06-电动汽车交流电驱动技术

电动汽车电驱动系统理论与设计王志福北京理工大学电动车辆国家工程[e-mail]：13702447第四章：电动车辆电驱动结构单电机驱动系统电机驱动手动机械式变速器电机驱动电控机械式变速器电机驱液力动机械式变速器电机驱动无级式式变速器多电机独立驱动电机与减速器组合式驱动系统轮边电机驱动系统轮毂电机驱动系统多电机耦合驱动多动力耦合系统双电机耦合驱动双机械端口电机单电机驱动系统单电机驱动手动机械式变速器手动机械式变速器MT（ManualTransmission）是用手拨动变速杆，改变变速器内的齿轮啮合位置，改变传动比，从而达到变速的目的。踩下离合时，方可拨得动变速杆。因为该结构操作工作量大，换挡时机不精确，所以在电动车上采用不多单电机驱动系统单电机驱动电控机械式变速器电控机械式变速器AMT（AutomaticMechanicalTransmission）是在原机械变速器结构不变的情况下，通过加装由微处理器控制的自动操纵机构，实现换档过程的自动化。AMT的基本控制原理是：ECU根据驾驶员的操纵（对油门踏板、制动踏板、转向盘、档区选择器等的操纵）和车辆的运行状态（车速、发动机转速、节气门开度、离合器位置等），进行综合判断，选择合理的控制规律，发出控制指令，借助于相应的执行机构，对车辆的动力传动系统进行操纵。单电机驱动系统单电机驱动电控机械式变速器配置电机驱动系统与AMT变速器的纯电动客车动力传动系统的工作原理如图4-5所示，AMT控制器根据操纵手柄位置、制动信号、电机转速和加速踏板位置计算合适的挡位，当需要进行换挡操纵时，AMT控制器向车辆驱动电机控制器发送换挡过程所需的电机工作模式，进而实现换挡操纵．换挡过程对车辆的平顺性有很大影响，只有换挡过程中对电动选换挡执行机构和整车驱动电机进行准确控制，才能保证整车的舒适性和平顺性单电机驱动系统单电机驱动电控机械式变速器单电机驱动系统单电机驱动电控机械式变速器换挡过程分为如下几个阶段：1.换挡前此阶段电机动力输出端至车轮间的运动学和动力学关系是确定的，即2．摘空挡此阶段电机动力输出端至车轮间的运动学和动力学关系仍如式（4-1）所示，但通过主动控制，控制电机输出转矩减小至0，此时变速器的输入轴力矩较小，输入轴和输出轴齿轮间啮合力较小，可以实现摘空挡操纵。单电机驱动系统单电机驱动手动机械式变速器3.空挡此阶段电机与车辆间的动力传递完全被切断，在此阶段对驱动电机进行调速，调速的目标是使得同步器主、被动部分的转速满足新挡位传动比的要求，这时才可以进行换挡，目标调速值的计算值为：ωaim=ω2ign.在空载状态下，驱动电机可实现转速的快速调整，通过电机控制器主动控制ω1达到期望的ωaim，即通过电机控制器控制电机转速实现主动同步，摘空挡后还应同时进行选挡操纵。单电机驱动系统单电机驱动手动机械式变速器4.换挡当电机转速接近目标调速值后，再次控制电机输出转矩为0，进行换挡操纵，换挡阶段可以分为同步器同步阶段和换入目标挡阶段。在同步阶段有下式成立：当转速完全同步后，可顺利挂人目标挡位，此时有单电机驱动系统单电机驱动手动机械式变速器5．换挡后此阶段与换挡前相同，车辆恢复正常行驶状态．通过AMT控制器和电机控制器的一体化控制，可以实现无离合器换挡，但对电机控制器的控制提出了更高的要求，要有短的调速时间和精准的调速转速，以保证换挡速度，减小换挡冲击和同步器滑磨．单电机驱动系统单电机驱动手动机械式变速器单电机驱动系统单电机驱动液力机械式自动变速器单电机驱动系统单电机驱动液力机械式自动变速器单电机驱动系统单电机驱动无级式自动变速器汽车CVT按照作用方式的不同和传动形式的差异，可以分为摩擦式无级变速器、电传动式无级变速器、滑动离合器式无级变速器、静液传动式无级变速器、液力传动式无级变速器。其中，摩擦式无级变速器应用较多，有锥盘滚轮式、摩擦行星式、金属带式等不同形式。金属带式无级变速器由于结构简单、传动效率高、传递功率大，成为国内外汽车传动研究和推广的重点之一。单电机驱动系统单电机驱动无级式自动变速器传动带式CVT根据带的不同可分为橡胶带式、金属推块式和金属链式等几种，橡胶带式CVT多用在摩托车、沙滩车等小型机动车上，目前在汽车上成功实现商业化的是金属推块式和金属链式CVT。多电机独立驱动（1）能够减小单台电机的电流和功率的额定值，均衡电机的尺寸和质量，增强整车布置的灵活性，使轴荷分配更趋合理；当采用轮毂电机驱动系统时，可将车架承载功能与车身功能分离，实现相同底盘不同车身造型电动汽车产品的多样化和系列化，从而缩短车型的开发周期，降低开发成本。