新能源汽车的驱动及传动系统概述

新能源汽车的驱动及传动系统概述
摘要：随着人们可持续发展观念与节约能源意识的增强，新能源汽车动力系统逐步受到人们的青睐。

汽车能源将逐步由可再生能源取代传统的石化燃料，新能源将成为解决汽车能源危机的主要方法。

本文就新能源汽车驱动系统及传动系统进行简要概述。

关键词：新能源汽车驱动系统传动系统概述
一、驱动系统
国外在新能源汽车驱动系统研究方面作出的贡献较多，有很多典型的混合动力系统。

下面就其中的最具代表性的两种动力系统——英国米拉H4 V插电式混合动力系统、通用乘用车双模混合动力系统进行简单介绍。

英国米拉H4V插电式混合动力系统主要由以下几个部分组成：1. 4 L的H E E发动机，该发动机的功率为3 0 kV、两个35 kV的电机、两个33 0 V的锂离子蓄电池、转换器、智能电差速器、逆变器、发电机及一个蓄电池。

米拉H4 V插电式混合动力系统的核心技术是纳米技术，它主要将纳米粒子技术应用于蓄电池，研制出磷酸铁锂锂离子的蓄电池，以此来增强蓄电池的储存密度，从而储存更多的电力，为汽车提供更多的动力，汽车所行驶的路程也更远。

米拉H4V插电式混合动力系统有三个手提盒子，盒子里都装着蓄电池包，每个蓄电池包里都有蓄电池、管理系统与冷却系统。

在米拉H4V插电式混合动力系统中，最大的创新点是，蓄电池盒可以随时拆卸，能够快速地更换电池或者充电。

该汽车动力系统还具备能力回收的功能，能够将制动产生的能力及时储存起来，有效地降低能量的损耗。

装有米拉H4 V插电式混合动力系统的车辆，车上上装有充电插头，当蓄电池电量用完的时候，无需将蓄电池包卸下了，而可以直接外接电源进行充电。

装有米拉H4 V插电式混合动力系统的车辆，油耗量比较小，每一百公里仅消耗 4.4L，与常规的单燃料发动机相比，油耗量下降30%。

通用双模混合动力系统是目前最为先进与成熟的技术，该系统将电力驱动与机械驱动密切结合在一起，能够同时为汽车的运行提供充足的动力，该系统具有高效、环保的功能。

双模混合动力系统主要由发动机、变速器及蓄电池组成。

该系统中的变速器能够使三个齿轮组同时运转，并且能够发动四组离合器一起工作，这就能够保证汽车可以智能地快速切换低速模式与高速模式。

双模混合动力系统的驱动力由电能与机械能一起提供，发动机将机械能转为驱动力，电机将电能转为驱动力，该系统可以选择单模动力分配方式又可以使用双模动力分配方式，能够为汽车提供更大的驱动力，增强汽车的加速性能。

凯迪拉克凯雷德混合动力车是目前世界上仅有的一款装有双模混合动力系统的SU V豪华车，它具有较强的混合动力系统，与其他型号的汽车相比，能够节省4 0 %的耗油量，在一般情况下，一百公里的油耗量仅为11.1 L。

我国广汽集团汽车工程研究院与华南理工大学联手合作，共同研制出一种新型的清洁能源汽车动力系统，该系统主要使用燃料电池与蓄电池的混合动力联合供电模式。

清洁能源汽车动力系统主要使用车载催化重整制氢的模块将汽车燃料催化为氢气，在此基础上利用升压装置给蓄电池充电，蓄电池释放出的电力用来驱动汽车。

清洁能源汽车动力系统将燃料电池发动机与动力蓄电池结合起来，这样能够同时控制两大电池，充分发挥电池、电机及电力输送组织的作用。

在这一系统中，使用的燃料是液态燃料，它具有便于储存、运输及添加的优
势，比氢燃料更加具有优势，汽车的安全性能也比较高。

在清洁能源汽车动力系统中，车载催化重整制氢模块与燃料电池是核心技术。

车载催化重整制氢模块的主要组成是甲醇与乙醇，含碳量比较低，能源的来源比较广，具有易获得、价格低的优点，因此广受人们的青睐。

广汽集团汽车工程研究院自主研发的车载催化重整制氢模块具有多种功能，例如蒸发、混合、水汽分离及散热等，发生反应作用耗费时间短、产生氢气的效率比较高，能够在短时间内产生大量的氢气，而且该系统产生出的氢气能够满足汽车五千瓦以上的发电需求。

该系统的载体主要以多孔泡沫材料为主，能够快速填满催化剂，使用时间长、稳定性与工作效率较高。

质子交换膜燃烧电池也是一项核心技术，该电池能够将空气与氢气保持在低压状态，在低压的状态下，气体的安全稳定性比较高、清洁能源汽车动力系统的操作控制也比较简单，发出的噪声也比较小。

