解析纯电驱动技术路线

发布日期:2017-06-13 22:38,查看次数:42

中国发展新能源汽车技术路线是什么?一直争论不停。最后在国家高层领导直接参与下,明确了“纯电驱动”为中国新能源汽车的技术路线,将混合动力的技术路线被划到节能汽车的范畴里了。接下来,开始要讨论的是集中驱动?还是分布驱动?讨论必须是发散思维,这是一个必经的过程。但是最后还是要收敛的。笔者观点是,当下以集中驱动为主,未来才是分布驱动。下面讨论如下,供参考。

一、什么是纯电动驱动?

驱动汽车前行的力一定是机械力,目前驱动汽车的机械力源于发动机输出的机械力和电动机输出的机械力两种。其他形式的机械力(飞轮、液压等)来驱动汽车前行,估计没有成为商品可能性。

“纯”字的基本含义是,驱动汽车的机械力,就是单一来源于电机输出的机械力;另一层意思是,即使车上有内燃机在做功,也不当发动机用了。

现代汽车已经发展140多年,一辆汽车只配一台发动机。而今天发走纯电动驱动的汽车,驱动电机可以配多少个?一个是必须的,最多是每一个轮子配一个驱动电机。

二、纯电动方式基本分类

发动机按布置位置的不同,可以分为前置、中置、后置三大分类。再可以细分前置前驱、前置后驱、中置后驱、后置后驱等。如果是一个驱动电机,也可以分为前置、中置、后置等。目前电机驱动模式又进一步衍生出多个电机驱动模式,于是出现集中驱动模式与分布驱动模式的分法。

1)集中驱动再细分为单电机与双电机方案两大类

a)单电机驱动的三种模式

 

纯电驱动路线当下以集中驱动为主,未来才是分布驱动

 

图1 单电机驱动的三种模式

b)双电机驱动的四种模式

 

纯电驱动路线当下以集中驱动为主,未来才是分布驱动

 

图2 双电机驱动的四种模式

2)分布驱动主要分为轮边电机与轮毂电机三种

a)后轮两个轮边电机;

b)后轮两个轮毂电机

c)全轮的轮毂电机.。

三、直驱大型公交车受到推崇的基本原因分析

国标规定大型公交车最高速度为≦79公里/小时,一线城市用机器时刻提醒司机行车速度不要超过≦50公里/小时,公交公司目前实际运营平均速度在30公里上下,城市大型公交车不准上城市高架路。

直驱方案的基本含义是,不配变速箱。变速箱的基本功能,在变速箱输入端接受电机的输入功率,而在变速箱输出端进行扭力和转速之间变化比的切换。

大型公交车最高速度为≦79公里/小时已经较低了,但对扭力要求偏高。这个工况必然要求是大扭力和低转速电动机,显然采用多档位的变速箱,显得有些富裕。加上目前国产3档以下的变速箱,技术性成熟度离公交公司的要求,还有一个距离。

笔者观点是,大型公交车当时下用直驱方案也是不得已的临时措施。但是经过长时间实践证明,采用直驱方案不是最理想的,但还是符合我国公交车实际工况的,后续要改进基本思路是,

a)在大扭力电机的基础上,改善高速的效率;

b)在大扭力电机的基础上,再配性能稳定的AMT;

c)电机布置在中间位置偏后,如果AMT性能不稳定,暂时不配为宜。

四、当下通勤纯电动客车配AMT为宜

AMT中文的意思自动离合变速箱,通俗地理解,在手动变速箱的基础上,加了一套计算机控制的系统,就能实现自动换挡。实际产品有工艺性要求,如果直接在传统的手动变速箱上,加载一套计算机控制的系统,实现自动换挡,其效果并不理想。

