一文詳解特斯拉Model S底盤電機(jī)

目前，在電動(dòng)汽車的電機(jī)方面，交流感應(yīng)電機(jī)與永磁同步電機(jī)是采用較多的兩種。與永磁電機(jī)相比，感應(yīng)電機(jī)的成本略低；但同時(shí)，它的性能與效率也相對較差。其中，永磁同步電機(jī)需要用到稀土資源，目前全球市場絕大部分的稀土資源是由中國提供的。所以基于資源的控制，以及制造成本的考慮，歐美市場的大部分純電動(dòng)車或混動(dòng)車型，采用的都是感應(yīng)電機(jī)。

與這臺感應(yīng)電機(jī)搭配的，是一個(gè)電流逆變器。它將電池組的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，輸入到感應(yīng)電機(jī)中；而感應(yīng)電機(jī)的動(dòng)力則通過一個(gè)9.73：1的固定齒比變速箱，將動(dòng)力創(chuàng)送至輪端。此外，與上述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)搭配的，還有一個(gè)差速器--這是任何一輛車都必備的零件。電池、電機(jī)、逆變器，以及固定齒比的變速箱，構(gòu)成了特斯拉Model S的動(dòng)力總成。

我們知道，Model S是一款后置后驅(qū)的車型，它的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)位于車輛后橋，這讓其前輪僅負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)向。所以，對于一款標(biāo)榜運(yùn)動(dòng)性的豪華D級車來說，還差那么一點(diǎn)--就是四驅(qū)系統(tǒng)。說起四驅(qū)系統(tǒng)，大家都會(huì)聯(lián)想到quattro、X-Drive、4Matic這些四驅(qū)品牌，還會(huì)想到分動(dòng)箱、差速器、差速鎖，以及什么粘性聯(lián)軸節(jié)之類的技術(shù)名詞。

可以說，四驅(qū)系統(tǒng)不亞于發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱，是各大汽車品牌的另外一個(gè)競技場。然而電動(dòng)化的進(jìn)程卻改變了一些事情--四驅(qū)結(jié)構(gòu)似乎不必像現(xiàn)在這么復(fù)雜。無論是插電式混合動(dòng)力車型，還是純電動(dòng)車型，四驅(qū)結(jié)構(gòu)都變得相對簡單。這是因?yàn)?，電?dòng)單元的加入，讓車輛可以同時(shí)擁有兩個(gè)動(dòng)力來源。而這兩個(gè)來源，可以分別被安置在車輛的前后橋，來驅(qū)動(dòng)前后輪。

比如某些插電式混動(dòng)車型，選擇在后橋加裝一臺電動(dòng)機(jī)來構(gòu)成四驅(qū)結(jié)構(gòu)。而對于特斯拉來說，擺脫了燃油發(fā)動(dòng)機(jī)、傳統(tǒng)變速箱的束縛，實(shí)現(xiàn)四驅(qū)模式變得更加簡單。所以，在2014年10月，配合駕駛輔助系統(tǒng)，特斯拉推出了全時(shí)四驅(qū)版的Model S。要知道，對于Model S這樣的純電動(dòng)汽車，雙電機(jī)四驅(qū)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，可不僅僅是實(shí)現(xiàn)四驅(qū)那么簡單。

人們聽到Model S上又加了一個(gè)電機(jī)，第一反應(yīng)是電池的續(xù)航水平會(huì)不會(huì)下降？答案其實(shí)是相反的。與傳統(tǒng)汽車裝配四驅(qū)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致油耗升高不同，電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)四驅(qū)后，續(xù)航反而會(huì)提升。根據(jù)特斯拉官方的數(shù)據(jù)，全時(shí)四驅(qū)版的Model S 85D，能夠比兩驅(qū)版本多出5英里的續(xù)航。

原因是，大功率感應(yīng)電機(jī)，雖然在起步時(shí)就能爆發(fā)最大扭矩，但當(dāng)達(dá)到較高轉(zhuǎn)速時(shí)，扭矩就會(huì)大幅降低。這就是為什么Model S與超級跑車對飆時(shí)，前半段遙遙領(lǐng)先，后半段逐漸被趕超的原因。相反，燃油發(fā)動(dòng)機(jī)一般在高轉(zhuǎn)速下爆發(fā)出最大扭矩。這個(gè)時(shí)候，高轉(zhuǎn)速下的電機(jī)不但扭矩下降，而且功率、效率降低。

但如果采用主電機(jī)+輔助電機(jī)的組合，效果就會(huì)有所好轉(zhuǎn)。其中輔助電機(jī)被設(shè)計(jì)為擁有較為平緩的扭矩曲線，雖然峰值很低，但不會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)速的增加而出現(xiàn)劇烈的變化。這樣，在主電機(jī)達(dá)到高轉(zhuǎn)速出現(xiàn)扭矩下降時(shí)，輔助電機(jī)就可以補(bǔ)充一部分扭矩，使車輛后半段的加速也保持有力的狀態(tài)。

說完這些，我們還是沒有解答為何續(xù)航會(huì)增加的疑問。不要急。前面說到，輔助電機(jī)的介入，讓四驅(qū)結(jié)構(gòu)整體的扭矩增加了。但同時(shí)，輸出功率也增加了。這臺輔助電機(jī)的設(shè)計(jì)初衷，不僅要擁有平緩的扭矩曲線，還要擁有一個(gè)在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，緩慢上揚(yáng)的功率曲線，要達(dá)到在主電機(jī)的功率出現(xiàn)下降時(shí)，輔助電機(jī)的功率依然在隨著轉(zhuǎn)速增加。

這樣一來，雙電機(jī)組合下的功率曲線，相比主電機(jī)的曲線，就能夠做到在更高的轉(zhuǎn)速下才有所下滑。如果采取單個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，那么這個(gè)電機(jī)一定是一個(gè)大功率電機(jī)，它的功率比上述的主電機(jī)、輔助電機(jī)分別都要大很多，最大輸出功率相當(dāng)與后兩者之和。這時(shí)，與雙電機(jī)組合曲線相比，單個(gè)大功率電機(jī)在某個(gè)高轉(zhuǎn)速點(diǎn)就會(huì)出現(xiàn)功率下降，而雙電機(jī)組合曲線則可以“堅(jiān)挺”到更高的轉(zhuǎn)速。

那么用一句話概括，就是兩個(gè)電機(jī)配合，可以優(yōu)化功率輸出，相互配合提高能量的利用效率。其實(shí)，要想優(yōu)化電機(jī)的輸出功率，有一個(gè)辦法可以解決，就是為電動(dòng)車裝上擁有多個(gè)檔位的變速箱。不過，這樣一來電動(dòng)汽車動(dòng)力總成的結(jié)構(gòu)就會(huì)變得更加復(fù)雜，同時(shí)動(dòng)力輸出到輪端的流暢度、駕駛感受也會(huì)大打折扣。雙電機(jī)結(jié)構(gòu)不僅優(yōu)化了電機(jī)效率，還實(shí)現(xiàn)了四驅(qū)，是最完美的方案。