基本結構及其工作原理

傳統汽車(chē)底盤(pán)由傳動(dòng)系、行駛系、轉向系和制動(dòng)系四部分組成，底盤(pán)作用是支承、安裝汽車(chē)發(fā)動(dòng)機及其各部件、總成，形成汽車(chē)的整體造型，并接受發(fā)動(dòng)機的動(dòng)力，使汽車(chē)產(chǎn)生運動(dòng)，保證正常行駛。

電動(dòng)車(chē)的基本結構主要可分為三個(gè)子系統，即主能源系統（電動(dòng)源）、電力驅動(dòng)系統、能量管理系統。其中電力驅動(dòng)系統又由電控系統、電機、機械傳動(dòng)系統和驅動(dòng)車(chē)輪等部分組成；主能源系統又由主電源和能量管理系統構成，能量管理系統是實(shí)現電源利用控制、能量再生、協(xié)調控制等功能的關(guān)鍵部件。電力驅動(dòng)及控制系統是電動(dòng)汽車(chē)的核心，也是區別于內燃機汽車(chē)的最大不同點(diǎn)。

電動(dòng)汽車(chē)的工作原理：蓄電池——電流——電力調節器——電動(dòng)機——動(dòng)力傳動(dòng)系統——驅動(dòng)汽車(chē)行駛。

純電動(dòng)汽車(chē)，相對燃油汽車(chē)而言，主要差別（異）在于四大部件，驅動(dòng)電機，調速控制器、動(dòng)力電池、車(chē)載充電器。

能源供及系統

與內燃汽車(chē)相比，電動(dòng)汽車(chē)的特點(diǎn)是結構靈活。內燃汽車(chē)的主要能源為汽油和柴油，而電動(dòng)汽車(chē)是采用電力能源，由電動(dòng)源和電動(dòng)機驅動(dòng)的，電力驅動(dòng)及控制系統是電動(dòng)汽車(chē)的核心，也是區別于內燃機汽車(chē)的最大不同點(diǎn)。傳統內燃汽車(chē)的能量是通過(guò)鋼性聯(lián)軸器和轉軸傳遞的，而電動(dòng)車(chē)的能量是通過(guò)柔性的電線(xiàn)傳輸的。因此，電動(dòng)汽車(chē)各部件的放置具有很大的靈活性。

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傳動(dòng)系統

變速傳動(dòng)系統是電動(dòng)車(chē)驅動(dòng)子系統的一個(gè)重要部件，它指的是驅動(dòng)電機轉軸和車(chē)輪之間的機械連接部分。對于傳統汽車(chē)來(lái)說(shuō)，變速器是必要的部件，設計時(shí)主要考慮采用什么類(lèi)型的變速器。但對于電動(dòng)汽車(chē)則不同，由于驅動(dòng)電動(dòng)機的轉矩和轉速完全可以由電子控制器進(jìn)行全范圍的控制，因此變速系統的設計就可以有多種不同的選擇。既可用傳統的變速齒輪箱變速，還可以用電子驅動(dòng)器控制電動(dòng)機直接變速。究竟采用哪種方案，主要還應依據電動(dòng)汽車(chē)的能量和經(jīng)濟性，也涉及到電機和控制器的設計。

為了提高電動(dòng)汽車(chē)的傳動(dòng)效率，人們開(kāi)發(fā)了電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)用的電機和變速傳動(dòng)一體化的兩速或三速自動(dòng)傳動(dòng)橋。先進(jìn)的兩速電機/多速傳動(dòng)橋將變速齒輪組與高速異步電動(dòng)機完全結合為一體，并且直接安裝在電動(dòng)汽車(chē)驅動(dòng)輪的驅動(dòng)軸上，構成重量輕、體積小、效率高、結構緊湊和成本低廉的傳動(dòng)系統。

動(dòng)力系統

電動(dòng)汽車(chē)經(jīng)過(guò)近20年的快速發(fā)展，在能源動(dòng)力系統方面形成了具特色的三大類(lèi)動(dòng)力系統結構技術(shù)特點(diǎn)。

