《電子技術(shù)應(yīng)用》
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新能源電動(dòng)汽車(chē)四驅(qū)系統(tǒng)詳解_電動(dòng)汽車(chē)四驅(qū)特斯拉

2018-01-16

  在這個(gè)新能源汽車(chē)快速發(fā)展的時(shí)代,各種新名詞層出不窮,。比亞迪唐的“極速電四驅(qū)”,,雷克薩斯的“E-FOUR”、三菱的“雙電機(jī)4WD”,、特斯拉的“雙電機(jī)全輪驅(qū)動(dòng)”等等等等,。其實(shí)這些都是電動(dòng)四驅(qū)的別名,。四驅(qū)技術(shù)的核心性能,,就是增大汽車(chē)的抓地力,在任何路面都能游走自如,。而電動(dòng)四驅(qū),,在物理層面與傳統(tǒng)四驅(qū)不同,卻也能夠達(dá)到相同的效果,。今天本文的主角便是電動(dòng)四驅(qū)技術(shù),,同時(shí)小編還推薦了關(guān)于特斯拉的四驅(qū)電動(dòng)汽車(chē),一起來(lái)了解一下,。

  新能源電動(dòng)汽車(chē)四驅(qū)系統(tǒng)詳解

  一,、電動(dòng)四驅(qū)系統(tǒng)與傳統(tǒng)四驅(qū)系統(tǒng)的差異

  傳統(tǒng)四驅(qū)系統(tǒng)實(shí)際上就是普通燃油車(chē)通過(guò)分動(dòng)器、傳動(dòng)軸及差速器等主要的傳統(tǒng)部件實(shí)現(xiàn)四輪驅(qū)動(dòng),,發(fā)動(dòng)機(jī)是其唯一僅有的動(dòng)力來(lái)源,。在傳統(tǒng)的四驅(qū)系統(tǒng)里面,分動(dòng)器,、傳動(dòng)軸及差速器這些零件是必須存在的,,它們主要是實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳遞和分配,而這些零件在電動(dòng)四驅(qū)系統(tǒng)中是可以部分甚至全部取消,。

  在電動(dòng)四驅(qū)系統(tǒng)中,,允許存在多個(gè)動(dòng)力來(lái)源,可以是傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī),也可以是電機(jī),,但一套“電動(dòng)四驅(qū)”系統(tǒng)里至少存在一臺(tái)可以驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的電機(jī),,正是多股動(dòng)力的存在,才免去了動(dòng)力分配和傳遞的零件,。其中,,差速器(差速鎖)的類(lèi)型決定了傳統(tǒng)四驅(qū)系統(tǒng)的操控性能、越野性能,、脫困性能等,,簡(jiǎn)單地說(shuō)就是硬件決定性能。而電動(dòng)四驅(qū)系統(tǒng)實(shí)際上并非單純依靠零部件的優(yōu)劣決定其各項(xiàng)性能,,宏觀世界主要通過(guò)ECU控制其前后橋,、車(chē)輪間的扭矩分配,其實(shí)就是軟件決定性能,。在大多數(shù)傳統(tǒng)SUV上面普及的電子輔助系統(tǒng),,也可在新能源汽車(chē)上得到應(yīng)用,考慮到電子輔助系統(tǒng)的性能在進(jìn)一步強(qiáng)化,,未來(lái)在新能源車(chē)上的使用率應(yīng)該很高,。

  二、電動(dòng)車(chē)如何實(shí)現(xiàn)四驅(qū)

  1,、單電機(jī)配傳動(dòng)

  軸純電動(dòng)汽車(chē)的基本結(jié)構(gòu)和我們兒時(shí)玩的四驅(qū)車(chē)大致相當(dāng),,而四驅(qū)車(chē)通過(guò)一根傳動(dòng)軸就能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的“全時(shí)四驅(qū)”,這種方式同樣能應(yīng)用到純電動(dòng)汽車(chē)上,。

