NO.213電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)布置及設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)布置及設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車的定義純電動(dòng)汽車是完全由可充電電池（如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鋰離子電池）提供動(dòng)力源，以電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的汽車。其動(dòng)力系統(tǒng)主要由動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)組成，從電網(wǎng)取電或更換蓄電池獲得電能。電動(dòng)汽車最早的歷史可以追溯到19世紀(jì)后期，在1881年8-11月巴黎舉行的國(guó)際電器展覽會(huì)上，展出了法國(guó)人古斯塔夫·特魯夫研制的電動(dòng)三輪車，這是世界上第一輛電動(dòng)車輛，它采用多次性鉛酸充電電池和直流電動(dòng)機(jī)，可以實(shí)際操作使用，這輛車的誕生具有劃時(shí)代的意義。圖 純電動(dòng)汽車系統(tǒng)簡(jiǎn)圖純電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)：①零排放：純電動(dòng)汽車使用電能，在行駛中無(wú)廢氣排出，不污染環(huán)境。②能源效率高：電動(dòng)汽車的能源效率已超過(guò)汽油機(jī)汽車，特別是在城市中運(yùn)行，電動(dòng)汽車工具適宜。電動(dòng)汽省去了發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、油箱、冷卻和排氣系統(tǒng)等。④噪聲低：電動(dòng)汽車無(wú)內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的噪聲，電機(jī)噪聲也比內(nèi)燃機(jī)小。⑤節(jié)約能源：電動(dòng)汽車的應(yīng)用可有效地減少對(duì)石油資源的依賴。純電動(dòng)汽車的缺點(diǎn)：①續(xù)駛里程短、使用成本高：目前蓄電池單位重量?jī)?chǔ)存的能量少，價(jià)格高，電動(dòng)汽車的電池成本較高。至于使用成本，有些使用價(jià)格比燃油汽車價(jià)格高，有些價(jià)格則僅為燃油汽車價(jià)格的1/3，這主要取決于電池的壽命及當(dāng)?shù)氐挠汀㈦妰r(jià)格。②安全性：鋰離子蓄電池的安全性有待進(jìn)一步提高。③配套不完善：充電配套設(shè)施不完善，需要加大配套設(shè)施基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、車身、電氣設(shè)備四大部分組成。純電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)汽車相比，取消了發(fā)動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)生了改變，根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式不同，部分部件已經(jīng)簡(jiǎn)化或者取消，增加了電源系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)等新機(jī)構(gòu)。由于以上系統(tǒng)功能的改變，純電動(dòng)汽車改由新的四大部分組成：電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、底盤、車身、輔助系統(tǒng)。典型電動(dòng)汽車組成如圖3所示。主要包括電源系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)、整車控制器和輔助系統(tǒng)等。動(dòng)力電池輸出電能，通過(guò)電機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生動(dòng)力，再通過(guò)減速機(jī)構(gòu)，將動(dòng)力傳給驅(qū)動(dòng)車輪，使電動(dòng)汽車行駛。一般來(lái)說(shuō)，如果把電動(dòng)汽車看成是一個(gè)大系統(tǒng)，則該系統(tǒng)主要由電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)、電源子系統(tǒng)和輔助子系統(tǒng)組成。圖3中雙線表示機(jī)械連接；粗線表示電氣連接；細(xì)線表示控制信號(hào)連接；線上的箭頭表示電功率或控制信號(hào)的傳輸方向。來(lái)自加速踏板的信號(hào)輸入電子控制器并通過(guò)控制功率變換器來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩通過(guò)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。充電器通過(guò)汽車的充電接口向蓄電池充電。在汽車行駛時(shí)，蓄電池經(jīng)功率變換器向電動(dòng)機(jī)供電。當(dāng)電動(dòng)汽車采用電制動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)，將汽車的部分動(dòng)能回饋給蓄電池以對(duì)其充電，并延長(zhǎng)電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程。圖3整車控制原理圖現(xiàn)在高性能的電動(dòng)汽車通常是專門設(shè)計(jì)制造的，這種專門設(shè)計(jì)制造的電動(dòng)汽車以原有的車體和車架設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，滿足電動(dòng)汽車獨(dú)有的結(jié)構(gòu)要求并充分利用了電力驅(qū)動(dòng)的靈活性。