資料介紹
輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)
結(jié)構(gòu)
減速驅(qū)動(dòng):高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)+行星齒輪減速器
直接驅(qū)動(dòng):低速外轉(zhuǎn)子電機(jī)
電機(jī)安裝在車(chē)輪輪轂中,動(dòng)力直接傳遞給車(chē)輪。
定子:升級(jí)為車(chē)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(chē)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(chē)輪,允許其自由旋轉(zhuǎn)。
功能與實(shí)現(xiàn)方式
·承載
依靠輪軸軸承實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子與定子的定心,車(chē)輛的輪輞穿過(guò)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(dòng)
外轉(zhuǎn)子與輪輞直接相連,達(dá)到直接驅(qū)動(dòng)的目的
·電子差速控制
前輪轉(zhuǎn)向,由普通轉(zhuǎn)向機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)角決定,后輪轉(zhuǎn)差由車(chē)輛轉(zhuǎn)彎半徑和輪距軸距決定。由前輪轉(zhuǎn)向機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度計(jì)算后輪轉(zhuǎn)差。轉(zhuǎn)向機(jī)也可以是電子轉(zhuǎn)向。后輪即使不能?chē)?yán)格差速,內(nèi)輪也應(yīng)該由“主動(dòng)”變?yōu)椤皬膭?dòng)”,由斷開(kāi)電機(jī)或在回路中串聯(lián)補(bǔ)償電阻實(shí)現(xiàn)。
車(chē)輛直線行駛時(shí),驅(qū)動(dòng)輪線速度相等,輪速傳感器測(cè)量速度并將信號(hào)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(jī)控制器使左右車(chē)輪轉(zhuǎn)速一致;轉(zhuǎn)彎行駛時(shí),保證驅(qū)動(dòng)車(chē)輪相對(duì)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(pán)實(shí)際轉(zhuǎn)角、車(chē)輪轉(zhuǎn)速和路面狀況進(jìn)行計(jì)算,將兩輪所需的轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入電機(jī)控制器。
·制動(dòng)能量回收(智能化能量管理系統(tǒng))
電動(dòng)汽車(chē)在制動(dòng)過(guò)程中,整車(chē)動(dòng)能通過(guò)車(chē)輪傳遞到電機(jī),從而帶動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。此時(shí),電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài),向儲(chǔ)能裝置(蓄電池或超級(jí)電容)充電,將制動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在儲(chǔ)能裝置中,實(shí)現(xiàn)能量的再生利用。同時(shí),電機(jī)產(chǎn)生的阻力矩作用于車(chē)輪,產(chǎn)生制動(dòng)力矩,起到減速制動(dòng)的作用。
·制動(dòng)系統(tǒng)集成
制動(dòng)系統(tǒng)包括電制動(dòng)和摩擦制動(dòng)。摩擦制動(dòng)集成一般為盤(pán)式制動(dòng)器。
·電機(jī)的冷卻
風(fēng)冷,應(yīng)用有利于氣體循環(huán)流動(dòng)的結(jié)構(gòu)來(lái)冷卻輪轂電機(jī),如內(nèi)置冷卻風(fēng)扇;水冷,設(shè)置專(zhuān)門(mén)的冷卻液道,通過(guò)與液體的熱交換來(lái)冷卻輪轂電機(jī)
不足(與當(dāng)代車(chē)型相比)
起步、頂風(fēng)或爬坡時(shí)承載大扭矩,需要較大的電流,易損壞電池和永磁體;
電機(jī)效率峰值區(qū)域很小,負(fù)載電流超過(guò)一定值后效率急劇下降;
輪轂電機(jī)必須成對(duì)使用,且各車(chē)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(dòng)慣量均增加,影響操控性;
電制動(dòng)性能有限,維持制動(dòng)需要消耗較多的電能。并且,目前機(jī)械制動(dòng)集成技術(shù)不成熟,環(huán)形制動(dòng)盤(pán)制動(dòng)力臂大,摩擦片制動(dòng)面積小,易變形、抖動(dòng)大、發(fā)熱量大;
涉水能力不強(qiáng),密封要求較高,且須單獨(dú)考慮散熱問(wèn)題;
在不平路面激勵(lì)下的輪胎跳動(dòng)、載荷不均、安裝誤差將引起電機(jī)氣隙不均勻,惡化振動(dòng)激勵(lì),有損平順性和接地安全性。
車(chē)輪內(nèi)部空間有限,電機(jī)功率密度要求高,集成度高,優(yōu)化設(shè)計(jì)難度大;
附:
輪轂電機(jī)減少非簧載質(zhì)量的方法通常有:改變電機(jī)形式,將其變?yōu)榛奢d質(zhì)量;利用電機(jī)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(dòng)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(jī)驅(qū)動(dòng)
結(jié)構(gòu)
每個(gè)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪有單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),但電機(jī)不集成于車(chē)輪內(nèi),其動(dòng)力由輪邊減速器間接傳遞給車(chē)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(dòng)有三種:
K-H-V擺線針行星齒輪傳動(dòng),傳動(dòng)比大,效率較高。傳動(dòng)過(guò)程中多吃樹(shù)參與嚙合,承載能力大,傳動(dòng)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(dòng),結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單,占用空間小,傳動(dòng)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(jí)傳動(dòng)比一般取3~9;
