基本結(jié)構(gòu)及其工作原理

傳統(tǒng)汽車底盤由傳動系、行駛系、轉(zhuǎn)向系和制動系四部分組成，底盤作用是支承、安裝汽車發(fā)動機及其各部件、總成，形成汽車的整體造型，并接受發(fā)動機的動力，使汽車產(chǎn)生運動，保證正常行駛。

電動車的基本結(jié)構(gòu)主要可分為三個子系統(tǒng)，即主能源系統(tǒng)（電動源）、電力驅(qū)動系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)。其中電力驅(qū)動系統(tǒng)又由電控系統(tǒng)、電機、機械傳動系統(tǒng)和驅(qū)動車輪等部分組成；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)動及控制系統(tǒng)是電動汽車的核心，也是區(qū)別于內(nèi)燃機汽車的最大不同點。

電動汽車的工作原理：蓄電池——電流——電力調(diào)節(jié)器——電動機——動力傳動系統(tǒng)——驅(qū)動汽車行駛。

純電動汽車，相對燃油汽車而言，主要差別（異）在于四大部件，驅(qū)動電機，調(diào)速控制器、動力電池、車載充電器。

能源供及系統(tǒng)

與內(nèi)燃汽車相比，電動汽車的特點是結(jié)構(gòu)靈活。內(nèi)燃汽車的主要能源為汽油和柴油，而電動汽車是采用電力能源，由電動源和電動機驅(qū)動的，電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)是電動汽車的核心，也是區(qū)別于內(nèi)燃機汽車的最大不同點。傳統(tǒng)內(nèi)燃汽車的能量是通過鋼性聯(lián)軸器和轉(zhuǎn)軸傳遞的，而電動車的能量是通過柔性的電線傳輸?shù)?。因此，電動汽車各部件的放置具有很大的靈活性。

傳動系統(tǒng)

變速傳動系統(tǒng)是電動車驅(qū)動子系統(tǒng)的一個重要部件，它指的是驅(qū)動電機轉(zhuǎn)軸和車輪之間的機械連接部分。對于傳統(tǒng)汽車來說，變速器是必要的部件，設(shè)計時主要考慮采用什么類型的變速器。但對于電動汽車則不同，由于驅(qū)動電動機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速完全可以由電子控制器進行全范圍的控制，因此變速系統(tǒng)的設(shè)計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)動器控制電動機直接變速。究竟采用哪種方案，主要還應依據(jù)電動汽車的能量和經(jīng)濟性，也涉及到電機和控制器的設(shè)計。

為了提高電動汽車的傳動效率，人們開發(fā)了電動汽車專用的電機和變速傳動一體化的兩速或三速自動傳動橋。先進的兩速電機/多速傳動橋?qū)⒆兯冽X輪組與高速異步電動機完全結(jié)合為一體，并且直接安裝在電動汽車驅(qū)動輪的驅(qū)動軸上，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系統(tǒng)。

動力系統(tǒng)

電動汽車經(jīng)過近20年的快速發(fā)展，在能源動力系統(tǒng)方面形成了具特色的三大類動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)特點。

純電動汽車、油電混合動力汽車和燃料電池汽車是目前電動汽車領(lǐng)域的三大種類，油電混合動力汽車目前被國內(nèi)外各大汽車企業(yè)最早列入產(chǎn)業(yè)化計劃，并聯(lián)混合動力和混聯(lián)混合動力是被電動轎車廣泛采用的主流動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。近幾年，隨著儲能電池技術(shù)水平的飛速發(fā)展，以車載動力蓄電池提供電能驅(qū)動的純電動汽車得到快速發(fā)展，多個電機驅(qū)動的動力分散結(jié)構(gòu)的純電動動力系統(tǒng)受到國內(nèi)外研究機構(gòu)的廣泛關(guān)注。以氫和氧通過電極反應轉(zhuǎn)換成電能驅(qū)動的燃料電池電動汽車，采用電-電混合動力結(jié)構(gòu)，能量轉(zhuǎn)換效果比內(nèi)燃機高2~3倍，是未來清潔能源汽車的重要發(fā)展方向之一。

底盤電子化、模塊化與智能化

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

通用開發(fā)的電動汽車“AUTOnomy”[6]是一個典型的底盤與動力系統(tǒng)集成一體化的創(chuàng)新例子。該車車身與底盤分開，底盤與動力系統(tǒng)集成在一個“滑板”中，驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)都設(shè)計在底盤上，采用了線控技術(shù)，使車輛操控系統(tǒng)、制動系統(tǒng)和其他車載系統(tǒng)都通過電子控制而非傳統(tǒng)機械方式來實現(xiàn)，車身與底盤僅通過軟件接口連接，全面實現(xiàn)了底盤的“電動化”。