與燃油汽車相比，電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是靈活的，這種靈活性源于電動(dòng)汽車具有以下幾個(gè)獨(dú)特的特點(diǎn)：首先，電動(dòng)汽車的能量主要是通過(guò)柔性的電線而不是通過(guò)剛性聯(lián)軸器和轉(zhuǎn)軸傳遞的，因此，電動(dòng)汽車各部件的布置具有很大的靈活性；其次，電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的布置不同（如獨(dú)立的四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和輪毅電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等）會(huì)使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)區(qū)別很大，采用不同類型的電動(dòng)機(jī)（如直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)）會(huì)影響到電動(dòng)汽車的質(zhì)量、尺寸和形狀；不同類型的儲(chǔ)能裝置（如蓄電池和燃料電池）也會(huì)影響電動(dòng)汽車的質(zhì)量、尺寸及形狀。另外，不同的補(bǔ)充能源裝置具有不同的硬件和機(jī)構(gòu)，例如蓄電池可通過(guò)感應(yīng)式和接觸式的充電機(jī)充電，或者采用替換蓄電池的方式，將替換下來(lái)的蓄電池再進(jìn)行集中充電。基本結(jié)構(gòu)：如圖2所示，電動(dòng)汽車系統(tǒng)可分為三個(gè)子系統(tǒng)，即電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)、主能源子系統(tǒng)和輔助控制子系統(tǒng)。圖2 電動(dòng)汽車基本結(jié)構(gòu)雙線表示機(jī)械連接，粗實(shí)線表示電氣連接；細(xì)線表示控制信號(hào)連接；箭頭表示電功率和控制信號(hào)流動(dòng)的方向。其中，電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)又由電控單元、功率轉(zhuǎn)換器、電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)車輪組成；主能源子系統(tǒng)由主電源、能量管理系統(tǒng)和充電系統(tǒng)構(gòu)成；輔助控制子系統(tǒng)具有動(dòng)力轉(zhuǎn)向、溫度控制和輔助動(dòng)力供給等功能。根據(jù)從制動(dòng)踏板和加速踏板輸入的信號(hào)，電子控制器發(fā)出相應(yīng)的控制指令來(lái)控制功率轉(zhuǎn)換器的功率裝置的通斷，功率轉(zhuǎn)換器的功能是調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)和電源之間的功率流。當(dāng)電動(dòng)汽車制動(dòng)時(shí)，再生制動(dòng)的動(dòng)能被電源吸收，此時(shí)功率流的方向要反向。能量管理系統(tǒng)和電控系統(tǒng)一起控制再生制動(dòng)及其能量的回收，能量管理系統(tǒng)和充電器一同控制充電并監(jiān)測(cè)電源的使用情況.輔助動(dòng)力供給系統(tǒng)供給電動(dòng)汽車輔助系統(tǒng)不同等級(jí)電壓并提供必要的動(dòng)力，它主要給動(dòng)力轉(zhuǎn)向、空調(diào)、制動(dòng)及其它輔助裝置提供動(dòng)力。除了從制動(dòng)踏板和加速踏板給電動(dòng)汽車輸入信號(hào)外，轉(zhuǎn)向盤輸入也是一個(gè)很重要的輸入信號(hào)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)向盤的角位置來(lái)決定汽車靈活地轉(zhuǎn)向?，F(xiàn)代電動(dòng)汽車很多采用三相交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，相應(yīng)的功率轉(zhuǎn)換器采用脈寬調(diào)制逆變器，機(jī)械變速傳動(dòng)系統(tǒng)一般采用固定速比的減速器或變速器與差速器。典型的結(jié)構(gòu)組成如圖3所示。鎳氫電池也是被電動(dòng)汽車廣泛采用的一種典型的動(dòng)力能源，相應(yīng)的能源補(bǔ)充系統(tǒng)就是充電器。雙線表示機(jī)械連接，粗實(shí)線表示電氣連接；細(xì)線表示控制信號(hào)連接；箭頭表示電功率和控制信號(hào)流動(dòng)的方向。圖3 典型電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu)純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置形式常見(jiàn)純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)形式有圖7所示的六種類型。圖7（a）～圖7（c）為電動(dòng)機(jī)中央驅(qū)動(dòng)，圖7（d）為雙電動(dòng)機(jī)電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)，圖7（e）、圖7（f）為輪轂電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。其中圖7（a）為電動(dòng)機(jī)中央驅(qū)動(dòng)形式，直接借用了內(nèi)燃機(jī)汽車的驅(qū)動(dòng)方案，由發(fā)動(dòng)機(jī)前置前驅(qū)發(fā)展而來(lái)，由電動(dòng)機(jī)、離合器、變速器和差速器組成。