NW型行星齒輪傳動(dòng)。兼具NGW傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn),如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占用空間小、傳動(dòng)比范圍大、質(zhì)量輕便等,同時(shí)比NGW更加緊湊,但是安裝復(fù)雜,成本高。
功能與實(shí)現(xiàn)方式
·電子差速控制
前輪轉(zhuǎn)向,由普通轉(zhuǎn)向機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)角決定,后輪轉(zhuǎn)差由車(chē)輛轉(zhuǎn)彎半徑和輪距軸距決定。由前輪轉(zhuǎn)向機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度計(jì)算后輪轉(zhuǎn)差。轉(zhuǎn)向機(jī)也可以是電子轉(zhuǎn)向。后輪即使不能?chē)?yán)格差速,內(nèi)輪也應(yīng)該由“主動(dòng)”變?yōu)椤皬膭?dòng)”,由斷開(kāi)電機(jī)或在回路中串聯(lián)補(bǔ)償電阻實(shí)現(xiàn)。
車(chē)輛直線行駛時(shí),驅(qū)動(dòng)輪線速度相等,輪速傳感器測(cè)量速度并將信號(hào)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(jī)控制器使左右車(chē)輪轉(zhuǎn)速一致;轉(zhuǎn)彎行駛時(shí),保證驅(qū)動(dòng)車(chē)輪相對(duì)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(pán)實(shí)際轉(zhuǎn)角、車(chē)輪轉(zhuǎn)速和路面狀況進(jìn)行計(jì)算,將兩輪所需的轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入電機(jī)控制器。
·驅(qū)動(dòng)防滑控制
通過(guò)控制施加到車(chē)輪上的驅(qū)動(dòng)與制動(dòng)轉(zhuǎn)矩,是汽車(chē)在加速與減速時(shí)的輪速保持在適當(dāng)范圍內(nèi),從而將車(chē)輪的滑移率控制在10%——30%以內(nèi),使整車(chē)在具有較好動(dòng)力性地同時(shí)具有較大的地面附著系數(shù),提高整車(chē)的運(yùn)動(dòng)性能。
不足
為滿足各輪運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào),對(duì)多個(gè)電動(dòng)機(jī)的同步協(xié)調(diào)控制要求高;
電動(dòng)機(jī)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(dòng)控制等多方面的技術(shù)難題;
電機(jī)安裝于車(chē)身,對(duì)整車(chē)總布置影響較大;
車(chē)身和車(chē)輪之間存在很大的變形運(yùn)動(dòng),對(duì)傳動(dòng)軸的萬(wàn)向傳動(dòng)具有一定的限制;
電機(jī)在實(shí)際工作中,勵(lì)磁磁場(chǎng)在空間的分布不完全為正弦,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的波形會(huì)發(fā)生畸變,因此存在諧波轉(zhuǎn)矩,產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng);
電機(jī)距地面較近,需單獨(dú)考慮密封、潤(rùn)滑、冷卻和可靠性的問(wèn)題。
輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)與輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)的區(qū)別
(經(jīng)濟(jì)性結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 成本 安全)
結(jié)構(gòu)上,輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)和輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)與傳統(tǒng)燃油汽車(chē)驅(qū)動(dòng)方式相比均有差異,懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)都要改型。輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(kuò)大車(chē)內(nèi)空間,車(chē)內(nèi)布局也比較靈活。
成本上,輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用外轉(zhuǎn)子電機(jī),驅(qū)動(dòng)單元、電機(jī)控制模塊、制動(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)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(jì)上,輪轂電機(jī)的冷卻及密封要求更為嚴(yán)格,輪邊電機(jī)的潤(rùn)滑要求更為嚴(yán)格。輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)高度集成,而輪邊電機(jī)與車(chē)輪相對(duì)獨(dú)立,體積約束小,功率選擇范圍大,增加了整車(chē)的輸出性能,輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)難度偏高。
通過(guò)對(duì)懸架的良好設(shè)計(jì),可將電機(jī)引起的簧下質(zhì)量傳遞給車(chē)身,懸架系統(tǒng)隔振性能好,增加車(chē)輪運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性;
輪邊電機(jī)車(chē)輪輪胎的更換與對(duì)電機(jī)的維修相對(duì)方便;
對(duì)低轉(zhuǎn)速電機(jī)而言,沒(méi)有減速裝置,對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性要求較高,而輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)一般為高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī),對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性要求相對(duì)較低;
輪邊電機(jī)與車(chē)輪之間具有相對(duì)獨(dú)立性,與輪轂電機(jī)相比,其功率選擇范圍更大,降低了非簧載質(zhì)量,提高了車(chē)輛的行駛穩(wěn)定性。從安裝調(diào)試方面考慮,輪邊電機(jī)比集成度高的輪轂電機(jī)更方便。
來(lái)源:前瞻EV
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