  以寶馬X5 Xdrive40e為例(雖然非純電動(dòng)汽車(chē)),,它只有一臺(tái) 電機(jī),設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器之間,,依靠傳統(tǒng)的四驅(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí) 現(xiàn)四輪傳動(dòng),。這種結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)便是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,由于電機(jī)的設(shè) 置在變速器之前,,車(chē)輛的匹配工作主要集中在發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)進(jìn)行 融合時(shí)的平順性,,前后橋間的扭矩分配也只需用普通X5的那套邏 輯便可。無(wú)論是研發(fā)成本和制造成本都能得到極大的控制,,可謂 本小利大,。不過(guò),隨之而來(lái)的是較大的車(chē)重和較低的傳動(dòng)效率,, 一定程度上會(huì)影響車(chē)輛純電續(xù)航里程,。

  目前,這種技術(shù)多用于歐洲車(chē)企的混合動(dòng)力車(chē)型,,尤其是豪 車(chē)集團(tuán)(ABB等),,主要原因還是技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單,、容易實(shí)現(xiàn),并且 歐洲廠商普通認(rèn)同混合動(dòng)力技術(shù)僅僅是短暫的過(guò)渡技術(shù)罷了,,其 研發(fā)導(dǎo)向更多的是向純電動(dòng),、氫能源或者生物能源發(fā)展,甚至可 以認(rèn)為目前歐洲車(chē)企大部分的混動(dòng)技術(shù),、電動(dòng)四驅(qū)技術(shù)只是應(yīng)付 歐盟超級(jí)嚴(yán)苛的減排政策,。

  2、雙電機(jī)全輪驅(qū)動(dòng)

  前后驅(qū)動(dòng)橋各布置一臺(tái)電機(jī),,伴以傳統(tǒng)的差速器實(shí)現(xiàn)四 驅(qū),。目前只有特斯拉的轎車(chē)和SUV采用這種結(jié)構(gòu)。特斯拉 Model S P85D是首個(gè)使用該種布置方式的量產(chǎn)純電動(dòng)車(chē)型,, 特斯拉工程師通過(guò)在普通Model S的前軸加裝一個(gè)與后橋一樣 的電機(jī)實(shí)現(xiàn),,換來(lái)的卻是相當(dāng)優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)性能,尤其是加速性 能,,Model S四驅(qū)版的官方百公里加速為2.8s,,特斯拉雙電機(jī)。

  理論上,,只要特斯拉愿意通過(guò)調(diào)整控制邏輯,,這種結(jié)構(gòu)便可 實(shí)現(xiàn)任何一種四驅(qū)(全時(shí)、分時(shí),、適時(shí)),,更不用說(shuō)簡(jiǎn)單的前驅(qū)和 后勁了。

  特斯拉Model X 則是采用特斯拉Model S 的平臺(tái)設(shè)計(jì)的,,所 以其通過(guò)性能及越野性能主要由電子輔助系統(tǒng)決定,,這基本是主流 城市SUV用的。當(dāng)然,,我們不能確定特斯拉Model X 是否會(huì)配備 傳統(tǒng)的差速鎖,如果可能,,電動(dòng)汽車(chē)的越野性能也相當(dāng)值得期待,。

  3、輪轂電機(jī)或輪邊電機(jī)(四個(gè)電機(jī))

  輪轂電機(jī)或輪邊電機(jī)的區(qū)別在于:前者的輪轂就是電機(jī)的轉(zhuǎn) 子,,而軸承座(羊角)作為定子,。后者則是普通電機(jī)安置在車(chē)輪旁 邊,需要傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)車(chē)輛,,輪轂電機(jī)爆炸圖,。

  這種結(jié)構(gòu)也能和雙電機(jī)的結(jié)構(gòu)一樣,原理上可以實(shí)現(xiàn)任何一 種驅(qū)動(dòng)形式,,但是由于成本過(guò)高,,目前還沒(méi)有廠家推出量產(chǎn)車(chē),, 更多的是作為試驗(yàn)車(chē)或者改裝車(chē)存在,就如巴博斯給奔馳E級(jí)裝 上四個(gè)輪轂電機(jī),。

