一、 前言

傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的高度發(fā)展，在促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)繁榮、提高人類生活質(zhì)量方面發(fā)揮巨大作用，同時也產(chǎn)生了環(huán)境和能源危機(jī)等問題，而電動汽車具有集中處理廢氣、能源源頭多樣及未來可充分利用綠電、幫助電網(wǎng)“削峰填谷”的優(yōu)點(diǎn)等，越來越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，全球各國已經(jīng)紛紛加入搶占電動汽車技術(shù)和市場制高點(diǎn)的行列，我國有關(guān)部門及各地政府也積極響應(yīng)行業(yè)趨勢，把發(fā)展電動汽車作為戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)的重大舉措。

電動汽車按照驅(qū)動方式，可分為集中式電機(jī)驅(qū)動和分布式電機(jī)驅(qū)動，分布式電機(jī)驅(qū)動又包含輪邊電機(jī)驅(qū)動和輪轂電機(jī)驅(qū)動。

二、 集中式電機(jī)

集中式電機(jī)驅(qū)動由傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車驅(qū)動直接演變而來，用電動機(jī)直接取代或輔助內(nèi)燃機(jī)，其他零部件基本保持不變，技術(shù)方面相對容易實(shí)現(xiàn)，可以借助傳統(tǒng)汽車已經(jīng)成熟的汽車總成進(jìn)行電動車的開發(fā)。電動機(jī)大致可分類為：

其中永磁電機(jī)作為驅(qū)動電機(jī)具有特定優(yōu)勢能更好滿足電動汽車的使用，其優(yōu)越性表現(xiàn)為：1、轉(zhuǎn)矩、功率密度大、起動力矩大。永磁電機(jī)氣隙磁密度可大大提高，電機(jī)指標(biāo)可實(shí)現(xiàn)最佳設(shè)計，使得電機(jī)體積縮小、重量減輕，同容量的稀土永磁電機(jī)體積、重量、所用材料可以減輕 30%左右。永磁驅(qū)動電機(jī)起動轉(zhuǎn)矩大，在汽車啟動時能提供有效地啟動轉(zhuǎn)矩，滿足汽車的運(yùn)行需求。2、力能指標(biāo)好。Y系列籠型異步轉(zhuǎn)子電機(jī)在60%的負(fù)荷下工作時,效率下降15% ,功率因數(shù)下降 30%，力能指標(biāo)下降 40%。而永磁電機(jī)的效率和功率因數(shù)下降甚微,當(dāng)電機(jī)只有 20%負(fù)荷時,其力能指標(biāo)仍為滿負(fù)荷的 80%以上。同時永磁無刷同步電機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩區(qū)比較長,一直延伸到電機(jī)最高轉(zhuǎn)速的50%左右,這對提高汽車的低速動力性能有很大幫助。3.高效節(jié)能。在轉(zhuǎn)子上嵌入稀土永磁材料后,在正常工作時轉(zhuǎn)子與定子磁場同步運(yùn)行,轉(zhuǎn)子繞組無感生電流,不存在轉(zhuǎn)子電阻和磁滯損耗,提高了電機(jī)效率。永磁電機(jī)不但可減小電阻損耗,還能有效地提高功率因數(shù)。如在25%-120%額定負(fù)載范圍內(nèi)永磁同步電機(jī)均可保持較高的效率和功率因素。4、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高。用永磁材料勵磁,可將原勵磁電機(jī)中勵磁線圈由一塊或多塊永磁體替代,零部件大量減少,在結(jié)構(gòu)上大大簡化，改善了電機(jī)的工藝性,而且電機(jī)運(yùn)行的機(jī)械可靠性大為增強(qiáng),壽命增加。轉(zhuǎn)子繞組中不存在電阻損耗,定子繞組中幾乎不存在無功電流，電機(jī)溫升低,這樣也可以使整車?yán)鋮s系統(tǒng)的負(fù)荷降低,進(jìn)一步提高整車運(yùn)行的效率。

三、 分布式電機(jī)

