| 三、充分发挥电动汽车用电机驱动控制的各种应有技术优势
通过对发动机功率Pe、转矩Ttq和有效燃油消耗率b随其曲轴转速n的变化曲线即其外特性，以及发动机与电动机动力特性曲线的比较分析[2]，说明传统汽车为适应发动机能高效产生转矩的转速范围很窄等特点须采用庞大而复杂的变速机构。而电动机可在相当宽广的调速范围高效产生转矩, 现代电机直接转矩控制理论使该技术已得到越来越广应用，对此数控伺服驱动（从早期的伺服电机需经齿轮减速来放大扭矩，到后来均由电机直接带动丝杠，更有采用直线电机直接驱动机床拖板以及用电主轴进行强力切削等应用实例）早已进入实用化，调速比可高达1:20000，远高于汽车行驶的变速要求。而电机直接转矩控制取消了机械摩擦损耗，提高了刚性，即节能减噪、简化机构，又提高了动态响应性。而且电动机又有相当的短时过载能力，良好电机能达数分钟内过载额定功率的３倍甚至更高倍数，满足汽车频繁重载起步、短时加速超车、爬短坡等各种行驶要求。即电动汽车用电机驱动相对发动机有数百倍的快速响应、数千倍的调速比、相当的短时过载能力等诸多优势。因此电动汽车需充分发挥电机驱动应有的各项技术优势，按汽车行驶工况的负载特性选择合适的电机类型，并通过对结构突破性改进变革，达到简化机械机构、降低车载自重和成本、提高动态响应性及其控制性能，即可提高电动汽车性价比，使其尽快普及商品化。
而分析比较现所研发的众多电动汽车，结构均沿袭传统的设计模式。由于没从发挥电机驱动优势来突破性改进其结构，最大特点是为满足车速、加速及续驶里程等指标，增大了电机功率和蓄电池容量。如一款定价30万元的品牌纯电动轿车，虽采用高性能蓄电池，但由于电动机功率和蓄电池容量增加，使车载自重比一般轿车增加了一倍，其中一半为电池重量。按车辆动力学可知，汽车的滚动阻力、坡度阻力、加速阻力均与车载质量成正比。因此车载自重的增加不仅使原本为改善汽车动力性能而增大的电机功率和蓄电池容量都大打折扣，也使其性能变差，大量车载自重增加如同载货汽车，失去了小轿车轻便灵活应有优势。该车为满足大量电池的空间布局，增大了车身尺寸和车内地板高度，外观看似大气而豪华，但车内地板的增高即影响乘坐舒适性，也增加一定风阻。也因大量电池集中安置于车中，增加了电池发热与散热难度，于是也提高了电池管理系统的复杂性，而增加了体积和重量。并且如此多的蓄电池也难以采用更换法来确保续驶里程。
并且按电机拖动理论对电机的选型需特别注重负载特性匹配，由于调速电机有直流、交流、永磁无刷、变磁阻等多种类型[2]，各类电机带负载特性不同，其适用性也各有区别。因此按汽车行驶工况的负载特性要求，选择合适的电机类型显得尤其重要。但分析现有电动汽车介绍，发现所选电机几乎应有尽有，存在盲目选择的相应误区。有的品牌电动汽车竟还采用了永磁同步电机，而同步电机的最大特点是调速精度极高（转速总与电源频率同步），虽效率较高可提高10%左右，但其过载能力很差。未能发挥前述数分钟内可过载额定功率３倍以上的优势，在满足起步、加速、爬短坡等短时过载要求的同时，可较大减小电机功率来降低成本和车载自重。所以这对行驶工况多变、调速精度要求不高的汽车存在顾此失彼。可以说因传统汽车业的部分设计专家，对发动机及其机械传动机构是特别精通，而对电机理论会有所忽视，容易按电机推销商的意向产生“拉来黄牛就作马”的现象。当然，如荣威E1纯电动概念车已采用了较理想的轮毂电机、奥迪e-tron为四驱超跑概念车，其性能均得以较大提升，公司也称其代表了未来汽车的发展方向。
对于电动汽车电机驱动最佳控制方式，前已介绍两项多功能磁阻式轮毂电机专利技术。在此
还需按电机学，利用开关磁阻电机独特的电磁转矩 方程式来分析说明其控制特性：