清洁能源汽车动力系统使用特制的碳纸，碳纸比较赖用，使用寿命长，这就能够保证燃烧电池运行工作更加稳定，清洁能源汽车动力系统的运作效率较高。

二、传动系统
1. 纯电动汽车传动方案
电动汽车传动装置的作用是将电动机的驱动转矩传给汽车的驱动轴，当采用电动轮驱动时，传动装置的多数部件常常可以忽略。

因为电动机可以带负载启动，所以电动汽车上无需传统内燃机汽车的离合器。

因为驱动电机的旋向可以通过电路控制实现变换，所以电动汽车无需内燃机汽车变速器中的倒档。

当采用电动机无级调速控制时，电动汽车可以忽略传统汽车的变速器。

在采用电动轮驱动时，电动汽车也可以省略传统内燃机汽车传动系统的差速器。

1.1 机械传动系统方案
早期的电动汽车都采用机械式传动系统，与传统汽车传动系统结构基本相同，只是用电动机取代了发动机，包含了离合器，变速器，主减速器，差速器和传动轴等。

这种与传统方案相似的传动系统由于采用了传统汽油汽车的变速器，档位较多，结构复杂，因此基本都采用控制简单，转矩小，转速高的驱动电机来满足汽车在不同工况下的行驶要求。

传统汽车传动方案已经趋于成熟，电动汽车采用机械传动系统时可直接在现有成熟底盘上直接用电动机替换发动机，设计周期短，改动小，造价低，现有技术条件就可以批量化生产，但是这种传动系统零部件多、较大的电动汽车总质量和较低的传动效率，很难满足电动汽车的使用性能要求和整体设计，不能充分发挥电动汽车的优势，因此这种传动系统方案只在早期的电动汽车上采用，现在已逐步被取代。

1.2 机电集成式传动系统方案
这种传动方案将电动机和传动系统集成在一起，由半轴，差速器和单级减速器组成。

其中减速器选用传动比为8~16的2K-H型双排式的行星齿轮机构。

这种传动系统的主要特点是体积小、结构紧凑、质量轻、承载能力大、抗冲击和振动能力强、工作平稳、寿命长的优点。

但大功率高速行星齿轮传动结构较复杂，要求制造精度高。

相对其他减速器，行星减速器具有高刚性，高精度(单级可做到1分以内)，高传动效率(单级在97%-98%)，高的扭矩/体积比，终身免维护等特点。

因为这些特点，行星齿轮减速器可用来降低转速，提升扭矩，匹配惯量。

这种没有传动轴结构紧凑的传动方案，方便其他总成的布置，但是整车的通过性变差，维修不便。

按集成型式来分类，机电集成式传动系统常见有两种结构：一种传动系统直接与驱动电机输出轴连接，驱动桥轴线与驱动电机输出轴轴线垂直，是通过圆锥齿轮使旋转方向改变；另一种是整体驱动桥驱动系统，就是把半轴安装在空心的驱动电机输出轴里面，其一端通过
螺栓与驱动轮轮毂连接，另一端半轴齿轮内花键连接，这种无需改变动力传递方向横置的驱动电机机构更加紧凑，但要求零件刚度、强度大，装配与加工精度高，具有良好的通用性和互换性。

1.3 电动桥的传动系统
这种传动系统常见也有两种结构，其中一种如1.1中所述的机械传动系统方案，另一种是将两部驱动电机安装在驱动桥内，并安装差速器在输出齿轮之间。

这种安装差速器的传动方案和传统汽车的传动方案工作原理一样，汽车直线行驶时候，差速器不工作，汽车转弯是通过差速器控制左右轮的转速。

在驱动电机输出功率相同的情况下，双电机的外形尺寸比单电机小得多。

这种电动桥结构紧凑、机电集成度和传动效率高，整车的布置和结构设计简单。

由于汽车行驶工况复杂多变，对驱动电机本身而言就要求教宽的转矩变化范围，这就要求较高的控制和加工技术，电动桥内部的结构就变的复杂，成本也随之增加。

同时这种高集成度的传动方案维修不方便，一般要采用整体拆装来维修更换。

1.4 电动轮传动系统
电动汽车轮毂式传动方式是在车轮轮毂中直接安装电机，使用高于传统电动机常规电压的宽范围系列阶梯电压来驱动特制的轮毂电机车轮，可以在一定范围内有效地解决当前研制电动汽车的这一难点，从而加速现代电动汽车早日大批量使用，造福于人类。