用電驅(qū)動(dòng)裝置替代了內(nèi)燃機(jī)，通過(guò)離合器將電動(dòng)機(jī)動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)輪進(jìn)行連接或動(dòng)力切斷，變速器提供不同的傳動(dòng)比以變更轉(zhuǎn)速—功率（轉(zhuǎn)矩）曲線匹配載荷的需求，差速器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎時(shí)兩車輪不同車速的行駛。圖7（b）為電動(dòng)機(jī)中央驅(qū)動(dòng)形式，由電動(dòng)機(jī)、固定速比減速器和差速器等構(gòu)成。在這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，利用電動(dòng)機(jī)在大范圍轉(zhuǎn)速變化中具有恒功率的特性，采用固定速比減速器，由于沒(méi)有離合器和變速器，因此可以減少機(jī)械傳動(dòng)裝置的體積和質(zhì)量。圖7（c）為另一種電動(dòng)機(jī)中央驅(qū)動(dòng)形式，它與前輪驅(qū)動(dòng)、橫向前置發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油汽車的布置形式相似，將電動(dòng)機(jī)、固定速比減速器和差速器集成一體，兩根半軸連接兩個(gè)驅(qū)動(dòng)車輪，這種布置形式在小型電動(dòng)汽車上應(yīng)用最普遍。圖7（d）為雙電動(dòng)機(jī)電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)方式，機(jī)械差速器被兩個(gè)牽引電動(dòng)機(jī)所代替，兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)各自車輪，轉(zhuǎn)彎時(shí)通過(guò)電子差速控制以不同車速行駛，省掉了機(jī)械差速器。圖7（e）為輪轂電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，電動(dòng)機(jī)和固定速比的行星齒輪減速器安裝在車輪里面，沒(méi)有傳動(dòng)軸和差速器，從而簡(jiǎn)化了傳動(dòng)系統(tǒng)。但是這種方式需要兩個(gè)或四個(gè)電動(dòng)機(jī)，其控制電路也比較復(fù)雜，這種驅(qū)動(dòng)方式在重型電動(dòng)汽車上有較廣泛的應(yīng)用。圖7（f）為另一種輪轂電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，舍棄電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)輪之間的機(jī)械傳動(dòng)裝置，采用低速外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輪，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制等價(jià)于輪速控制，要求電動(dòng)機(jī)在加速、起動(dòng)時(shí)具高轉(zhuǎn)矩特性。（a） （b）（c） （d）（e） （f）電驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式

圖7 驅(qū)動(dòng)布置形式圖采用不同的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可構(gòu)成不同結(jié)構(gòu)形式的電動(dòng)汽車。根據(jù)電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的不同，電動(dòng)汽車分為以下六種，如圖4所示。圖4電驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式C-離合器； D-差速器； FC-固定器； CB一變速器； M一電動(dòng)機(jī)圖4a）：由發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的燃油車發(fā)展而來(lái)，它由電動(dòng)機(jī)、離合器、齒輪箱和差速器組成，離合器用來(lái)切斷或接通電動(dòng)機(jī)到車輪之間傳遞動(dòng)力的機(jī)械裝置，變速器是一套具有不同速比的齒輪機(jī)構(gòu)，駕駛員可選擇不同的變速比，把力矩傳給車輪。在低速擋時(shí)，車輪獲得大力矩低轉(zhuǎn)速；在高速擋時(shí)，車輪獲得小力矩高轉(zhuǎn)速。汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)，內(nèi)側(cè)車輪的轉(zhuǎn)彎半徑小，外側(cè)車輪的轉(zhuǎn)彎半徑大，差速器使內(nèi)外車輪以不同轉(zhuǎn)速行駛。如果用固定速比的減速器，去掉離合器，可減少機(jī)械傳動(dòng)裝置的質(zhì)量、縮小其體積。圖4b：由電動(dòng)機(jī)、固定速比的減速器和差速器組成電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)的電動(dòng)汽車由于沒(méi)有離合器和可選的變速擋位，不能提供理想的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性，因而不適合于使用發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油汽車。圖4c）：這種結(jié)構(gòu)與發(fā)動(dòng)機(jī)橫向前置、前輪驅(qū)動(dòng)的燃油汽車的布置方式類似，它把電動(dòng)機(jī)、固定速比減速器和差速器集成為一個(gè)整體，兩根半軸連接驅(qū)動(dòng)車輪，這種結(jié)構(gòu)在小型電動(dòng)汽車上應(yīng)用最普遍。