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新能源电动汽车四驱系统详解

时间:2018-01-19 来源:

在这个新能源汽车快速发展的时代,各种新名词层出不穷。比亚迪唐的“极速电四驱”,雷克萨斯的“E-FOUR”、三菱的“双电机4WD”、特斯拉的“双电机全轮驱动”等等等等。其实这些都是电动四驱的别名。四驱技术的核心性能,就是增大汽车的抓地力,在任何路面都能游走自如。而电动四驱,在物理层面与传统四驱不同,却也能够达到相同的效果。今天本文的主角便是电动四驱技术,同时小编还推荐了关于特斯拉的四驱电动汽车,一起来了解一下。

新能源电动汽车四驱系统详解

 

新能源电动汽车四驱系统详解_电动汽车四驱特斯拉介绍

 

一、电动四驱系统与传统四驱系统的差异

传统四驱系统实际上就是普通燃油车通过分动器、传动轴及差速器等主要的传统部件实现四轮驱动,发动机是其唯一仅有的动力来源。在传统的四驱系统里面,分动器、传动轴及差速器这些零件是必须存在的,它们主要是实现动力的传递和分配,而这些零件在电动四驱系统中是可以部分甚至全部取消。

在电动四驱系统中,允许存在多个动力来源,可以是传统发动机,也可以是电机,但一套“电动四驱”系统里至少存在一台可以驱动车辆的电机,正是多股动力的存在,才免去了动力分配和传递的零件。其中,差速器(差速锁)的类型决定了传统四驱系统的操控性能、越野性能、脱困性能等,简单地说就是硬件决定性能。而电动四驱系统实际上并非单纯依靠零部件的优劣决定其各项性能,宏观世界主要通过ECU控制其前后桥、车轮间的扭矩分配,其实就是软件决定性能。在大多数传统SUV上面普及的电子辅助系统,也可在新能源汽车上得到应用,考虑到电子辅助系统的性能在进一步强化,未来在新能源车上的使用率应该很高。

 

新能源电动汽车四驱系统详解_电动汽车四驱特斯拉介绍

 

二、电动车如何实现四驱

1、单电机配传动

轴纯电动汽车的基本结构和我们儿时玩的四驱车大致相当,而四驱车通过一根传动轴(图1)就能实现简单的“全时四驱”,这种方式同样能应用到纯电动汽车上。

 

新能源电动汽车四驱系统详解_电动汽车四驱特斯拉介绍

 

以宝马X5 Xdrive40e为例(虽然非纯电动汽车),它只有一台 电机,设置在发动机和变速器之间,依靠传统的四驱系统结构实 现四轮传动。这种结构最大的优点便是结构简单,由于电机的设 置在变速器之前,车辆的匹配工作主要集中在发动机和电机进行 融合时的平顺性,前后桥间的扭矩分配也只需用普通X5的那套逻 辑便可。无论是研发成本和制造成本都能得到极大的控制,可谓 本小利大。不过,随之而来的是较大的车重和较低的传动效率, 一定程度上会影响车辆纯电续航里程。

目前,这种技术多用于欧洲车企的混合动力车型,尤其是豪 车集团(ABB等),主要原因还是技术相对简单、容易实现,并且 欧洲厂商普通认同混合动力技术仅仅是短暂的过渡技术罢了,其 研发导向更多的是向纯电动、氢能源或者生物能源发展,甚至可 以认为目前欧洲车企大部分的混动技术、电动四驱技术只是应付 欧盟超级严苛的减排政策。

2、双电机全轮驱动

前后驱动桥各布置一台电机,伴以传统的差速器实现四 驱。目前只有特斯拉的轿车和SUV采用这种结构。特斯拉 Model S P85D是首个使用该种布置方式的量产纯电动车型, 特斯拉工程师通过在普通Model S的前轴加装一个与后桥一样 的电机实现,换来的却是相当优秀的运动性能,尤其是加速性 能,Model S四驱版的官方百公里加速为2.8s,特斯拉双电机 驱动系统如图2所示。

 

新能源电动汽车四驱系统详解_电动汽车四驱特斯拉介绍

 

理论上,只要特斯拉愿意通过调整控制逻辑,这种结构便可 实现任何一种四驱(全时、分时、适时),更不用说简单的前驱和 后劲了。

特斯拉Model X 则是采用特斯拉Model S 的平台设计的,所 以其通过性能及越野性能主要由电子辅助系统决定,这基本是主流 城市SUV用的。当然,我们不能确定特斯拉Model X 是否会配备 传统的差速锁,如果可能,电动汽车的越野性能也相当值得期待。

3、轮毂电机或轮边电机(四个电机)

轮毂电机或轮边电机的区别在于:前者的轮毂就是电机的转 子,而轴承座(羊角)作为定子。后者则是普通电机安置在车轮旁 边,需要传动轴驱动车辆,轮毂电机爆炸图如图3所示。

 

新能源电动汽车四驱系统详解_电动汽车四驱特斯拉介绍

 

这种结构也能和双电机的结构一样,原理上可以实现任何一 种驱动形式,但是由于成本过高,目前还没有厂家推出量产车, 更多的是作为试验车或者改装车存在,就如巴博斯给奔驰E级装 上四个轮毂电机。