轮毂电动机汽车由于其特殊的结构，传统的几大总成都可以省略，整车结构比的相对简单，传动效率也大大提高，配备现代电子控制技术即可满足道路行驶的需要。

轮毂式驱动传动系统大多采用低速外转子和高速内转子电动机，这样对应着直接驱动式和带轮边减速器两种形式。

直接驱动式电动汽就是直接在车轮轮辋上安装了外转子，这样变速机构就可以省略了，车轮和电机组成了一个总成驱动汽车行驶。

这种系统主要的特点是电机集成度高，体积小，机构紧凑，整车布置相对容易，受限制较少。

安装高速内转子电机的电动汽车，必须在车轮轮辋和电机输出轴之间安装固定速比的减速器。

行星齿轮减速器的速比高，得到了较广的应用。

行星齿轮机构由于其紧凑性的，使得采用高速内转子的驱动系统比外转子系统在功率密度方面占有明显优势，另外内转子式更有利于汽车轻量化已经改善空气动力性，结构更加紧凑维修更加方便。

2. 混合动力电动汽车传动方案
混合动力汽车的传动系统是指车上装有两个以上动力源：蓄电池、燃料电池、太阳能电池、内燃机车的发电机组，当前复合动力汽车一般是指内燃机车发电机，再加上蓄电池的汽车传动系统。

2.1 串联混合方式
串联式混合动力传动系统由发动机、发电机和电动机三部分动力总成组成，它们之间用串联方式组成SHEV动力单元系统，发动机驱动发电机发电，电能通过控制器输送到电池或电动机，由电动机通过变速机构驱动汽车。

小负荷时由电池驱动电动机驱动车轮，大负荷时由发动机带动发电机发电驱动电动机。

当车辆处于启动、加速、爬坡工况时，发动机、电动机组和电池组共同向电动机提供电能；当电动车处于低速、滑行、怠速的工况时，则由电池组驱动电动机，当电池组缺电时则由发动机-发电机组向电池组充电。

串联式结构适用于城市内频繁起步和低速运行工况，可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转，通过调整电池和电动机的输出来达到调整车速的目的。

使发动机避免了怠速和低速运转的工况，从而提高了发动机的效率，减少了废气排放。

它的缺点是能量几经转换，机械效率较低。

2.2 并联混合传动方式
并联混合传动方式有同轴和异轴并联混合方式，其中同轴混合方式电机通过差动齿轮和减速器驱动前或后轮轴，电机通过自动离合器与发动机同轴安装。

汽车在启动以及市内工况
行驶时候，电池通过逆变器想电动机供电，在复杂的工况行驶时，通过离合器接通，内然机来驱动轮轴，这时电动机通过逆变器给电池充电。

在高速重负荷行驶时，内燃机和电动机同时驱动轮轴，这样可以获得较高的驱动功率。

异轴并联复合方式是前后轮轴分别由不同的能源驱动，比如前轮轴由电池组通过逆变器供电的电机驱动，后轮轴由燃油发动机直接驱动。

这两种动力系统时通过汽车的控制系统根据不同工况合理分配交替使用或者同时驱动，来获得最优化的驱动模式和最低的消耗以及排放。

2.3 超轻度混合动力传动系统
超轻度混合动力传动系统是通过采用新的配控制策略和传动方式，以相对其他方式更低的制造加工成本，达到降低有害气体排放和节能的效果。

这种传动系统主要由电动机、发动机、行星齿轮传动装置、离合器、金属带式无级变速传动装置、离合器、差速器、本轴等组成。

这种传动系统采用功率较小的电动机，可获得低速时与纯电动机一样的快速加速性能。

它具有发电-启动发电一体化的电动机辅助发动机怠速起停和能量回收的特性，还可以在慢速工况下采用单独的电动机驱动模式；同时，在高速工况下采用发动机驱动的模式，这样排放性能大大提高，而且能量利用率也较高。

这种节能、高效、低成本、环保的传动系统将成为未来混合动力传动系统的一个重要发展方向。

3. 新型双能源电动汽车的动力传动系统
这种电动汽车的主要动力大多直接为氢质子交换膜燃料电池，辅助动力为铅酸蓄电池。

这种电动汽车正常行驶时候，是通过氢质子交换膜燃料电池直接供电，多余的电量同时能给铅酸蓄电池充电，在汽车加速、爬坡或高速运行等高功率需求工况时，由燃料电池和蓄电池同时提供动力。

这种方案的优点表现在：
1）可解决燃料电池比能量和比功率和不足的问题，因为它采用了铅酸电池作为辅助动力单元和质子交换膜燃料电池的主供电单元；
2）安全性和续驶历程都较高，因为在任何一种能量系统发生故障的时候，另一种能量系统都可以维持供电；
3）技术简单，这种传动系统设计的技术现在都以比较成熟，基本上可以量产。