雙驅(qū)純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)控制策略[D].重慶大學(xué)，2019.

[4]牛韡杰. 純電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)匹配[D].吉林大學(xué)，2019.

[5]賈榮叢.純電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)與制動(dòng)的能量回收控制[J].電子世界，2017（23）：189-190.