由于电机电流与转速成反比，电磁转矩Tem与电流i又成二次方关系（而对于常用的交、直流电机均为一次方），因而磁阻电机更易获得低速大扭矩，即特别适于汽车带负载起步等要求。但由于电动汽车由蓄电池供电，过大的峰值电流极易损坏蓄电池，因此电机低速启动时须通过斩波限流控制。即低速时采用电流斩波恒转矩调速，高速时采用角度位置恒功率调速，以获得较宽的调速范围。并且由于Tem与i2成正比，即电磁转矩的正、负与电流的方向无关，所以每相绕组可通过单方向的电流供电。如此，每相绕组的电流只要采用一只开关管来控制，这不仅使整个驱动变流器所用器件可减少一半，还避免了一般变流器上、下桥臂若同时导通引起电源短路，提高了系统的可靠性。而对于电机驱动控制器的成本主要是大功率开关管，并且对单相磁阻电机其驱动控制器成本还可更低。对于开关磁阻电机因转矩脉动引起的噪声及振动也已提出了相应改进方案，这已在数控发展初期对功率步进电机性能改进中得以证实。开关磁阻电机是很有发展前途的新兴机电一体化能量转换装置，而应用需在大功率开关管和高速数字信号处理器DSP快速发展基础上独显优势。近已在业内得到重视和深层次研究，而应用于电动汽车更有独特优势。
在此再举一简单实例，对于电动自行车在相同蓄电池容量前提下，若采用优质高性能轮毂电机与劣质低性能电机相比其续驶里程将相差一倍。如在相同续驶里程要求下其蓄电池容量即可减少一半，而对于电动汽车若蓄电池减少一半即极大地降低了成本，也使车载自重相应减少许多，如此又能进一步改善动力性，所以驱动电机的选择对提高电动汽车性价比是何等的重要。
四、综合各相关理论电动汽车的最佳结构应由四大基础部件[6]所组成
根据车辆动力学分析：采用四轮驱动可全面利用车轮对地面附着力和提高汽车通过性；采用四轮转向可极大地减小低速转弯半径，提高高速转向稳定性和响应性；采用轮毂电机驱动经电子差速将去掉机械差速及左右半轴等机构即可全面降低车身高度，并使所需最大质量体积的蓄电池作为配重物经适当分散(如安置于前后座位下)布局来尽可能降低车辆质心高度，以提高车辆侧翻阈值即侧向操纵稳定性。
综合汽车理论、控制理论和电机拖动理论等各相关理论分析，并充分利用高速发展的微机控制、传感测量和电机驱动等技术优势。提出了电动汽车的最佳结构应由含多功能轮毂电机的车轮、高储能装置、高性能转向系统和数字化高性能整车控制系统四大基础部件加车身与内饰组成。这将极大简化汽车结构以降低车载自重、提高整车控制动态响应性及其性价比。附图所示为四大基础部件在纯电动汽车上的结构布局示意图。现对四大基础部件分别简述如下。
1）含多功能轮毂电机的车轮。即为采用四台含兼有电动、发电回馈和电磁制动多功能轮毂电机及其驱动控制模块的车轮，它利用前述两项专利结合轮毂电机的诸多优势，为电动汽车确立了最佳的电机驱动结构[2]。微机多CPU总线控制已是现代汽车较多采用的控制方式。对于四轮毂电机控制运用CPU总线技术，将驱动控制模块集成在车轮内，可极大简化电动汽车内部线路布局，即提高可靠性，也便于故障诊断和维修。实施该机电一体模块化控制结构有利提高性价比。采用轮毂电机“零传动”方式直接驱动车轮，使汽车结构发生脱胎换骨的变革。机械传动链的缩短，即极大提高对车轮控制的快速响应性，也降低大量机械部件成本和车载自重，提高整车驱动效率，有利于节能减噪，还腾出许多空间便于汽车总体布局。由于只有驱动轮才能实现制动能量回收，省去机械传动损耗对车轮动能回收又更直接，采用四台兼有发电回馈等功能的轮毂电机，在汽车滑行、降速和下坡行驶中可成倍提高动能回收率。 2/6 首页 上一页 1 2 3 4 5 6 下一页 尾页 |
