基本結(jié)構(gòu)及其工作原理

　　傳統(tǒng)汽車(chē)底盤(pán)由傳動(dòng)系、行駛系、轉(zhuǎn)向系和制動(dòng)系四部分組成,，底盤(pán)作用是支承,、安裝汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)及其各部件、總成，形成汽車(chē)的整體造型，并接受發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，使汽車(chē)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng),，保證正常行駛。

　　電動(dòng)車(chē)的基本結(jié)構(gòu)主要可分為三個(gè)子系統(tǒng),，即主能源系統(tǒng)（電動(dòng)源）,、電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng),。其中電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)又由電控系統(tǒng),、電機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)車(chē)輪等部分組成,；主能源系統(tǒng)又由主電源和能量管理系統(tǒng)構(gòu)成,，能量管理系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電源利用控制、能量再生,、協(xié)調(diào)控制等功能的關(guān)鍵部件,。電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)是電動(dòng)汽車(chē)的核心，也是區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的最大不同點(diǎn)。

　　電動(dòng)汽車(chē)的工作原理：蓄電池——電流——電力調(diào)節(jié)器——電動(dòng)機(jī)——?jiǎng)恿鲃?dòng)系統(tǒng)——驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛,。

　　純電動(dòng)汽車(chē),，相對(duì)燃油汽車(chē)而言，主要差別（異）在于四大部件,，驅(qū)動(dòng)電機(jī),，調(diào)速控制器、動(dòng)力電池,、車(chē)載充電器,。

　　能源供及系統(tǒng)

　　與內(nèi)燃汽車(chē)相比，電動(dòng)汽車(chē)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)靈活,。內(nèi)燃汽車(chē)的主要能源為汽油和柴油,，而電動(dòng)汽車(chē)是采用電力能源，由電動(dòng)源和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的,，電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)是電動(dòng)汽車(chē)的核心,，也是區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的最大不同點(diǎn)。傳統(tǒng)內(nèi)燃汽車(chē)的能量是通過(guò)鋼性聯(lián)軸器和轉(zhuǎn)軸傳遞的,，而電動(dòng)車(chē)的能量是通過(guò)柔性的電線傳輸?shù)摹Ｒ虼?，電?dòng)汽車(chē)各部件的放置具有很大的靈活性,。

　　傳動(dòng)系統(tǒng)

　　變速傳動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)車(chē)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的一個(gè)重要部件，它指的是驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)軸和車(chē)輪之間的機(jī)械連接部分,。對(duì)于傳統(tǒng)汽車(chē)來(lái)說(shuō),，變速器是必要的部件，設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮采用什么類(lèi)型的變速器,。但對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)則不同,，由于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速完全可以由電子控制器進(jìn)行全范圍的控制，因此變速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就可以有多種不同的選擇,。既可用傳統(tǒng)的變速齒輪箱變速,，還可以用電子驅(qū)動(dòng)器控制電動(dòng)機(jī)直接變速。究竟采用哪種方案,，主要還應(yīng)依據(jù)電動(dòng)汽車(chē)的能量和經(jīng)濟(jì)性,，也涉及到電機(jī)和控制器的設(shè)計(jì)。

　　為了提高電動(dòng)汽車(chē)的傳動(dòng)效率,，人們開(kāi)發(fā)了電動(dòng)汽車(chē)專用的電機(jī)和變速傳動(dòng)一體化的兩速或三速自動(dòng)傳動(dòng)橋,。先進(jìn)的兩速電機(jī)/多速傳動(dòng)橋?qū)⒆兯冽X輪組與高速異步電動(dòng)機(jī)完全結(jié)合為一體，并且直接安裝在電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)軸上,，構(gòu)成重量輕,、體積小、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊和成本低廉的傳動(dòng)系統(tǒng),。

　　動(dòng)力系統(tǒng)