純電動(dòng)汽車(chē)、油電混合動(dòng)力汽車(chē)和燃料電池汽車(chē)是目前電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的三大種類(lèi)，油電混合動(dòng)力汽車(chē)目前被國內外各大汽車(chē)企業(yè)最早列入產(chǎn)業(yè)化計劃，并聯(lián)混合動(dòng)力和混聯(lián)混合動(dòng)力是被電動(dòng)轎車(chē)廣泛采用的主流動(dòng)力系統結構。近幾年，隨著(zhù)儲能電池技術(shù)水平的飛速發(fā)展，以車(chē)載動(dòng)力蓄電池提供電能驅動(dòng)的純電動(dòng)汽車(chē)得到快速發(fā)展，多個(gè)電機驅動(dòng)的動(dòng)力分散結構的純電動(dòng)動(dòng)力系統受到國內外研究機構的廣泛關(guān)注。以氫和氧通過(guò)電極反應轉換成電能驅動(dòng)的燃料電池電動(dòng)汽車(chē)，采用電-電混合動(dòng)力結構，能量轉換效果比內燃機高2~3倍，是未來(lái)清潔能源汽車(chē)的重要發(fā)展方向之一。

底盤(pán)電子化、模塊化與智能化

電動(dòng)汽車(chē)采用電力能源，電氣化技術(shù)對汽車(chē)結構性能的創(chuàng )新提供更多的可能性。底盤(pán)系統將逐步采用電動(dòng)化執行部件，結構也會(huì )隨之發(fā)生革新，并將推動(dòng)汽車(chē)模塊化、智能化的發(fā)展。

通用開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)“AUTOnomy”[6]是一個(gè)典型的底盤(pán)與動(dòng)力系統集成一體化的創(chuàng )新例子。該車(chē)車(chē)身與底盤(pán)分開(kāi)，底盤(pán)與動(dòng)力系統集成在一個(gè)“滑板”中，驅動(dòng)系統和控制系統都設計在底盤(pán)上，采用了線(xiàn)控技術(shù)，使車(chē)輛操控系統、制動(dòng)系統和其他車(chē)載系統都通過(guò)電子控制而非傳統機械方式來(lái)實(shí)現，車(chē)身與底盤(pán)僅通過(guò)軟件接口連接，全面實(shí)現了底盤(pán)的“電動(dòng)化”。

電動(dòng)汽車(chē)采用安裝在車(chē)輪內的電機直接驅動(dòng)，可實(shí)現動(dòng)力分散控制。與傳統的內燃機汽車(chē)和單一電機中央驅動(dòng)的電動(dòng)車(chē)輛相比，四輪驅動(dòng)方式實(shí)現了各車(chē)輪的獨立分散驅動(dòng)，各車(chē)輪均可實(shí)現制動(dòng)能量回收，還可省去變速器、離合器、傳動(dòng)軸等復雜的機械傳動(dòng)裝置，傳動(dòng)效率提高。

傳動(dòng)系統

無(wú)論是串聯(lián)(燃料電池可視為特殊的串聯(lián)結構)、并聯(lián)、混聯(lián)式的混合動(dòng)力車(chē)，還是由電池提供能量的純電動(dòng)汽車(chē)，其動(dòng)力裝置的布置往往在原發(fā)動(dòng)機前艙布置的基礎上進(jìn)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(dòng)力由于采用兩個(gè)以上的動(dòng)力裝置，在布置上要求更為嚴格。豐田Prius的混聯(lián)結構堪稱(chēng)小型化集成化的典范[4]。

與傳統的自動(dòng)變速箱相比，電動(dòng)汽車(chē)的自動(dòng)變速傳動(dòng)橋同樣包括有盤(pán)形和帶形離合器、星型齒輪、差速器、執行離合動(dòng)作的液壓系統、潤滑油以及冷卻系統。自動(dòng)變速傳動(dòng)橋可以用微處理器實(shí)現轉軸的全電子控制。一個(gè)由停車(chē)、倒車(chē)、空檔、行駛以及從一檔構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{駛員所掛的檔位自動(dòng)決定變速齒輪在哪一級變速檔上，并將適當的信號送到液壓控制系統以及執行變速控制。由于交流異步電機的轉動(dòng)慣性低并有理想的轉矩特性，使得控制變速橋進(jìn)行平滑的自動(dòng)變速變得更容易。