電動汽車采用安裝在車輪內(nèi)的電機直接驅(qū)動，可實現(xiàn)動力分散控制。與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機汽車和單一電機中央驅(qū)動的電動車輛相比，四輪驅(qū)動方式實現(xiàn)了各車輪的獨立分散驅(qū)動，各車輪均可實現(xiàn)制動能量回收，還可省去變速器、離合器、傳動軸等復雜的機械傳動裝置，傳動效率提高。

傳動系統(tǒng)

無論是串聯(lián)(燃料電池可視為特殊的串聯(lián)結(jié)構(gòu))、并聯(lián)、混聯(lián)式的混合動力車，還是由電池提供能量的純電動汽車，其動力裝置的布置往往在原發(fā)動機前艙布置的基礎(chǔ)上進行，并力求把相應的電氣裝置布置在前艙(如DC/AC、DC/DC等)，所以對部件小型化提出了更高的要求。此外，并聯(lián)或混聯(lián)式混合動力由于采用兩個以上的動力裝置，在布置上要求更為嚴格。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)的自動變速箱相比，電動汽車的自動變速傳動橋同樣包括有盤形和帶形離合器、星型齒輪、差速器、執(zhí)行離合動作的液壓系統(tǒng)、潤滑油以及冷卻系統(tǒng)。自動變速傳動橋可以用微處理器實現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的全電子控制。一個由停車、倒車、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決定變速齒輪在哪一級變速檔上，并將適當?shù)男盘査偷揭簤嚎刂葡到y(tǒng)以及執(zhí)行變速控制。由于交流異步電機的轉(zhuǎn)動慣性低并有理想的轉(zhuǎn)矩特性，使得控制變速橋進行平滑的自動變速變得更容易。

能源動力系統(tǒng)的智能化技術(shù)

能源系統(tǒng)、動力系統(tǒng)的電子化使得電動汽車體現(xiàn)出越來越強大的功能。但電動汽車能源動力系統(tǒng)的智能化還沒有引起充分的關(guān)注。一般將重點放在整車與動力系統(tǒng)的功能和穩(wěn)態(tài)性能指標、可靠性等方面。研究表明，能源動力系統(tǒng)智能化技術(shù)對提高電動汽車經(jīng)濟性、動力性、可靠性具有重要意義。

車用電機系統(tǒng)如異步電機、永磁電機都具有非線性時變參數(shù)，特別在內(nèi)部磁場、溫度變化時，電機參數(shù)會發(fā)生變化，對此類時變參數(shù)的在線辨識十分重要。自學習的電池管理系統(tǒng)可實時準確監(jiān)測電池SOC狀態(tài)，并在運行中保護電池不受損傷，這對電池的壽命和安全具有重要意義。整車能量管理智能化技術(shù)的重點在于能量的優(yōu)化分配和行車經(jīng)濟性，即在正常行車(各部件正常工作)過程中，根據(jù)電池的SOC、SOH狀態(tài)確定剩余里程，進而優(yōu)化行車參數(shù)。整車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)，即當動力系統(tǒng)工作中出現(xiàn)各種故障時，及時判斷故障來源并提出合理的應對策略。

制動系統(tǒng)

電動汽車的制動裝置同其他汽車一樣，是為汽車減速或停車而設(shè)置的，通常由制動器及其操縱裝置組成。電動汽車將慣性能量通過傳動系統(tǒng)傳遞給電機，電機以發(fā)電方式工作，為動力電池充電，實現(xiàn)制動能量的再生利用。與此同時，產(chǎn)生的電機制動力矩又可通過傳動系統(tǒng)對驅(qū)動輪施加制動，產(chǎn)生制動力。

傳統(tǒng)的燃油汽車在制動時是將汽車的慣性能量通過制動器的磨擦轉(zhuǎn)化成熱能散發(fā)到周圍環(huán)境中去。

對于電動汽車而言。由于電機具有可逆性，即電動機在特定的條件下可以轉(zhuǎn)變成發(fā)電機運行，因此可以在制動時采用回饋制動的辦法，使電機運動在發(fā)電狀態(tài)，通過設(shè)計好的電力裝置將制動產(chǎn)生的回饋電流充人儲能裝置中，這樣就可以回收一部分可觀的慣性能量，提高電動汽車的續(xù)駛里程。