輪邊電機(jī)驅(qū)動是將電動機(jī)與固定速比減速器一起安裝在車架上，減速器的輸出軸通過萬向節(jié)與車輪半軸相連，以此來單獨(dú)驅(qū)動車輪，技術(shù)相比傳統(tǒng)電機(jī)較復(fù)雜，輪邊電機(jī)驅(qū)動較集中式電機(jī)驅(qū)動可省去部分動力傳動裝置，具有其獨(dú)特的優(yōu)勢。但輪邊驅(qū)動系統(tǒng)體積相對較大，且主要問題集中在電機(jī)的控制上，哪臺電機(jī)需要工作，在什么樣的工況下工作，這需要很長的時間來研究。車輛轉(zhuǎn)彎時兩側(cè)車輪轉(zhuǎn)動的速度不一致，分布式驅(qū)動取消差速器之后，需要電子差速控制器來完成轉(zhuǎn)彎，然而目前國內(nèi)這項技術(shù)還達(dá)不到使用要求。輪邊驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動精細(xì)程度很高，甚至能夠精確到多少轉(zhuǎn)矩和扭力，但是越精細(xì)控制起來就會越復(fù)雜。

輪轂電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)則摒棄了傳統(tǒng)汽車的離合器、變速器、傳動軸、差速器等傳動部件，將動力、傳動、制動裝置全部整合在輪轂內(nèi)，簡化了電氣和機(jī)械傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了傳動效率，同時提高了汽車空間利用率，每個車輪都由一個單獨(dú)輪轂電機(jī)驅(qū)動，各輪轂之間轉(zhuǎn)速與扭矩互相獨(dú)立，卻又服從中央控制器統(tǒng)一調(diào)配，響應(yīng)快捷，正反轉(zhuǎn)靈活，瞬時動力性能優(yōu)越，可以設(shè)計出更多的智能化驅(qū)動模式。

曾被恒大集團(tuán)收購的英國輪轂電機(jī)技術(shù)Protean公司是一家世界級輪轂電機(jī)公司，其Pd18/16及Protean360+產(chǎn)品均處于世界領(lǐng)先水平。其ProteanDrive擁有高功率和高轉(zhuǎn)矩密度的特點(diǎn)，模塊的設(shè)計理念簡化了整車生產(chǎn)過程，集成了功率電子模塊和數(shù)字控制功能，并且封裝了可兼容的摩擦制動器；在滿足防水防塵、沖擊和震動、洼穴和路緣撞擊等路況的同時使用壽命可達(dá)30萬公里。

該公司型號輪轂電機(jī)IP防護(hù)等級可達(dá)IP6K9K，可在環(huán)境溫度零下40℃至90℃的溫度區(qū)間及高壓150~435Vdc下進(jìn)行工作，最大轉(zhuǎn)速可達(dá)1600rpm，電機(jī)以質(zhì)量36kg，直徑43cm的尺寸質(zhì)量可以輸出峰值80kW，額定60kW的功率，最大扭矩可達(dá)1250Nm，額定扭矩為650Nm。其Protean360+技術(shù)方案，為將位于角模塊主臂上方旋轉(zhuǎn)接口，旋轉(zhuǎn)接口頂部與車輛固定，而下接口與Pd18輪轂電機(jī)角模塊臂固定。

在車輛集成Pd18輪轂電機(jī)的情況下，無需停車后再轉(zhuǎn)向，即可執(zhí)行復(fù)雜操作，特別是在空間極其緊湊的城市街道、停車場和裝載區(qū)域通行、轉(zhuǎn)彎，車輛可以通過360度轉(zhuǎn)向快速通行，助于確保駕駛員順利持續(xù)行駛。每個車輪超360度無限制轉(zhuǎn)向的實(shí)現(xiàn)，賦予了車輛具有前所未有的機(jī)動性。而懸架系統(tǒng)采用一種新型多連桿設(shè)計，設(shè)有額外的下叉臂樞軸。而四軸雙叉臂“蜘蛛”移動可實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度傳力，以及緊湊型布置和全范圍懸架行程。該懸架系統(tǒng)布置結(jié)合幾何圖形和附加鉸鏈于下懸架臂中，充分滿足性能需求的同時保證緊湊性布置，以占用最小內(nèi)部空間來提供更大的內(nèi)部空間。懸架系統(tǒng)中的氣動高度系統(tǒng)可以提高和降低車上高度，獨(dú)立控制每個車輪的懸架空氣，精確控制車輛底盤提高通過性。（該懸架系統(tǒng)在行駛過程中，可以保證車輪具有一致性操作和性能，適應(yīng)于車輛四輪中的任意一輪）。