能源動(dòng)力系統的智能化技術(shù)

能源系統、動(dòng)力系統的電子化使得電動(dòng)汽車(chē)體現出越來(lái)越強大的功能。但電動(dòng)汽車(chē)能源動(dòng)力系統的智能化還沒(méi)有引起充分的關(guān)注。一般將重點(diǎn)放在整車(chē)與動(dòng)力系統的功能和穩態(tài)性能指標、可靠性等方面。研究表明，能源動(dòng)力系統智能化技術(shù)對提高電動(dòng)汽車(chē)經(jīng)濟性、動(dòng)力性、可靠性具有重要意義。

車(chē)用電機系統如異步電機、永磁電機都具有非線(xiàn)性時(shí)變參數，特別在內部磁場(chǎng)、溫度變化時(shí)，電機參數會(huì )發(fā)生變化，對此類(lèi)時(shí)變參數的在線(xiàn)辨識十分重要。自學(xué)習的電池管理系統可實(shí)時(shí)準確監測電池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(chē)能量管理智能化技術(shù)的重點(diǎn)在于能量的優(yōu)化分配和行車(chē)經(jīng)濟性，即在正常行車(chē)(各部件正常工作)過(guò)程中，根據電池的SOC、SOH狀態(tài)確定剩余里程，進(jìn)而優(yōu)化行車(chē)參數。整車(chē)智能化能量管理還須考慮各子系統和部件的非正常工作狀態(tài)，即當動(dòng)力系統工作中出現各種故障時(shí)，及時(shí)判斷故障來(lái)源并提出合理的應對策略。

制動(dòng)系統

電動(dòng)汽車(chē)的制動(dòng)裝置同其他汽車(chē)一樣，是為汽車(chē)減速或停車(chē)而設置的，通常由制動(dòng)器及其操縱裝置組成。電動(dòng)汽車(chē)將慣性能量通過(guò)傳動(dòng)系統傳遞給電機，電機以發(fā)電方式工作，為動(dòng)力電池充電，實(shí)現制動(dòng)能量的再生利用。與此同時(shí)，產(chǎn)生的電機制動(dòng)力矩又可通過(guò)傳動(dòng)系統對驅動(dòng)輪施加制動(dòng)，產(chǎn)生制動(dòng)力。

傳統的燃油汽車(chē)在制動(dòng)時(shí)是將汽車(chē)的慣性能量通過(guò)制動(dòng)器的磨擦轉化成熱能散發(fā)到周?chē)h(huán)境中去。

對于電動(dòng)汽車(chē)而言。由于電機具有可逆性，即電動(dòng)機在特定的條件下可以轉變成發(fā)電機運行，因此可以在制動(dòng)時(shí)采用回饋制動(dòng)的辦法，使電機運動(dòng)在發(fā)電狀態(tài)，通過(guò)設計好的電力裝置將制動(dòng)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(guān)的慣性能量，提高電動(dòng)汽車(chē)的續駛里程。

一般而言，再生發(fā)電系統只能起到限制電動(dòng)機轉子速度過(guò)高的作用，即不讓轉子的速度比同步速度高出很多，但無(wú)法使其限制到小于同步轉速。也就是說(shuō)，再生發(fā)電制動(dòng)僅僅能起到穩定運行的作用，因此，在考慮設計再生制動(dòng)發(fā)電的幾種使用場(chǎng)合時(shí)，應全面綜合統盤(pán)考慮剎車(chē)制動(dòng)、下坡滑行、高速運行和減速支行等多種場(chǎng)合。電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)能量回饋發(fā)電系統原理如圖4所示。