　　電動(dòng)汽車(chē)經(jīng)過(guò)近20年的快速發(fā)展,，在能源動(dòng)力系統(tǒng)方面形成了具特色的三大類(lèi)動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)特點(diǎn)。

　　純電動(dòng)汽車(chē),、油電混合動(dòng)力汽車(chē)和燃料電池汽車(chē)是目前電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的三大種類(lèi),，油電混合動(dòng)力汽車(chē)目前被國(guó)內(nèi)外各大汽車(chē)企業(yè)最早列入產(chǎn)業(yè)化計(jì)劃，并聯(lián)混合動(dòng)力和混聯(lián)混合動(dòng)力是被電動(dòng)轎車(chē)廣泛采用的主流動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu),。近幾年,，隨著儲(chǔ)能電池技術(shù)水平的飛速發(fā)展，以車(chē)載動(dòng)力蓄電池提供電能驅(qū)動(dòng)的純電動(dòng)汽車(chē)得到快速發(fā)展,，多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力分散結(jié)構(gòu)的純電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)受到國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)的廣泛關(guān)注,。以氫和氧通過(guò)電極反應(yīng)轉(zhuǎn)換成電能驅(qū)動(dòng)的燃料電池電動(dòng)汽車(chē)，采用電-電混合動(dòng)力結(jié)構(gòu),，能量轉(zhuǎn)換效果比內(nèi)燃機(jī)高2~3倍,，是未來(lái)清潔能源汽車(chē)的重要發(fā)展方向之一。

　　底盤(pán)電子化,、模塊化與智能化

　　電動(dòng)汽車(chē)采用電力能源,，電氣化技術(shù)對(duì)汽車(chē)結(jié)構(gòu)性能的創(chuàng)新提供更多的可能性。底盤(pán)系統(tǒng)將逐步采用電動(dòng)化執(zhí)行部件,，結(jié)構(gòu)也會(huì)隨之發(fā)生革新,，并將推動(dòng)汽車(chē)模塊化、智能化的發(fā)展,。

　　通用開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)“AUTOnomy”[6]是一個(gè)典型的底盤(pán)與動(dòng)力系統(tǒng)集成一體化的創(chuàng)新例子,。該車(chē)車(chē)身與底盤(pán)分開(kāi)，底盤(pán)與動(dòng)力系統(tǒng)集成在一個(gè)“滑板”中,，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)都設(shè)計(jì)在底盤(pán)上,，采用了線控技術(shù)，使車(chē)輛操控系統(tǒng),、制動(dòng)系統(tǒng)和其他車(chē)載系統(tǒng)都通過(guò)電子控制而非傳統(tǒng)機(jī)械方式來(lái)實(shí)現(xiàn),，車(chē)身與底盤(pán)僅通過(guò)軟件接口連接，全面實(shí)現(xiàn)了底盤(pán)的“電動(dòng)化”,。

　　電動(dòng)汽車(chē)采用安裝在車(chē)輪內(nèi)的電機(jī)直接驅(qū)動(dòng),，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)力分散控制。與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)和單一電機(jī)中央驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車(chē)輛相比,，四輪驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)了各車(chē)輪的獨(dú)立分散驅(qū)動(dòng),，各車(chē)輪均可實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量回收，還可省去變速器,、離合器,、傳動(dòng)軸等復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)裝置,，傳動(dòng)效率提高。

　　傳動(dòng)系統(tǒng)

　　無(wú)論是串聯(lián)(燃料電池可視為特殊的串聯(lián)結(jié)構(gòu)),、并聯(lián),、混聯(lián)式的混合動(dòng)力車(chē)，還是由電池提供能量的純電動(dòng)汽車(chē),，其動(dòng)力裝置的布置往往在原發(fā)動(dòng)機(jī)前艙布置的基礎(chǔ)上進(jìn)行,，并力求把相應(yīng)的電氣裝置布置在前艙(如DC/AC、DC/DC等),，所以對(duì)部件小型化提出了更高的要求,。此外，并聯(lián)或混聯(lián)式混合動(dòng)力由于采用兩個(gè)以上的動(dòng)力裝置,，在布置上要求更為嚴(yán)格,。豐田Prius的混聯(lián)結(jié)構(gòu)堪稱小型化集成化的典范[4]。