  四輪電機(jī)可以極大地節(jié)省空間,,并且每個(gè)車(chē)輪都是一個(gè)獨(dú)立的動(dòng)力單元,反應(yīng)更快,,效率更高,,是目前傳統(tǒng)四驅(qū)技術(shù)無(wú)法做到的。如果電氣系統(tǒng)的可靠性足以媲美傳統(tǒng)機(jī)械式四驅(qū)系統(tǒng),,那么采用輪轂電機(jī)或輪邊電機(jī)的SUV,,其越野能力(脫困能力)在理論上是完全可以超越當(dāng)前所有硬派SUV的。

  三,、電動(dòng)四驅(qū)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

  整體而言,,電動(dòng)四驅(qū)系統(tǒng)能夠取消部分傳動(dòng)零件,以提高空間的利用效率及傳遞效率,,最直觀的便是后排地臺(tái)的凸起程度及油耗(電耗)的高低,。

  根據(jù)車(chē)輛定位屬性,可以輕易改變車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)方式(前驅(qū),、后驅(qū)),。以具備前后電機(jī)的電動(dòng)車(chē)為例,在同一臺(tái)車(chē)輛上,,理論上通過(guò)調(diào)整控制邏輯就能滿(mǎn)足這兩種不同需求,,目前傳統(tǒng)四驅(qū)系統(tǒng)暫時(shí)無(wú)法輕易實(shí)現(xiàn)的。

  而電動(dòng)四驅(qū)系統(tǒng)完全依靠電氣零件,,在各種惡劣的野外場(chǎng)地下其可靠性和穩(wěn)定性表現(xiàn)都令人擔(dān)憂(yōu),。尤其是電池在溫度較低時(shí),會(huì)產(chǎn)生虧電情況,,對(duì)于經(jīng)常在酷寒地區(qū)使用的車(chē)輛無(wú)疑會(huì)有極大的影響,。所以,電動(dòng)四驅(qū)系統(tǒng)暫時(shí)僅適配于轎車(chē)和城市SUV,。

  四,、電動(dòng)四驅(qū)的應(yīng)用

  隨著技術(shù)的進(jìn)步,特別是新能源的發(fā)展,,汽車(chē)的四驅(qū)技術(shù)開(kāi)始從傳統(tǒng)的機(jī)械四驅(qū),,逐步向電控四驅(qū)演進(jìn)。盡管同屬電動(dòng)四驅(qū),,也有不同的類(lèi)型,。下面就是實(shí)際應(yīng)用中不同的三種四驅(qū)方案。

  1,、雷克薩斯NX 300h :

  這款車(chē)有前驅(qū)和四驅(qū)兩個(gè)版本,。它的四驅(qū)版不是裝配了某套四驅(qū)系統(tǒng),,把前橋的動(dòng)力分配了一部分給后橋,而是采取了前橋由發(fā)動(dòng)機(jī),、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),,后橋由一個(gè)單獨(dú)的電機(jī)驅(qū)動(dòng),由此形成了四驅(qū),。但即便是這種形式,,NX 300h依然是一個(gè)適時(shí)四驅(qū)車(chē)型,平時(shí)只由前輪驅(qū)動(dòng),,后橋的電機(jī)只有在后輪打滑時(shí)才會(huì)介入,。款插電式混合動(dòng)力車(chē)型,,前輪由發(fā)動(dòng)機(jī),、電機(jī)驅(qū)

  2、沃爾沃V60 Plug-in Hybrid:

  該車(chē)是動(dòng),,后輪也是由一個(gè)獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng),。與NX 300h不同的是,這款V60屬于全時(shí)四驅(qū),,其詬輪會(huì)一直輸出動(dòng)力,。

  3、特斯拉Model S P85D:

  由于是純電動(dòng)車(chē),,它的四驅(qū)模式更加簡(jiǎn)單,,那就是前、后橋分別安裝一臺(tái)電動(dòng)機(jī),。相比發(fā)動(dòng)機(jī)+機(jī)械四驅(qū)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì),,電動(dòng)車(chē)的四驅(qū)實(shí)現(xiàn)了徹底的電控化,對(duì)于扭矩的調(diào)整更加精準(zhǔn),。