圖4d）：雙電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)就是采用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)通過(guò)固定速比的減速器分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)車輪，每個(gè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以獨(dú)立地調(diào)節(jié)控制，便于實(shí)現(xiàn)電子差速，因此，電動(dòng)汽車不必選用機(jī)械差速器。2.2.5電動(dòng)機(jī)也可以裝在車輪里面，稱為輪毅電動(dòng)機(jī)，可進(jìn)一步縮短從電動(dòng)機(jī)到驅(qū)動(dòng)車輪的傳遞路徑。圖4e）：為了將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低到理想的車輪轉(zhuǎn)速，可采用固定減速比的行星齒輪變速器，它能提供大的減速比，而且輸入和輸出軸可布置在同一條軸線上。圖4f）：表示了另一種使用輪毅電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)采用低速外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，徹底去掉了機(jī)械減速齒輪箱，電動(dòng)機(jī)的外轉(zhuǎn)子直接安裝在車輪的輪緣上，車輪轉(zhuǎn)速和電動(dòng)汽車的車速控制完全取決于電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)速控制。電源系統(tǒng)電源系統(tǒng)（圖4）主要包括動(dòng)力電池、電池管理系統(tǒng)、車載充電機(jī)及（包括磷酸鐵鋰離子蓄電池、三元鋰離子蓄電池等）。電池管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)力電池的使用情況，對(duì)動(dòng)力電池的端電壓、內(nèi)阻、溫度、蓄電池電解液濃度、電池剩余電量、放電時(shí)間、放電電流或放電深度等動(dòng)力蓄電池狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，并按動(dòng)力電池對(duì)環(huán)境溫度的要求進(jìn)行調(diào)溫控制，通過(guò)限其信號(hào)流向輔助系統(tǒng)，并在組合儀表上顯示相關(guān)信息，以便駕駛員隨時(shí)掌握車輛信息。車載充電機(jī)是把電網(wǎng)供電制式轉(zhuǎn)換為對(duì)動(dòng)力電池充電要求的制式，即把交流電（220V或380V）轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電壓（240～410V）的直流電。并按要求控制其充電電流（家庭充電一般為10或16A）。輔助動(dòng)力源一般為12V或24V的直流低壓電源，它主要給動(dòng)力轉(zhuǎn)向、制動(dòng)力調(diào)節(jié)控制、照明、空調(diào)、電動(dòng)車窗等各種輔助用電裝置提供所需的能源。圖4 電源系統(tǒng)儲(chǔ)能裝置的結(jié)構(gòu)形式采用不同類型的儲(chǔ)能裝置，如不同的蓄電池、燃料電池、超大電容器和高速飛輪等，構(gòu)成不同的電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)，圖5所示的是六種典型的結(jié)構(gòu)。圖5 儲(chǔ)能裝置的結(jié)構(gòu)形式B一蓄電池； C一電容器； FC一燃料電池FW-超高速飛輪； P一功率轉(zhuǎn)換器； R一重整圖5（a）所示的是現(xiàn)在電動(dòng)汽車所獨(dú)有的以蓄電池作動(dòng)力源的一種結(jié)構(gòu)，蓄電池可以布置在車的四周，也可以集中布置在車的尾部或者布置在底盤下面。所選用的蓄電池應(yīng)該能提供足夠高的比能量和比功率，并且在車輛制動(dòng)時(shí)能回收再生制動(dòng)能量。同時(shí)具有高比能量和高比功率的蓄電池對(duì)電動(dòng)汽車而言是最理想的動(dòng)力能源，比能量影響汽車的行駛里程，而比功率影響汽車的加速性和爬坡能力。問(wèn)題，可以在電動(dòng)汽車上同時(shí)采用兩種不同的蓄電池，其中一種能提供高比能量，另外一種提供高比功率。圖5（b）顯示的是這種蓄電池一電池作混合動(dòng)力能源的基本結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)不僅分離了對(duì)比能量和比功率的要求，而且在汽車下坡或制動(dòng)時(shí)可利用蓄電池回收能量。的發(fā)電裝置。燃料電池的工作原理是利用可逆的電解過(guò)程，即用氫氣和氧氣結(jié)合產(chǎn)生電和水。氫氣可以儲(chǔ)存在一個(gè)車載的氫氣罐里，而氧氣可以直接從空氣中獲得。燃料電池能提供高的比能量但不能回收再生制動(dòng)能量，因此最好與一種能提供高比功率且能高效回收制動(dòng)能量的蓄電池結(jié)合在一起使用。圖5（e）所示的就是用燃料電池和蓄電池作混合動(dòng)力的結(jié)構(gòu)框圖。的形式儲(chǔ)存，還可以由常溫的液態(tài)燃料如甲醇或汽油隨車產(chǎn)生。圖（d）是一個(gè)帶小型重整器的電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，燃料電池所需的氫氣由重整器隨車產(chǎn)生。當(dāng)用蓄電池與電容器進(jìn)行混合時(shí)，所選的蓄電池必須能提供高比能量，因?yàn)殡娙萜鞅旧肀刃铍姵鼐哂懈叩谋裙β屎透咝Щ厥罩苿?dòng)能量的能力。由于用在電動(dòng)汽車上的電容器（通常稱為超大容量電容器）相對(duì)而言電壓較低，所以需要在蓄電池和電容器之間加一個(gè)DC--DC功率轉(zhuǎn)換器。圖5（e）顯示了蓄電池和電容器作混合動(dòng)力的結(jié)構(gòu)框圖。