（2）能够取消部分或全部机械传动系统，简化传动路线，并根据行驶工况单独调整各轮的驱动力矩，实现更好的驱动控制，从而获得比集中驱动更高的驱动效率，且在一定程度上降低了整车制造成本和使用成本。（3）由于电机对控制指令的响应时间比发动机对油门的响应时间短，且每个车轮的驱动力矩可以单独控制，能够方便地实现性能更好、成本更低的驱动防滑控制、制动防抱死控制和增强车辆稳定性的直接横摆力矩控制，容易实现汽车底盘系统的电子化和主动化，极大地改善车辆的驱动和行驶性能。（4）对于独立车轮驱动车辆进行制动能量回收时，与集中驱动相比，可以获得更大的能量回收率，能够有效提高电动汽车的续驶里程。多电机独立驱动轮边电机驱动系统轮边电机驱动系统可将驱动电机固定在副车架位置，其输出轴直接或间接驱动车轮。由于轮边电机与车轮相对的独立性，其功率选择范围比轮毂电机更大，而且可以通过改变悬架结构使部分非簧载质量转移至车身，从而减少车轮的惯性，使车辆加速、制动时更加平顺，还可以提高不平路面上的稳定性多电机独立驱动单电机驱动无级式自动变速器多电机独立驱动轮毂电机驱动系统电机与减速器组合式驱动系统是采用多台电机通过固定速比减速器和半轴分别驱动各个车轮的驱动系统。由于可将电机和减速器安装在车架上，经过半轴驱动车轮，这种构型可以沿用现有车辆的车身结构和行驶、制动、转向系统，改型容易，便于推广。米其林电动轮普利斯通电动轮•轮边电机驱动系统•内置动力学阻尼•轮内电机悬置---减小非簧载质量多电机耦合驱动单台电机加变速箱驱动形式要求电机具有较大的转速和转矩，而电机大转矩要求传动轴变粗，电机高转速带来旋转部件线速度大大提高，这样对电机、机械传动的轴承、密封、油封提出新的技术挑战。采用双电机与机械耦合传动形式，降低了单台电机容量，有利于电机和机械传动高转速发展，进一步提高电驱动系统功率密度，有利于实现电动车辆动力驱动系统机电高效集成和高功率密度。动力耦合的方式主要有固定轴齿轮耦合式及行星齿轮耦合式多电机耦合驱动多动力耦合系统日本丰田THS系统由发动机、发电机、电动机通过行星齿轮机构实现转速与转矩的耦合，发动机转速与车速没有直接联系，在行驶过程中能使发动机始终处于最佳工况。多电机耦合驱动多动力耦合系统通用公司提出的AHS-2双排双模式机电耦合传动总成主要由发动机、两台电动/发电机、两个行星排机构、两组离合器和一个制动器组成，结构如图4-21所示。通过两个离合器和一个制动器协调控制可以有效的扩大输出转速范围，同时对输出转矩和输出功率起到一定调节作用，该结构主要应用于通用的中型和重型车辆上。发动机MG1MG2多电机耦合驱动多动力耦合系统通用公司提出的新型四模——双电机增程式传动系统备受关注，结构如图4-23所示。该系统由发动机、两个电动机/发电机、三个离合器以及一个行星齿轮组组成，可以分别工作在纯电动低速单电机模式、纯电动高速双电机模式、增程低速单电机模式、增程高速双电机模式四种模式下多电机耦合驱动多动力耦合系统由北京理工大学和华沙工业大学合作开发的混合动力汽车行星齿轮耦合装置，该耦合装置利用一组行星齿轮将发动机和电机的动力进行耦合，通过三组离合器和三组制动器的接合/分离控制整车的工作模式和模式切换过程,结构如图4-25所示。多电机耦合驱动双电机耦合系统通用公司提出的AHS-2双排双模式机电耦合传动总成主要由发动机、两台电动/发电机、两个行星排机构、两组离合器和一个制动器组成，结构如图4-21所示。通过两个离合器和一个制动器协调控制可以有效的扩大输出转速范围，同时对输出转矩和输出功率起到一定调节作用，该结构主要应用于通用的中型和重型车辆上。多电机耦合驱动双电机耦合系统空档模式电机1驱动模式多电机耦合驱动双电机耦合系统电机1与电机2行星耦合驱动模式电机1制动能量回收模式多电机耦合驱动双机械端口电机2004年，荷兰代尔夫特工业大学的MartinJ.Hoeijmakers教授提出了基于感应电机为原型的双转子机电能量变换器EVT。（ElectricalVariableTransmission电气变速传动装置）。Hoeijmakers教授分析了该装置的设计思想是由分体式电机组合演变而来，这种结构的提出为对双转子结构电机的分析带来了方便，因为在这种模型中，双转子电机可以看成两个简单电机的叠加。多电机耦合驱动双机械端口电机多电机耦合驱动双机械端口电机课后作业