四轮电机可以极大地节省空间,并且每个车轮都是一个独立的动力单元,反应更快,效率更高,是目前传统四驱技术无法做到的。如果电气系统的可靠性足以媲美传统机械式四驱系统,那么采用轮毂电机或轮边电机的SUV,其越野能力(脱困能力)在理论上是完全可以超越当前所有硬派SUV的。

三、电动四驱系统的优缺点

整体而言,电动四驱系统能够取消部分传动零件,以提高空间的利用效率及传递效率,最直观的便是后排地台的凸起程度及油耗(电耗)的高低。

根据车辆定位属性,可以轻易改变车辆的驱动方式(前驱、后驱)。以具备前后电机的电动车为例,在同一台车辆上,理论上通过调整控制逻辑就能满足这两种不同需求,目前传统四驱系统暂时无法轻易实现的。

而电动四驱系统完全依靠电气零件,在各种恶劣的野外场地下其可靠性和稳定性表现都令人担忧。尤其是电池在温度较低时,会产生亏电情况,对于经常在酷寒地区使用的车辆无疑会有极大的影响。所以,电动四驱系统暂时仅适配于轿车和城市SUV。

四、电动四驱的应用

随着技术的进步,特别是新能源的发展,汽车的四驱技术开始从传统的机械四驱,逐步向电控四驱演进。尽管同属电动四驱,也有不同的类型。下面就是实际应用中不同的三种四驱方案。

1、雷克萨斯NX 300h :

这款车有前驱和四驱两个版本。它的四驱版不是装配了某套四驱系统,把前桥的动力分配了一部分给后桥,而是采取了前桥由发动机、电动机驱动,后桥由一个单独的电机驱动,由此形成了四驱。但即便是这种形式,NX 300h依然是一个适时四驱车型,平时只由前轮驱动,后桥的电机只有在后轮打滑时才会介入。款插电式混合动力车型,前轮由发动机、电机驱

2、沃尔沃V60 Plug-in Hybrid:

该车是动,后轮也是由一个独立的电机驱动。与NX 300h不同的是,这款V60属于全时四驱,其詬轮会一直输出动力。

3、特斯拉Model S P85D:

由于是纯电动车,它的四驱模式更加简单,那就是前、后桥分别安装一台电动机。相比发动机+机械四驱的传统设计,电动车的四驱实现了彻底的电控化,对于扭矩的调整更加精准。

五、电动四驱的终极形态

作为一个新兴技术,电动四驱在目前也远远没有发展到自己的最终形态,还有许多可以提升的方面。分布在四轮同时驱动的“轮毂电机”或许将会是电动四驱的最终形态。

以传统燃油车打个比方,发动机就好比一个“老师”,四个轮子就好比“四个孩子”。一个“老师”很难同时兼顾“四个孩子”,但两个“老师”管两个“孩子”就会好很多。那最终为何不让四个“老师”来做这件事情呢?轮毂电机顾名思义,就是将电机安装在轮毂之上,四个轮毂电机负责给四个轮胎提供动力。

这种形式已经可以满足各种路况的需求。轮毂电机甚至可以让单一轮胎获得100%的动力,而其他轮胎甚至可以到0%。轮毂电机其实早在1900年就由费迪南保时捷提出并且实现,只不过受当时电池等等技术的影响,效果并不理想。过现在,轮毂电机似乎可以成为电动四驱的的终极形态。

 

新能源电动汽车四驱系统详解_电动汽车四驱特斯拉介绍

 

电动汽车四驱特斯拉

针对于电动车款的车体构架而言,特斯拉电动车在传动系统中并不会应用到传统变速箱作为传递动力的媒介,而是将其简化为一台变扭器,从而以更为高效直接的方式传递动力。不仅如此,作为电动四驱系统,车辆也并未配备有连接至前后桥的主传动轴,而是采用两组不同规格的电动马达,进而分别驱动前轮与后轮,从而降低动力在传递过程中的不必要损耗,进而提升电能利用率,最终提升车辆的续航里程。

目前,特斯拉旗下包括了3款电动车,分别为Model S、Model 3和Model X,且涵盖了轿跑车、轿车与SUV车型。未来,就以上3款车型而言,特斯拉有望推出配备全时四轮驱动系统的版本。由于电动车款在动力配置的设计方面更为简单,因此仅需在前轴两侧加装两根半轴,以及额外加装一台变扭器,从而仅以小幅增加了车体的整备质量为代价,便达到了提升传递效率的目标,最终使3款车型的续航里程均突破320公里。

 

新能源电动汽车四驱系统详解_电动汽车四驱特斯拉介绍

 

 

 

搭载全时四驱系统的特斯拉车款将在2018年正式发布,并且还有望引入一款全新电动车款——Model C。这款全新电动轿车的续航里程有望突破150公里,并且售价仅为15,000欧元,而折合成人民币则为109,524元。与此同时,在Model C发布后,特斯拉还有望推出旗下全新电动敞篷跑车Model R,从而进一步完善产品线。

 

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