與超大容量電容器類似，飛輪是另外一種新興的具有高比功率和高效制動(dòng)能量回收能力的儲(chǔ)能器。用于電動(dòng)汽車的飛輪與傳統(tǒng)低速笨重的飛輪是不同的，這種飛輪質(zhì)量輕，且在真空下高速動(dòng)轉(zhuǎn)，超高速飛輪與具有兩種工作模式（電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)）的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子相結(jié)合，能夠?qū)㈦娔芎蜋C(jī)械能進(jìn)行雙向轉(zhuǎn)換。圖5（f）顯示了這種飛飛輪最好與無(wú)刷交流電動(dòng)機(jī)結(jié)合使用，因?yàn)檫@種電動(dòng)機(jī)的效率比直流電動(dòng)機(jī)高，因而應(yīng)在蓄電池和飛輪之間加一個(gè)AC--DC轉(zhuǎn)換器。驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如圖5）是電動(dòng)汽車的核心，也是區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)汽車的最大不同點(diǎn)。一般地，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電子控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功用是將存儲(chǔ)在蓄電池中的電能高效地轉(zhuǎn)化為車輪的動(dòng)能進(jìn)而推進(jìn)汽車行駛，并能夠在汽車減速制動(dòng)或者下坡時(shí)，實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的作用是將電源的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過(guò)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)或直接驅(qū)動(dòng)車輪。早期電動(dòng)汽車上廣泛采用直流串激電動(dòng)機(jī)，這種電動(dòng)機(jī)具有“軟”的機(jī)械特性，與汽車的行駛特性非常適應(yīng)。但直流電動(dòng)機(jī)由于存在換向火花、比功率較小、效率較低和維護(hù)保養(yǎng)工作量大等缺點(diǎn)，隨著電動(dòng)機(jī)技術(shù)和電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，正在逐漸被直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)（BCDM）、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（SRM）和交流異步電動(dòng)機(jī)所取代。圖5 驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)單電動(dòng)機(jī)或多電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)形式差速器是傳統(tǒng)車輛的標(biāo)準(zhǔn)組件，電動(dòng)汽車也采用這項(xiàng)技術(shù)。汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，外側(cè)車輪的轉(zhuǎn)彎半徑比內(nèi)側(cè)車輪大，必須利用差速器來(lái)調(diào)整兩側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速，否則，車輪會(huì)產(chǎn)生滑移從而引起輪胎磨損加劇、轉(zhuǎn)向困難、道路附著性能變差等。對(duì)于傳統(tǒng)的燃油汽車，無(wú)論是前輪驅(qū)動(dòng)還是后輪驅(qū)動(dòng)，機(jī)械式差速器都是必備的。圖6所示為典型的機(jī)械差速器的結(jié)構(gòu)，差速器的行星齒輪繞各自的軸旋轉(zhuǎn)，從而使兩個(gè)半軸齒輪能以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。圖圖6 機(jī)械差速器這種情況下，電動(dòng)汽車可以不用機(jī)械差速器。圖7所示的是帶電子差速器過(guò)監(jiān)測(cè)器來(lái)監(jiān)視彼此的工作情況以改善其可靠性。圖圖7 電子差速器輪毅電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)形式如果將驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)直接安裝在車輪上，可以縮短甚至可以去掉電動(dòng)機(jī)與車輪之間的機(jī)械傳遞裝置，這取決于是采用高速內(nèi)轉(zhuǎn)子還是低速外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)。若采用高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，則必須裝固定速比的減速器來(lái)降低車速。一般采用高減速比的行星齒輪減速裝置，安裝在電動(dòng)機(jī)輸出軸和車輪輪緣之間，這種電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的工作轉(zhuǎn)速約為10000r/min，目的是為了獲得更高的功率密度。電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速主要受線圈損失、摩擦損失以及變速機(jī)構(gòu)的承受能力等因素的限制，所選用的行星齒輪變速機(jī)構(gòu)的速比為10：1，而車輪的轉(zhuǎn)速范圍則降為0-1000r/min。