  五,、電動(dòng)四驅(qū)的終極形態(tài)

  作為一個(gè)新興技術(shù),電動(dòng)四驅(qū)在目前也遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有發(fā)展到自己的最終形態(tài),,還有許多可以提升的方面,。分布在四輪同時(shí)驅(qū)動(dòng)的“輪轂電機(jī)”或許將會(huì)是電動(dòng)四驅(qū)的最終形態(tài)。

  以傳統(tǒng)燃油車(chē)打個(gè)比方,,發(fā)動(dòng)機(jī)就好比一個(gè)“老師”,四個(gè)輪子就好比“四個(gè)孩子”,。一個(gè)“老師”很難同時(shí)兼顧“四個(gè)孩子”,,但兩個(gè)“老師”管兩個(gè)“孩子”就會(huì)好很多。那最終為何不讓四個(gè)“老師”來(lái)做這件事情呢,?輪轂電機(jī)顧名思義,,就是將電機(jī)安裝在輪轂之上,,四個(gè)輪轂電機(jī)負(fù)責(zé)給四個(gè)輪胎提供動(dòng)力。

  這種形式已經(jīng)可以滿(mǎn)足各種路況的需求,。輪轂電機(jī)甚至可以讓單一輪胎獲得100%的動(dòng)力,,而其他輪胎甚至可以到0%。輪轂電機(jī)其實(shí)早在1900年就由費(fèi)迪南保時(shí)捷提出并且實(shí)現(xiàn),,只不過(guò)受當(dāng)時(shí)電池等等技術(shù)的影響,,效果并不理想。過(guò)現(xiàn)在,,輪轂電機(jī)似乎可以成為電動(dòng)四驅(qū)的的終極形態(tài),。

  電動(dòng)汽車(chē)四驅(qū)特斯拉

  針對(duì)于電動(dòng)車(chē)款的車(chē)體構(gòu)架而言,特斯拉電動(dòng)車(chē)在傳動(dòng)系統(tǒng)中并不會(huì)應(yīng)用到傳統(tǒng)變速箱作為傳遞動(dòng)力的媒介,,而是將其簡(jiǎn)化為一臺(tái)變扭器,,從而以更為高效直接的方式傳遞動(dòng)力。不僅如此,,作為電動(dòng)四驅(qū)系統(tǒng),,車(chē)輛也并未配備有連接至前后橋的主傳動(dòng)軸,而是采用兩組不同規(guī)格的電動(dòng)馬達(dá),,進(jìn)而分別驅(qū)動(dòng)前輪與后輪,,從而降低動(dòng)力在傳遞過(guò)程中的不必要損耗,進(jìn)而提升電能利用率,,最終提升車(chē)輛的續(xù)航里程,。

  目前,特斯拉旗下包括了3款電動(dòng)車(chē),,分別為Model S,、Model 3和Model X,且涵蓋了轎跑車(chē),、轎車(chē)與SUV車(chē)型,。未來(lái),就以上3款車(chē)型而言,,特斯拉有望推出配備全時(shí)四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的版本,。由于電動(dòng)車(chē)款在動(dòng)力配置的設(shè)計(jì)方面更為簡(jiǎn)單,因此僅需在前軸兩側(cè)加裝兩根半軸,,以及額外加裝一臺(tái)變扭器,,從而僅以小幅增加了車(chē)體的整備質(zhì)量為代價(jià),便達(dá)到了提升傳遞效率的目標(biāo),,最終使3款車(chē)型的續(xù)航里程均突破320公里,。

  搭載全時(shí)四驅(qū)系統(tǒng)的特斯拉車(chē)款將在2018年正式發(fā)布,并且還有望引入一款全新電動(dòng)車(chē)款——Model C,。這款全新電動(dòng)轎車(chē)的續(xù)航里程有望突破150公里,,并且售價(jià)僅為15,,000歐元,而折合成人民幣則為109,,524元,。與此同時(shí),在Model C發(fā)布后,,特斯拉還有望推出旗下全新電動(dòng)敞篷跑車(chē)Model R,,從而進(jìn)一步完善產(chǎn)品線。


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