纯电动汽车双轴驱动系统匹配设计文献综述
2020-04-14 20:01:48
目的及意义
随着汽车排放尾气对环境的污染以及汽车行业相关法规的出台,当今社会越来越多的人开始关注环保和能源方面的问题。同时近些年出现的雾霾污染问题日益严重,政府常对机动车尾号进行限行,而且传统内燃机汽车所消耗的石油是不可再生资源。随着全球能源需求日益增加,能源危机所导致的问题不容忽视,电动汽车的普及呼之欲出。电动汽车相比传统燃油车辆,它在行驶的过程中用电机驱动而无需再用内燃机,所以不会产生污染气体和颗粒物的排放。此外电能可以通过其他形式的能量转换获得,减少了化石燃料的使用量,这样便解除了人类对于石油资源日渐枯竭的担心。电机技术经过多年的发展技术已经比较成熟,但是电机作为电动汽车的动力源,一直是限制电动汽车发展的关键因素。
电动汽车在国家政策的扶持下,近年来得到了快速的发展。然而如今消费者对汽车各项性能的需求不断增加,传统单电机驱动纯电动汽车由于动力性能不足、续驶里程短、舒适性较差等问题难以得到广泛认同。因此,在现有电池和电机技术条件下,设计相关的传动系统和控制策略以提高纯电动汽车的续驶里程是困扰电动汽车技术发展的难题。双轴驱动系统是一种具有高效节能潜力的结构,其合理的分配两个电机输出动力,使系统具有多动模式。根据不同的行驶工况特点选择合理的驱动模式,可以使车辆在满足整车动力性要求的同时电机更多的工作在高效区,从而提升整车的经济性能。
国内外研究现状
近年来,随着纯电动汽车发展环境的日渐改善。各大汽车企业都加强了纯电动汽车的研发工作,相关的纯电动汽车产品也逐渐增多。目前发售的纯电动汽车产品中大多数都是单电机驱动,这种驱动方式具有驱动系统结构和控制策略简单,可靠性高的优点。但是,其动力源若使用峰值参数较低的小功率电机,则车辆的动力性能较差,续驶里程短。而若选用大功率电机,则会导致车辆价格昂贵,且车辆工作在低负荷工况时系统的效率较低,这些缺点是导致目前纯电动汽车市场占有率不高的重要原因。为了能使纯电动汽车在满足动力性需求的情况下兼顾经济性能,将将纯电动汽车匹配多档变速器,匹配多档变速器的动力传动系统在多个档位的配合使用下,可降低对电机性能的要求,提升车辆动力性能的同时延长续驶里程,但是挡位的增加会使电动汽车传动系统结构变得复杂、降低传动效率,增加车身重量与成本。
由于单电机驱动存在以上的缺点,近些年来出现了双电机驱动系统,使用两个小功率电机代替单个大功率电机驱动纯电动汽车。现有的双电机驱动系统布置方式有独立式和集中耦合式两种方式。
1. 双电机独立驱动
利用两台较小功率的电机分散布置在车辆的前后轴,将电机的输出转矩通过前后主减速器与驱动轴将动力传动至驱动轮。因为减少了中间环节的能量损失同时提高了单个小电机的负荷率,所以电机驱动效率相应提高。此外,前后轴分布驱动方式具有传动链短、传动高效、结构紧凑、车内空间利用率高的优点。目前,特斯拉汽车在部分车型中采用了双电机四轮驱动系统。
2. 双电机耦合驱动
电机集中耦合式驱动是将两个驱动电机输出的动力通过耦合装置先进行合成或分解,然后传递到输出轴驱动车辆的方式。采用两个小功率电机驱动系统,多才采用行星齿轮进行动力的合成,通过控制传动系统中执行机构的状态可以实现多种工作模式。根据车辆的行驶工况选择合适的工作模式,提高电机的负荷率和系统的工作效率。目前国内外对于多动力耦合驱动系统的研究大多是围绕混合动力系统进行相关的驱动控制策略。