　　與傳統(tǒng)的自動(dòng)變速箱相比,，電動(dòng)汽車(chē)的自動(dòng)變速傳動(dòng)橋同樣包括有盤(pán)形和帶形離合器,、星型齒輪、差速器,、執(zhí)行離合動(dòng)作的液壓系統(tǒng),、潤(rùn)滑油以及冷卻系統(tǒng)。自動(dòng)變速傳動(dòng)橋可以用微處理器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的全電子控制,。一個(gè)由停車(chē),、倒車(chē)、空檔,、行駛以及從一檔構(gòu)成的五檔選擇器為駕駛員提供了各種情況下駕駛的不同選擇?？刂破鲗⒏鶕?jù)駕駛員所掛的檔位自動(dòng)決定變速齒輪在哪一級(jí)變速檔上,，并將適當(dāng)?shù)男盘?hào)送到液壓控制系統(tǒng)以及執(zhí)行變速控制。由于交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性低并有理想的轉(zhuǎn)矩特性,，使得控制變速橋進(jìn)行平滑的自動(dòng)變速變得更容易,。

　　能源動(dòng)力系統(tǒng)的智能化技術(shù)

　　能源系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)的電子化使得電動(dòng)汽車(chē)體現(xiàn)出越來(lái)越強(qiáng)大的功能,。但電動(dòng)汽車(chē)能源動(dòng)力系統(tǒng)的智能化還沒(méi)有引起充分的關(guān)注,。一般將重點(diǎn)放在整車(chē)與動(dòng)力系統(tǒng)的功能和穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)、可靠性等方面,。研究表明,，能源動(dòng)力系統(tǒng)智能化技術(shù)對(duì)提高電動(dòng)汽車(chē)經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性,、可靠性具有重要意義,。

　　車(chē)用電機(jī)系統(tǒng)如異步電機(jī),、永磁電機(jī)都具有非線性時(shí)變參數(shù)，特別在內(nèi)部磁場(chǎng),、溫度變化時(shí),，電機(jī)參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，對(duì)此類(lèi)時(shí)變參數(shù)的在線辨識(shí)十分重要,。自學(xué)習(xí)的電池管理系統(tǒng)可實(shí)時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)電池SOC狀態(tài),，并在運(yùn)行中保護(hù)電池不受損傷，這對(duì)電池的壽命和安全具有重要意義,。整車(chē)能量管理智能化技術(shù)的重點(diǎn)在于能量的優(yōu)化分配和行車(chē)經(jīng)濟(jì)性,，即在正常行車(chē)(各部件正常工作)過(guò)程中，根據(jù)電池的SOC,、SOH狀態(tài)確定剩余里程,，進(jìn)而優(yōu)化行車(chē)參數(shù)。整車(chē)智能化能量管理還須考慮各子系統(tǒng)和部件的非正常工作狀態(tài),，即當(dāng)動(dòng)力系統(tǒng)工作中出現(xiàn)各種故障時(shí),，及時(shí)判斷故障來(lái)源并提出合理的應(yīng)對(duì)策略。

　　制動(dòng)系統(tǒng)

　　電動(dòng)汽車(chē)的制動(dòng)裝置同其他汽車(chē)一樣,，是為汽車(chē)減速或停車(chē)而設(shè)置的,，通常由制動(dòng)器及其操縱裝置組成。電動(dòng)汽車(chē)將慣性能量通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞給電機(jī),，電機(jī)以發(fā)電方式工作,，為動(dòng)力電池充電，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量的再生利用,。與此同時(shí),，產(chǎn)生的電機(jī)制動(dòng)力矩又可通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)驅(qū)動(dòng)輪施加制動(dòng)，產(chǎn)生制動(dòng)力,。