开发一套适宜纯电动大型客车的配套的AMT的难点,不在计算机控制系统,而在执行部件及与手动变速箱的机械接口上。

一直没有出现过,传统发动机不配变速箱的汽车。中国汽车要在传统汽车上超过国外品牌汽车,大家讨论较多是发动机技术前沿技术在国外。行业内的人都知道的,变速箱的沿技术也在国外。中国发展纯电动汽车,公交车已经出现直驱方案的电动公交车。如果直驱方案能再优化,直驱方案出现在其他类别的电动汽车也是有可能的。

当下通勤纯电动客车配AMT的基本理由是:

a)有了AMT,动力性能较好、电耗较低,尤其在高速运行时,电耗低更为明显;

b)有了AMT,系统重量也更低,最高可减重40%;

c)对电机和电机控制器要求,可以降低较多;

d)AMT在换挡可能存在动力中断问题,但是通勤纯电动客车换挡不频繁。

苏州绿控、南京越博在AMT研发上、市场部开拓上做了大量的工作,綦江齿轮在AMT要的3-4档的变速箱上,投入了大量的人力、财力研究和开发新产品,取得的进步,应该说还是可圈、可点。

归纳一句话,当下通勤纯电动客车配AMT在电耗、动力性、成本等方面有一定的优势,但是前提是AMT性能必须稳定。

五、无传统轴的直驱方案的优缺点分析

前面提到的直驱方案,还是有传动轴的。目前在专用物流车已经出现无传统轴的直驱方案,即电机横置集中在驱动桥上,取消了传动轴和传统的锥齿轮或螺旋伞齿轮的主减速器。其意图是,提高传动效率、动力性较强,效降低电耗、也减轻了质量。目前的困难是非簧载质量较重,导致车辆的舒适性变差。笔者的观点,这个方案如果要用客车上,理由还不十分充分。

六、集中式双电机驱动方案的优缺点分析

对双电机驱动方案,笔者一直没有看懂其设计者的基本意图。是弥补单电机的不足,更好的节能?双电机驱动方案一个高速电机,另一个是低速电机。彼此之间一定是要组合地工作。但是必须要有两个电机控制器,整车控制器要协调两个电机控制器。这种方案对外行人而言,其是越来越复杂了,成本也是越来越高之嫌。北京精进电机在尝试这个方案,市场反应如何?有待验证。

七、轮边(轮毂)电机方案还是亮点,离热点距离较远

发动机汽车离不开离合器、变速箱,纯电动公交车采取直接驱动也是不得以而为之。无传统轴的直驱方案用于客车,如何克服非簧载质量较重困难,还看不到其可行性。

开发轮边(轮毂)电机方案的基本意图是什么?

a)是便于能量回收?有多少都能量可以回收;

b)是便于汽车横向移动?横向移动对客户有而言,有多少增值;

c)降低公交车客车的地板高度?目前公交车地板高度还可以降多少,对客户有多少增值。

(1)轮边驱动方案优缺点分析

假设轮边电机性能是稳定的,下面仅仅从汽车驱动技术上予以分析。轮边在车辆两侧分别配一个电机,单独驱动该车轮,它取消了主减速器和差速器,意图是电耗较少。目前的难题有2个:

a)高速转弯和路面颠簸上的差速控制,电子差速器的性能还不能与机械差速器的性能相比。这是一个严重的技术上的安全隐患问题。

b)非簧载质量较高,导致客车舒适度严重下降。这样的产品推上市,客户部会买吗?

(2)轮毂电机方案优缺点分析

假设轮毂电机性能是稳定的,下面仅仅从汽车驱动技术上予以分析。

轮毂电机是安装在轮毂里面的。省去了传动轴、减速器等,其效率可能更高,更节能。但是认真研究一下,轮边驱动方案的不足,轮毂电机方案都有。还有一个安全隐患,就是电机控制器集成到轮毂电机里,可靠性如何保障?

八、研究结论

当下以集中驱动为主,未来才是分布驱动。目前客车企业面对市场开发的纯电动客车产品,动力布置的基本技术路线是:单电机+AMT(变速箱(2-3档)+传动轴+传统桥。如果是产品研发(或者后者是零部件验证),就另当别论了。


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