一般而言，再生發(fā)電系統(tǒng)只能起到限制電動機轉(zhuǎn)子速度過高的作用，即不讓轉(zhuǎn)子的速度比同步速度高出很多，但無法使其限制到小于同步轉(zhuǎn)速。也就是說，再生發(fā)電制動僅僅能起到穩(wěn)定運行的作用，因此，在考慮設(shè)計再生制動發(fā)電的幾種使用場合時，應全面綜合統(tǒng)盤考慮剎車制動、下坡滑行、高速運行和減速支行等多種場合。電動汽車制動能量回饋發(fā)電系統(tǒng)原理如圖4所示。

未來電動汽車展望

電動汽車不同于傳統(tǒng)汽車的明顯特點是采用了新的能源動力系統(tǒng)，一方面使得電動汽車在節(jié)能環(huán)保上發(fā)生了技術(shù)革命，另一方面電力驅(qū)動系統(tǒng)快速的轉(zhuǎn)矩響應特性也使主動安全技術(shù)和性能出現(xiàn)大的飛躍。汽車電子技術(shù)的發(fā)展和應用推動底盤向電動化、模塊化、智能化和集成化方向發(fā)展，為汽車安全性和舒適性提高提供不竭的源泉，同時也為車身輕量化和新材料的應用提供了新的設(shè)計思路?？梢灶A見電動汽車將超出新型能源動力系統(tǒng)的本身的特點，在設(shè)計理念、方法、生產(chǎn)方式上出現(xiàn)新的革命。

設(shè)計理念的變革

電動汽車設(shè)計理念的變革主要體現(xiàn)在安全性的設(shè)計理念上。隨著底盤電子化、信息化技術(shù)的發(fā)展，電動汽車主動安全控制的快速性，及整車智能化技術(shù)的發(fā)展都對傳統(tǒng)車身的安全性設(shè)計理念產(chǎn)生沖擊。

(1)智能技術(shù)的應用使汽車具有“仿人”功能。當潛在的碰撞事故(如行人-汽車碰撞、

汽車-汽車碰撞、汽車-障礙物碰撞等)發(fā)生前，電動汽車通過智能系統(tǒng)的認知功能預測各種潛在的危險狀態(tài)，并提前預警或自動調(diào)節(jié)運動軌跡，避免危險事故的發(fā)生，使駕乘安全性大大提高。

(2)制動系統(tǒng)的快速響應性可在碰撞發(fā)生時提高底盤的耐沖擊性能，例如碰撞發(fā)生時，

通過及時應用電動部件的快速響應，實現(xiàn)“軟碰撞”，有效降低碰撞帶來的危害程度。

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

車身吸收能量的方式被通過電動化的快速響應和智能化快速預測所代替。

汽車生產(chǎn)方式的改變與簡化

未來電動汽車最大特點將發(fā)生在結(jié)構(gòu)的革新上。底盤動力裝置的一體化，將對傳統(tǒng)汽車車身的核心結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的沖擊。未來電動汽車的結(jié)構(gòu)上，底盤一體化系統(tǒng)與車身系統(tǒng)的模塊化優(yōu)勢將被充分發(fā)揮。

(1)底盤經(jīng)過簡單的組件將動力系統(tǒng)集成為一體，集電池系統(tǒng)、電驅(qū)動系統(tǒng)及傳統(tǒng)底盤

部件為一體的新型底盤，將使底盤生產(chǎn)方式大大簡化。

(2)車身設(shè)計更為簡潔。傳統(tǒng)汽車的車身將可能不再如此復雜，原來下車身的功能由新

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

(3)傳統(tǒng)汽車的復雜車身制造體系有可能被更為時尚的模塊化車身和集機電一體化底盤

制造體系取代。電子(電動)化的元素越來越多，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，電動汽車和燃油汽車同樣都是機動車，就外部性能而言，描述它們的數(shù)學和物理手段并無大異。因此，大多數(shù)的電動汽車參數(shù)都可以從發(fā)展成熟的燃油汽車體系中借鑒。但是，由于電動汽車的特殊性，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)燃汽車所沒有的。

電動汽車除了新型能源動力系統(tǒng)替代原內(nèi)燃機動力系統(tǒng)之外，未來的發(fā)展將越來越體現(xiàn)出不同于傳統(tǒng)汽車的特征，這些特征包括：(1)動力控制的快速響應；(2)動力分散的新型電力驅(qū)動方式；(3)新的車身安全性解決方案與輕量化技術(shù)應用；(4)底盤電動化、智能化和集成化。上述技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，必將大大增加汽車安全性和節(jié)能效果，進一步推動電動汽車安全性設(shè)計理念的變革，并簡化電動汽車的制造與生產(chǎn)方式。