未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)展望

電動(dòng)汽車(chē)不同于傳統汽車(chē)的明顯特點(diǎn)是采用了新的能源動(dòng)力系統，一方面使得電動(dòng)汽車(chē)在節能環(huán)保上發(fā)生了技術(shù)革命，另一方面電力驅動(dòng)系統快速的轉矩響應特性也使主動(dòng)安全技術(shù)和性能出現大的飛躍。汽車(chē)電子技術(shù)的發(fā)展和應用推動(dòng)底盤(pán)向電動(dòng)化、模塊化、智能化和集成化方向發(fā)展，為汽車(chē)安全性和舒適性提高提供不竭的源泉，同時(shí)也為車(chē)身輕量化和新材料的應用提供了新的設計思路?？梢灶A見(jiàn)電動(dòng)汽車(chē)將超出新型能源動(dòng)力系統的本身的特點(diǎn)，在設計理念、方法、生產(chǎn)方式上出現新的革命。

設計理念的變革

電動(dòng)汽車(chē)設計理念的變革主要體現在安全性的設計理念上。隨著(zhù)底盤(pán)電子化、信息化技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)汽車(chē)主動(dòng)安全控制的快速性，及整車(chē)智能化技術(shù)的發(fā)展都對傳統車(chē)身的安全性設計理念產(chǎn)生沖擊。

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

汽車(chē)-汽車(chē)碰撞、汽車(chē)-障礙物碰撞等)發(fā)生前，電動(dòng)汽車(chē)通過(guò)智能系統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(dòng)調節運動(dòng)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(dòng)系統的快速響應性可在碰撞發(fā)生時(shí)提高底盤(pán)的耐沖擊性能，例如碰撞發(fā)生時(shí)，

通過(guò)及時(shí)應用電動(dòng)部件的快速響應，實(shí)現“軟碰撞”，有效降低碰撞帶來(lái)的危害程度。

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

車(chē)身吸收能量的方式被通過(guò)電動(dòng)化的快速響應和智能化快速預測所代替。

汽車(chē)生產(chǎn)方式的改變與簡(jiǎn)化

未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)最大特點(diǎn)將發(fā)生在結構的革新上。底盤(pán)動(dòng)力裝置的一體化，將對傳統汽車(chē)車(chē)身的核心結構產(chǎn)生大的沖擊。未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)的結構上，底盤(pán)一體化系統與車(chē)身系統的模塊化優(yōu)勢將被充分發(fā)揮。

(1)底盤(pán)經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的組件將動(dòng)力系統集成為一體，集電池系統、電驅動(dòng)系統及傳統底盤(pán)

部件為一體的新型底盤(pán)，將使底盤(pán)生產(chǎn)方式大大簡(jiǎn)化。

(2)車(chē)身設計更為簡(jiǎn)潔。傳統汽車(chē)的車(chē)身將可能不再如此復雜，原來(lái)下車(chē)身的功能由新

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

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

制造體系取代。電子(電動(dòng))化的元素越來(lái)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(dòng)汽車(chē)和燃油汽車(chē)同樣都是機動(dòng)車(chē)，就外部性能而言，描述它們的數學(xué)和物理手段并無(wú)大異。因此，大多數的電動(dòng)汽車(chē)參數都可以從發(fā)展成熟的燃油汽車(chē)體系中借鑒。但是，由于電動(dòng)汽車(chē)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卻是傳統的內燃汽車(chē)所沒(méi)有的。

電動(dòng)汽車(chē)除了新型能源動(dòng)力系統替代原內燃機動(dòng)力系統之外，未來(lái)的發(fā)展將越來(lái)越體現出不同于傳統汽車(chē)的特征，這些特征包括：(1)動(dòng)力控制的快速響應；(2)動(dòng)力分散的新型電力驅動(dòng)方式；(3)新的車(chē)身安全性解決方案與輕量化技術(shù)應用；(4)底盤(pán)電動(dòng)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(chē)安全性和節能效果，進(jìn)一步推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)安全性設計理念的變革，并簡(jiǎn)化電動(dòng)汽車(chē)的制造與生產(chǎn)方式。。