若采用低速外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，則可以完全去掉變速裝置，外轉(zhuǎn)子就安裝在車輪輪緣上，而且電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和車輪轉(zhuǎn)速相等，因而就不需要減速裝置，圖8所示為這兩種內(nèi)置輪式電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，采用的都是永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，由于其具有顯著的高功率密度的特點(diǎn)，因而比其它電動(dòng)機(jī)性能更高些。高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕和成本低的優(yōu)點(diǎn)，但它需要加行星齒輪變速機(jī)構(gòu)。而低速外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需齒輪變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，但它是以低速電動(dòng)機(jī)的體積大、質(zhì)量大和成本高為代價(jià)的。這兩種輪毅電動(dòng)機(jī)在現(xiàn)代電動(dòng)汽車上都有應(yīng)用。圖8 輪毅電動(dòng)機(jī)動(dòng)（a）內(nèi)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī) （b）外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置目前，電動(dòng)汽車主要在市區(qū)和城市近郊使用，它所遇到的工況多種多樣，它的最低穩(wěn)定行駛車速34km/h，最高車速可達(dá)100km/h，甚至更高。電動(dòng)汽車在行駛過(guò)程中所遇到的阻力變化很大。通常汽車的排擋范圍（適應(yīng)行駛阻力變化的范圍）為4-9，越野行駛的軍用車輛排擋范圍最高可達(dá)16，因此，有必要在發(fā)動(dòng)機(jī)和車輪之間裝一個(gè)4-5擋的變速器。電動(dòng)汽車在行駛過(guò)程中其阻力變化范圍在6倍以上，而電動(dòng)機(jī)的力矩變化范圍不能滿足電動(dòng)汽車行駛性能的要求，因此，在電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)輪之間需要安裝一個(gè)機(jī)械減速器或變速器。另一方面，可以使電動(dòng)機(jī)經(jīng)常保持在高效率的工作范圍內(nèi)工作，減輕電動(dòng)機(jī)和動(dòng)力電池組的負(fù)荷。同時(shí)可以減輕電動(dòng)機(jī)和動(dòng)力電池組的負(fù)荷，提高工作效率，而傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜。對(duì)于小型電動(dòng)汽車車輛，采用一級(jí)或兩級(jí)減速齒輪箱，將電動(dòng)機(jī)、減速齒輪箱與差速器進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，直接與汽車的驅(qū)動(dòng)軸安裝聯(lián)結(jié)在一起。1988年由Ford和GE公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的ETX電動(dòng)汽車，其電動(dòng)機(jī)、兩速變速器和差速器設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，并直接安裝聯(lián)結(jié)在后軸上，電動(dòng)機(jī)軸為空心軸，汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，與兩根半軸一起實(shí)現(xiàn)差速轉(zhuǎn)動(dòng)。整車控制器整車控制器是電機(jī)系統(tǒng)的控制中心。它對(duì)所有的輸入信號(hào)進(jìn)行處理，并將電機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的信息發(fā)送給整車控制器。根據(jù)駕駛員輸入的加速踏板和制動(dòng)踏板的信號(hào)，向電機(jī)控制器發(fā)出相應(yīng)的控制指令，對(duì)電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、加速、減速、制動(dòng)控制。管理系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電反饋，使動(dòng)力蓄電池反向充電。整車控制器還對(duì)動(dòng)力蓄電池充放電過(guò)程進(jìn)行控制。對(duì)于與汽車行駛狀況有關(guān)的速度、功率、電壓、電流等信息傳輸?shù)杰囕d信息顯示系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)字或模擬顯示。電機(jī)控制器內(nèi)含功能診斷電路。當(dāng)診斷出現(xiàn)異常時(shí)，它將會(huì)激活一個(gè)錯(cuò)誤代碼，發(fā)送給整車控制器。電機(jī)控制系統(tǒng)使用了以下傳感器來(lái)提供電機(jī)的工作信息。電流傳感器：用以檢測(cè)電機(jī)工作的實(shí)際電流（包括母線電流、三相交流電流）；電壓傳感器：用以檢測(cè)供給電機(jī)控制器工作的實(shí)際電壓（包括高壓電池電壓、蓄電池電壓）；溫度傳感器：用以檢測(cè)電機(jī)控制系統(tǒng)的工作溫度（包括模塊溫度、電機(jī)控制器溫度）。輔助系統(tǒng)輔助系統(tǒng)（圖6）包括車載信息顯示系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、空調(diào)、照明及除霜裝置、刮水器和收音機(jī)等，借助這些輔助設(shè)備來(lái)提高汽車的操縱性和成員的舒適性。