依托于傳統(tǒng)內(nèi)燃汽車,采用驅(qū)動(dòng)電機(jī)替代原有的內(nèi)燃機(jī),可形成最為簡(jiǎn)單的電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。如圖1所示,電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、離合器、齒輪箱和差速器組成,這是純電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)布置的常規(guī)形式。在此種形式中,傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)被一組動(dòng)力電池和一臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)所代替,離合器、變速器和差速器的布置形式與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車輛的布置形式一致。其中的離合器和變速器也可以被自動(dòng)變速器所代替,差速器的功能是通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)使車輛曲線行駛時(shí)兩側(cè)車輪能夠在不同速度下行駛。
由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)能夠在較長(zhǎng)的速度范圍內(nèi)提供相對(duì)恒定的功率,因此多級(jí)變速器可以被一個(gè)固定速比減速器所代替,并且離合器也可以省去,即無(wú)變速器,其傳動(dòng)形式如圖2所示。這種傳動(dòng)系統(tǒng)一方面可以節(jié)省機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的重量和體積,另一方面可以減少由于換檔所帶來(lái)的控制難度。
圖1 純電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)布置和裝置結(jié)構(gòu)圖
1-電機(jī) 2-螺栓 3-套筒 4-飛輪殼 5-飛輪 6-軸承 7-壓盤
8-離合器殼9-螺栓 10-軸承 11-輸入軸 12-分離叉 13-分離套筒
14-離合器蓋 15-分離杠桿 16-從動(dòng)盤
C-離合器 D-差速器 GB-變速器 M-驅(qū)動(dòng)電機(jī)
第三種傳動(dòng)形式與第二種傳動(dòng)形式類似,但是驅(qū)動(dòng)電機(jī)、固定速比減速器和差速器被進(jìn)一步整合為一體,布置在驅(qū)動(dòng)軸上,如圖3所示,整個(gè)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)被大大簡(jiǎn)化和集成化。從再生制動(dòng)的角度出發(fā),這種傳動(dòng)形式可以很容易地實(shí)現(xiàn)電能從車輪到電機(jī)的回收(驅(qū)動(dòng)輪以外的動(dòng)能通過(guò)制動(dòng)轉(zhuǎn)化為熱能),所以有利于全輪驅(qū)動(dòng)。因?yàn)闆]有傳動(dòng)裝置,所以運(yùn)轉(zhuǎn)更加容易,但是這樣的布置形式要求有低速大轉(zhuǎn)矩、速度變化范圍大的電機(jī),同時(shí)增加了電機(jī)和逆變器的容量。
如圖4所示,在第三種傳動(dòng)形式的基礎(chǔ)上,差速器被兩個(gè)獨(dú)立的牽引電機(jī)所代替。每個(gè)牽引電機(jī)單獨(dú)完成一側(cè)車輪的驅(qū)動(dòng)任務(wù),即無(wú)機(jī)械差速器的傳動(dòng)形式。在車輛進(jìn)行曲線行駛時(shí),兩側(cè)的電機(jī)就會(huì)分別工作在不同的速度下。圖5顯示的為雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式下的底盤結(jié)構(gòu)。前軸兩個(gè)半橋上分別用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一側(cè)車輪的行駛,但是控制難度較大。圖5所示為ZF研發(fā)的雙驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu),驅(qū)動(dòng)電機(jī)置于兩側(cè),分別控制、驅(qū)動(dòng)兩側(cè)車輪。這種驅(qū)動(dòng)橋間沒有大型的差速器橋包,因此可以降低質(zhì)心。
為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),牽引電機(jī)與車輪之間取消了傳統(tǒng)的傳動(dòng)軸,由驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輪前進(jìn),如圖6-a所示。同時(shí)一個(gè)單排的行星齒輪用來(lái)減小轉(zhuǎn)速和增強(qiáng)轉(zhuǎn)矩,以滿足不同工況的功率要求。單排行星齒輪可以提供良好的減速比和線性的輸入輸出特性。
圖2 固定速比減速器系統(tǒng)和應(yīng)用實(shí)例
圖3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)與傳動(dòng)同向布置形式
圖4 雙驅(qū)動(dòng)電機(jī)-固定速比變速器
圖5 雙驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)橋
在完全舍棄驅(qū)動(dòng)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)輪之間的機(jī)械傳動(dòng)裝置之后,輪轂電機(jī)的外轉(zhuǎn)子直接接在驅(qū)動(dòng)輪上,驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制與車輪轉(zhuǎn)速控制融為一體,構(gòu)成了所謂的雙輪轂電機(jī),使車速控制變得簡(jiǎn)單。然而,這種分布方式需要驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供更高的轉(zhuǎn)矩來(lái)起動(dòng)和加速車輛,如圖6-b所示。圖7展示了輪轂驅(qū)動(dòng)電機(jī)的安裝位置。
FG-固定速比變速器 M-驅(qū)動(dòng)電機(jī)
圖6 輪邊或輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)形式
圖7 輪轂驅(qū)動(dòng)電機(jī)的安裝位置
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