　　傳統(tǒng)的燃油汽車(chē)在制動(dòng)時(shí)是將汽車(chē)的慣性能量通過(guò)制動(dòng)器的磨擦轉(zhuǎn)化成熱能散發(fā)到周?chē)h(huán)境中去,。

　　對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)而言。由于電機(jī)具有可逆性,，即電動(dòng)機(jī)在特定的條件下可以轉(zhuǎn)變成發(fā)電機(jī)運(yùn)行,，因此可以在制動(dòng)時(shí)采用回饋制動(dòng)的辦法，使電機(jī)運(yùn)動(dòng)在發(fā)電狀態(tài),，通過(guò)設(shè)計(jì)好的電力裝置將制動(dòng)產(chǎn)生的回饋電流充人儲(chǔ)能裝置中,，這樣就可以回收一部分可觀的慣性能量，提高電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程,。

　　一般而言,，再生發(fā)電系統(tǒng)只能起到限制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子速度過(guò)高的作用，即不讓轉(zhuǎn)子的速度比同步速度高出很多,，但無(wú)法使其限制到小于同步轉(zhuǎn)速,。也就是說(shuō),，再生發(fā)電制動(dòng)僅僅能起到穩(wěn)定運(yùn)行的作用，因此,，在考慮設(shè)計(jì)再生制動(dòng)發(fā)電的幾種使用場(chǎng)合時(shí),，應(yīng)全面綜合統(tǒng)盤(pán)考慮剎車(chē)制動(dòng)、下坡滑行,、高速運(yùn)行和減速支行等多種場(chǎng)合,。電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統(tǒng)原理如圖4所示。

　　未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)展望

　　電動(dòng)汽車(chē)不同于傳統(tǒng)汽車(chē)的明顯特點(diǎn)是采用了新的能源動(dòng)力系統(tǒng),，一方面使得電動(dòng)汽車(chē)在節(jié)能環(huán)保上發(fā)生了技術(shù)革命,，另一方面電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)特性也使主動(dòng)安全技術(shù)和性能出現(xiàn)大的飛躍。汽車(chē)電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用推動(dòng)底盤(pán)向電動(dòng)化,、模塊化,、智能化和集成化方向發(fā)展，為汽車(chē)安全性和舒適性提高提供不竭的源泉,，同時(shí)也為車(chē)身輕量化和新材料的應(yīng)用提供了新的設(shè)計(jì)思路,。可以預(yù)見(jiàn)電動(dòng)汽車(chē)將超出新型能源動(dòng)力系統(tǒng)的本身的特點(diǎn),，在設(shè)計(jì)理念,、方法、生產(chǎn)方式上出現(xiàn)新的革命,。

　　設(shè)計(jì)理念的變革

　　電動(dòng)汽車(chē)設(shè)計(jì)理念的變革主要體現(xiàn)在安全性的設(shè)計(jì)理念上,。隨著底盤(pán)電子化、信息化技術(shù)的發(fā)展,，電動(dòng)汽車(chē)主動(dòng)安全控制的快速性,，及整車(chē)智能化技術(shù)的發(fā)展都對(duì)傳統(tǒng)車(chē)身的安全性設(shè)計(jì)理念產(chǎn)生沖擊。

　　(1)智能技術(shù)的應(yīng)用使汽車(chē)具有“仿人”功能,。當(dāng)潛在的碰撞事故(如行人-汽車(chē)碰撞,、

　　汽車(chē)-汽車(chē)碰撞、汽車(chē)-障礙物碰撞等)發(fā)生前,，電動(dòng)汽車(chē)通過(guò)智能系統(tǒng)的認(rèn)知功能預(yù)測(cè)各種潛在的危險(xiǎn)狀態(tài)，并提前預(yù)警或自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡,，避免危險(xiǎn)事故的發(fā)生,，使駕乘安全性大大提高。