圖6 輔助系統(tǒng)圖電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題電動(dòng)汽車的研究和應(yīng)用使汽車動(dòng)力裝置發(fā)生了根本的變化。在汽車?yán)碚摗⒂?jì)算、設(shè)計(jì)及各個(gè)系統(tǒng)的要求、組成等方面都有變化，增加了新的概念、思路及內(nèi)容。目前，電動(dòng)汽車仍然是“能量不充?！钡能囕v，如何能更好地利用車載能量是設(shè)計(jì)中的核心問(wèn)題。設(shè)計(jì)時(shí)首先要考慮汽車的主要用途及形式。市區(qū)用小客車及輕型載貨汽車以市區(qū)行駛循環(huán)方式使用，相對(duì)在公路上行駛為主的汽車而言，起動(dòng)較頻繁，能量利用效率低，對(duì)排放及加速性要求較高，續(xù)駛里程的要求相對(duì)可以較低，有可能較好地利用制動(dòng)回收能量。而主要在公路上行駛的電動(dòng)汽車，特別是在高速公路上行駛時(shí)，則對(duì)汽車速度及續(xù)駛里程要求較高。其次，電動(dòng)汽車的價(jià)格比傳統(tǒng)汽車的價(jià)格高。要根據(jù)電動(dòng)汽車的特點(diǎn)選擇較合適的現(xiàn)有車型改裝。決定采用什么形式的電池、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及控制方案等。力求降低汽車質(zhì)量，如何利用減速制動(dòng)回收的能量則是電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)中另一核心問(wèn)題?，F(xiàn)有汽油車或柴油機(jī)車并不適合改裝成電動(dòng)汽車，為了達(dá)到高性能的要求，還是要根據(jù)電動(dòng)汽車的特點(diǎn)設(shè)計(jì)新的車身及底盤。電動(dòng)汽車的行駛性能電動(dòng)汽車與內(nèi)燃機(jī)汽車在外表上沒(méi)有什么區(qū)別，它們都采用橡膠輪胎，電動(dòng)汽車行駛時(shí)，車輪與地面之間相互接觸與相互作用，以及它們之間的力學(xué)過(guò)程也不存在本質(zhì)的區(qū)別。它們之間的主要差別是采用了不同的動(dòng)力源，內(nèi)燃機(jī)汽車是燃油混合氣體在內(nèi)燃機(jī)中燃燒作功，從而推動(dòng)汽車前進(jìn)，電動(dòng)汽車是由蓄電池提供電能，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車行駛。因此，這兩種汽車的動(dòng)力性既有相同之處又有區(qū)別。（1）式中：Ft—電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)力；Ff一電動(dòng)汽車行駛時(shí)的滾動(dòng)阻力；FW一電動(dòng)汽車行駛時(shí)的空氣阻力；Fj—電動(dòng)汽車行駛時(shí)的加速阻力；Fi—電動(dòng)汽車行駛時(shí)的坡道阻力。這是分析電動(dòng)汽車行駛性能的基礎(chǔ)。驅(qū)動(dòng)力電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)輸出軸輸出轉(zhuǎn)矩M，經(jīng)過(guò)減速齒輪傳動(dòng)，傳到驅(qū)動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)矩Mt，使驅(qū)動(dòng)輪與地面之間產(chǎn)生相互作用，車輪與地面作用一圓周力，同時(shí)，地面對(duì)驅(qū)動(dòng)輪產(chǎn)生反作用力Ft。Ft方向與驅(qū)動(dòng)輪前進(jìn)方向一致，是推動(dòng)汽車前進(jìn)的外力，定義為電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)力。有：式中：Ft-驅(qū)動(dòng)力（N）；M—電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩（Nm）；ig-減速器或者變速器傳動(dòng)比；io一主減速器傳動(dòng)比；η—電動(dòng)汽車機(jī)械傳動(dòng)效率；r--驅(qū)動(dòng)輪半徑（M）電動(dòng)機(jī)的功率與轉(zhuǎn)矩對(duì)串激式直流電動(dòng)機(jī)的功率與轉(zhuǎn)矩特性如圖9所示，串激式交流電動(dòng)機(jī)的功率與轉(zhuǎn)矩特性如圖10所示。這些特性圖上有三條曲線，即連續(xù)功率、小時(shí)功率和起動(dòng)功率（瞬時(shí)功率）。起動(dòng)功率和小時(shí)功率均大于連續(xù)功率。由于電動(dòng)機(jī)發(fā)熱，起動(dòng)功率與小時(shí)功率使用時(shí)間受到限制。這個(gè)特點(diǎn)使得車輛在一段時(shí)間得到較大加速度或者克服較大的坡道圖9 加載時(shí)間不同時(shí)串激式直流電動(dòng)機(jī)的功率與轉(zhuǎn)圖10 加載時(shí)間不同時(shí)串激式交流電動(dòng)機(jī)的功率與轉(zhuǎn)矩特性電動(dòng)汽車的動(dòng)力性汽車在行駛過(guò)程中，汽車的驅(qū)動(dòng)力與行駛阻力始終保持平衡，這種平衡關(guān)系通常由汽車行駛方程式（1）表示。利用行駛方程式通過(guò)解析法或者圖解法即可分析汽車的動(dòng)力性能。繪制給定汽車的驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力平衡圖時(shí)，己知數(shù)據(jù)有：電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)效率、車輪半徑、汽車空氣阻力系數(shù)、汽車的迎風(fēng)面積。利用式（3）（4）利用上述計(jì)算結(jié)果，即可畫出驅(qū)動(dòng)力圖。再將不同車速下的滾動(dòng)阻力和空氣阻力之和畫在驅(qū)動(dòng)力圖上，如圖11所示。總體布置