400V電壓，50℃冷卻液下的電機(jī)性能

制動轉(zhuǎn)矩和效率         制動效率（直流電）

四、同工況集中/分布式電機(jī)效率分析

通過使用美國可再生能源實(shí)驗室在MATLAB/SIMUlink環(huán)境下開發(fā)的ADVISOR車輛仿真軟件對不同的電驅(qū)系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。因為在ADVISOR軟件中，所有車輛默認(rèn)為前輪驅(qū)動模式，若對四輪輪轂電機(jī)驅(qū)動電動汽車進(jìn)行仿真，需對ADVISOR底層模型進(jìn)行修改二次開發(fā)，對驅(qū)動模型重新建模以進(jìn)行仿真，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。   

  ADVISOR二次開發(fā)過程中，對需要適配輪轂電機(jī)的參數(shù)修改、修改模型，盡可能仿真結(jié)果逼近于現(xiàn)實(shí)條件：

（1）整車基本參數(shù)定義

根據(jù)整車基本參數(shù)、設(shè)計要求，修改設(shè)定VEH_SCMCAR.m文件中的參數(shù)對整車進(jìn)行定義

（2）輪轂電機(jī)參數(shù)定義

對于電機(jī)部分，以m文件中的MC_PM32.m為基礎(chǔ)進(jìn)行二次開發(fā)，設(shè)定參數(shù)

（3）電池參數(shù)定義

電池部分選擇ESS_LI7_temp.m為基礎(chǔ)進(jìn)行二次開發(fā)，設(shè)定參數(shù)ess_max_ah_cap=153ess_voc=[3.44 3.473 3.496 3.568 3.6374 3.757 3.896；3.124 3.349 3.433 3.515 3.616 3.752 3.898；3.128 3.36 3.444 3.528 3.623 3.76 3.899]*3

......

（4）傳動系參數(shù)定義

對傳動系部分，選擇TX_1SPD為基礎(chǔ)進(jìn)行二次開發(fā)，設(shè)定變速器傳動比、主減速器傳動比數(shù)值為1.

（5）循環(huán)工況

選擇CYC_NEDC 歐洲續(xù)航測試標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行仿真測試。該工況周期1184s，行駛里程10.93km，平均車速33.21km/h，最大速度120km/h，共停車13次。

當(dāng)分配系數(shù)設(shè)定為0.5時候，默認(rèn)為集中式電機(jī)驅(qū)動，性能仿真如下

當(dāng)分配系數(shù)設(shè)定為1時，設(shè)定為輪轂電機(jī)驅(qū)動，并進(jìn)行動態(tài)分配 ，性能仿真如下

在cyc_NEDC循環(huán)工況下，相比較輪轂電機(jī)消耗電量少了0.23kWh/km，效率相比較提升了1.6%。考慮到這只是進(jìn)行了簡單的仿真測試，NEDC工況下體現(xiàn)不到彎道或者其他復(fù)雜道路情況下輪轂電機(jī)的優(yōu)勢，可以認(rèn)為實(shí)際情況下輪轂電機(jī)相較于集中式電機(jī)，有著更好的經(jīng)濟(jì)性。

五、結(jié)語

電動汽車輪轂驅(qū)動系統(tǒng)消除了傳統(tǒng)齒輪箱等機(jī)械變速裝置，將輪轂電機(jī)直接與車輪化為一體，減小了驅(qū)動系統(tǒng)體積，降低了整車重量，提高了車輛性能以提升對復(fù)雜路況的適應(yīng)能力，適應(yīng)智能汽車發(fā)展方向，是未來汽車電子化智能化的最佳方案（亦是滑板底盤的組成部分之一），也一定會是新能源汽車發(fā)展的必然趨勢之一。