　　(2)制動(dòng)系統(tǒng)的快速響應(yīng)性可在碰撞發(fā)生時(shí)提高底盤(pán)的耐沖擊性能,，例如碰撞發(fā)生時(shí),，

　　通過(guò)及時(shí)應(yīng)用電動(dòng)部件的快速響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)“軟碰撞”,，有效降低碰撞帶來(lái)的危害程度,。

　　(3)車(chē)身碰撞要求降低,。碰撞安全性的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)中采用了新的安全性思想，通過(guò)

　　車(chē)身吸收能量的方式被通過(guò)電動(dòng)化的快速響應(yīng)和智能化快速預(yù)測(cè)所代替,。

　　汽車(chē)生產(chǎn)方式的改變與簡(jiǎn)化

　　未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)最大特點(diǎn)將發(fā)生在結(jié)構(gòu)的革新上,。底盤(pán)動(dòng)力裝置的一體化，將對(duì)傳統(tǒng)汽車(chē)車(chē)身的核心結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的沖擊,。未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)的結(jié)構(gòu)上,，底盤(pán)一體化系統(tǒng)與車(chē)身系統(tǒng)的模塊化優(yōu)勢(shì)將被充分發(fā)揮。

　　(1)底盤(pán)經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的組件將動(dòng)力系統(tǒng)集成為一體,，集電池系統(tǒng),、電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及傳統(tǒng)底盤(pán)

　　部件為一體的新型底盤(pán)，將使底盤(pán)生產(chǎn)方式大大簡(jiǎn)化,。

　　(2)車(chē)身設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)潔,。傳統(tǒng)汽車(chē)的車(chē)身將可能不再如此復(fù)雜，原來(lái)下車(chē)身的功能由新

　　型底盤(pán)所替代,，輕量化材料被應(yīng)用于車(chē)身(如碳纖維,、車(chē)用聚丙烯等)，模塊化車(chē)身在碰撞安全性方面要求降低,，一個(gè)底盤(pán)系統(tǒng)配不同造型的車(chē)身有可能成為一種新的潮流,。

　　(3)傳統(tǒng)汽車(chē)的復(fù)雜車(chē)身制造體系有可能被更為時(shí)尚的模塊化車(chē)身和集機(jī)電一體化底盤(pán)

　　制造體系取代。電子(電動(dòng))化的元素越來(lái)越多,，模塊化組件生產(chǎn)方式將大力推廣和發(fā)展,。

　　綜述

　　一般而論，電動(dòng)汽車(chē)和燃油汽車(chē)同樣都是機(jī)動(dòng)車(chē),，就外部性能而言,，描述它們的數(shù)學(xué)和物理手段并無(wú)大異。因此,，大多數(shù)的電動(dòng)汽車(chē)參數(shù)都可以從發(fā)展成熟的燃油汽車(chē)體系中借鑒,。但是，由于電動(dòng)汽車(chē)的特殊性,，它的蓄電池重量,、效率、再生能量的利用效率等性能參數(shù)卻是傳統(tǒng)的內(nèi)燃汽車(chē)所沒(méi)有的,。

　　電動(dòng)汽車(chē)除了新型能源動(dòng)力系統(tǒng)替代原內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)之外,，未來(lái)的發(fā)展將越來(lái)越體現(xiàn)出不同于傳統(tǒng)汽車(chē)的特征，這些特征包括：(1)動(dòng)力控制的快速響應(yīng),；(2)動(dòng)力分散的新型電力驅(qū)動(dòng)方式,；(3)新的車(chē)身安全性解決方案與輕量化技術(shù)應(yīng)用；(4)底盤(pán)電動(dòng)化,、智能化和集成化,。上述技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新,，必將大大增加汽車(chē)安全性和節(jié)能效果，進(jìn)一步推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)安全性設(shè)計(jì)理念的變革,，并簡(jiǎn)化電動(dòng)汽車(chē)的制造與生產(chǎn)方式,。