圖11 驅(qū)動(dòng)力一行駛阻力圖電動(dòng)汽車總體布置在很多方面可以參考傳統(tǒng)汽車的布置原則。采用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方案不一樣，則布置情況及復(fù)雜程度也會(huì)不一樣。總的來(lái)說(shuō)電動(dòng)汽車布置方面的靈活性較大，與傳統(tǒng)汽車不一樣，只有一部分需要?jiǎng)傂缘臋C(jī)構(gòu)零、部件連接。相當(dāng)多的部分則通過(guò)柔性的導(dǎo)線連接。電動(dòng)汽車布置方面的特別問(wèn)題是電池及控制系統(tǒng)導(dǎo)線布置。電池的布置：電動(dòng)汽車用的電池并不像傳統(tǒng)汽車起動(dòng)及輔助設(shè)備用的電池那么簡(jiǎn)單，情況要復(fù)雜得多。首先電池質(zhì)量較大，占整車質(zhì)量的20%-40%，隨汽車的對(duì)電池總?cè)萘康囊蠹八x型式的不同而不同，電池個(gè)數(shù)多，占的空間大。此外，有些電池需要使電解液強(qiáng)制循環(huán)；需要加溫、保溫、散熱、控制溫度；需要監(jiān)測(cè)充電、放電程度；對(duì)充電、使用及制動(dòng)回收能量等進(jìn)行電子控制自動(dòng)管理。因此不是布置兒個(gè)電池單元的問(wèn)題，而是要布置整個(gè)電池系統(tǒng)。在布置電池時(shí)要考慮以下原則及問(wèn)題：?jiǎn)卧姵氐耐庑?、尺寸及?dǎo)線連接方式：多數(shù)車用牽引動(dòng)力電池是立方體形，也有少數(shù)是圓筒形。除了單元電池之間的導(dǎo)線連接要考慮串聯(lián)還是并聯(lián)外，還要考慮電池系統(tǒng)與電動(dòng)機(jī)、控制器之間的連接方式，力求線路整齊、簡(jiǎn)潔，減少阻抗。安全性：應(yīng)使乘客安全有保障。最好能將電池布置在離乘客較人員受傷。還要有防火的措施。前后軸的質(zhì)量分配：由于電池使汽車質(zhì)量增加較多，因此布置后軸要承擔(dān)的整車質(zhì)量基本上各占1/2左右。散熱及溫度控制的需要：電池的電化學(xué)反應(yīng)往往伴隨一定數(shù)量但需要較復(fù)雜的技術(shù)措施及裝置。維護(hù)及更換方便：盡管多數(shù)電池單元可以免維護(hù)，但就整個(gè)系懸掛等方面設(shè)計(jì)的變動(dòng)由于電池對(duì)車身底盤質(zhì)量增加很多，而且前后軸質(zhì)量分配情況也有所變動(dòng)，因此對(duì)用來(lái)改裝的原汽車的車架強(qiáng)度、車身支承、懸掛設(shè)計(jì)以及車輪輪胎選型等必須重新考慮，進(jìn)行分析。必要時(shí)改進(jìn)設(shè)計(jì)，例如改動(dòng)懸掛的彈簧設(shè)計(jì)。加強(qiáng)支承電池系統(tǒng)部分的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及剛度。又如設(shè)計(jì)帶有加強(qiáng)筋片的整體式電池箱，配置與下面縱梁相接的橫梁。車門也需要采取加強(qiáng)防撞的措施，增加橫梁，以便能更好地承受來(lái)白汽車前、后方及側(cè)面的撞擊。電動(dòng)汽車必須采用專門輪胎，降低②設(shè)計(jì)新的胎面花紋，例如將胎面上的小棱塊排列成肋條狀，棱塊上刻有細(xì)紋，既能降低滾動(dòng)阻力，又能適應(yīng)潮濕路面的需要；③改進(jìn)輪胎載面形狀，能產(chǎn)生合適的變形，既能保持乘坐的舒適性，又能降低輪胎質(zhì)量；④提高輪胎內(nèi)壓力，大多在300kPa以上。車內(nèi)輔助設(shè)備的選型及設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車既沒(méi)有傳統(tǒng)汽車內(nèi)燃動(dòng)力的冷卻水系統(tǒng)及排氣熱量可利用裝置，車上儲(chǔ)存能量又不多，因此，車用輔助設(shè)備選型及設(shè)計(jì)時(shí)，需仔細(xì)考慮選用什么能源及如何節(jié)能。特別是車用空調(diào)及取暖設(shè)備，目前較多的電動(dòng)汽車是采用熱泵以及電或燃油加熱器。熱泵可以將低品位的熱量轉(zhuǎn)化成可以利用的高品位能量。有些車載熱泵部件利用Ikw的輸入電能，提供相當(dāng)于3kw的制冷能力。質(zhì)量和質(zhì)心位置：電動(dòng)汽車的質(zhì)量和質(zhì)心位置是影響電動(dòng)汽車行駛的重要參數(shù)。在整車設(shè)計(jì)之初，合理地選擇電動(dòng)汽車的質(zhì)量和質(zhì)心位置可以起到事半功倍的作用。設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車最重要的一條準(zhǔn)則是：在滿足電動(dòng)汽車性能的前提下，實(shí)現(xiàn)最低的汽車質(zhì)量。電動(dòng)汽車在行駛過(guò)程中所消耗的能量是由車上的動(dòng)力電池提供的。在電池技術(shù)未取得突破性的進(jìn)展之前，目前動(dòng)力電池的比功率和比能量都較低，而電動(dòng)汽車的總質(zhì)量比同類燃料油車重10%--20%。電動(dòng)汽車每增加的質(zhì)量，其百公里能耗就增加5-10Wh的電能。車上的質(zhì)量需要增加至少支持結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。降低車重的措施在于：應(yīng)在車上廣泛采用新技術(shù)、新材料、新工藝。在電動(dòng)小客車上，以100km的續(xù)駛里程計(jì)，需裝鉛酸電池或鎳氫電池或鏗離子電池。采用先進(jìn)的交流電動(dòng)機(jī)，其比功率可達(dá)。本田汽車公司生產(chǎn)的Insight混合電動(dòng)轎車，采用壓鑄、鍛壓、模壓鋁合金部件和ABS三元聚合物材料，使其車身比鋼結(jié)構(gòu)的車身降低質(zhì)量40%。該車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿采用鑄鋼件，連桿表面經(jīng)過(guò)滲碳處理