新能源汽車節(jié)能技術(shù)第三章—底盤節(jié)能content目錄01新能源汽車底盤的功用02電動汽車傳動系統(tǒng)的布置型式03變速器節(jié)能技術(shù)04低阻力輪胎技術(shù)05動力轉(zhuǎn)向技術(shù)06低風阻車身設(shè)計新能源汽車底盤的功用01新能源汽車底盤的功用新能源汽車底盤由傳動系、行駛系、轉(zhuǎn)向系和制動系四部分組成。底盤的作用是支撐、安裝汽車各部件、總成，形成汽車的整體造型、傳遞動力、保證車輛正常行駛。汽車的動力、制動、操控、平順程度、安全性、舒適性、耐久性都和底盤密切相關(guān)。支撐車輛結(jié)構(gòu)底盤是整個車輛的支撐結(jié)構(gòu)，承載著車身、車廂、電池組、電動機以及其他車輛組件的重量。因此，底盤必須有足夠的強度和剛度，確保車輛在行駛過程中的穩(wěn)定性和安全性。連接傳動系統(tǒng)底盤連接著車輛的傳動系統(tǒng)，包括發(fā)動機、電機、變速箱等組件。底盤要能夠承受傳動系統(tǒng)產(chǎn)生的扭矩和沖擊力，并將其有效地傳遞到車輪上，實現(xiàn)車輛的動力傳遞和行駛功能。確保行駛穩(wěn)定性與安全性底盤需要保證車輛在不同路面條件下都能維持良好的操控性和穩(wěn)定性，還需要提供對動力電池的保護，防止發(fā)生碰撞、漏電等意外情況。提高能效與續(xù)航能力使用輕質(zhì)材料有助于提升車輛的能源效率和延長續(xù)航里程，底盤也需要考慮到降低空氣阻力，提高車輛的行駛穩(wěn)定性。電動汽車傳動系統(tǒng)的布置型式02電動汽車傳動系統(tǒng)的布置型式

電動汽車傳動系統(tǒng)通常由單速比或多速比變速器、主減速器、差速器和傳動軸組成。為了使電動汽車整車適應(yīng)各種工況和路面條件，傳動系統(tǒng)一般應(yīng)滿足以下7項主要功能要求：01駐車安全：傳動系統(tǒng)需要提供可靠的駐車機構(gòu)，確保車輛在停放時穩(wěn)定，防止溜車，保障車輛與人員安全。02倒車功能：通常由傳動系統(tǒng)前進擋結(jié)合驅(qū)動電機反向驅(qū)動實現(xiàn)，無需設(shè)置專門的倒擋機構(gòu)。03平穩(wěn)起步：需要保證電動汽車從靜止狀態(tài)平穩(wěn)起步，克服外界阻力，并具備蠕進功能和坡道自適應(yīng)起步能力，避免溜坡。04加速、爬坡：由傳動系統(tǒng)前進擋結(jié)合驅(qū)動電機正向驅(qū)動實現(xiàn)。05減速與制動能量回收：在減速或制動時，傳動系統(tǒng)應(yīng)支持電機進入制動能量回饋模式，即發(fā)電模式，通過雙向傳遞轉(zhuǎn)矩的功能，回收制動過程中的能量，提高能源利用效率。06轉(zhuǎn)向：轉(zhuǎn)向時要求內(nèi)外側(cè)的車輪角速度不同，集中式驅(qū)動的電動汽車通常由機械式差速器實現(xiàn)，分布式驅(qū)動的電動汽車省略了差速器，主要取決于驅(qū)動電機控制系統(tǒng)的優(yōu)劣。07空擋：切斷驅(qū)動電機至驅(qū)動輪的動力傳輸，最好能切斷二者之間的機械連接，提高拖車時的安全性。電動汽車傳動系統(tǒng)的布置型式

電動汽車整車還有動力性、燃油經(jīng)濟性、舒適性、污染物排放、安全性環(huán)境適應(yīng)性、可靠性、耐久性、適裝性、輕量化、維修方便性和成本等方面的要求。

驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的核心部分，其性能決定著電動汽車行駛性能的好壞。電動汽車傳動系統(tǒng)布置形式是指驅(qū)動輪數(shù)量、位置以及驅(qū)動電機系統(tǒng)的布置形式。與燃油汽車不同，電動汽車的動力源可以超過一個，布置型式更加靈活多樣。

通常，電動汽車的驅(qū)動型式可分為集中式、分布式、集中式和分布式結(jié)合三種。2.1集中式驅(qū)動布置型式

集中式驅(qū)動傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與發(fā)動機汽車的結(jié)構(gòu)相似，保留了變速器（結(jié)構(gòu)更簡單，1~2擋位）、傳動軸、主減速器和差速器等結(jié)構(gòu)。集中式驅(qū)動可以采用一臺或兩臺驅(qū)動電機，每臺驅(qū)動電機都有一臺變速器(或減速器)配合工作，并通過差速器將動力傳遞到兩側(cè)車輪。2.1.1單電機-驅(qū)動橋組合式構(gòu)型單電機-驅(qū)動橋組合式構(gòu)型是目前大部分電動汽車普遍采用的技術(shù)方案，省去了離合器和變速器，采用固定速比的減速器，簡化了動力傳動系統(tǒng)，提高了傳動效率。特點：結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量和體積小、整車布置方便、可靠性高。要求：高速電動汽車對電機和控制器的性能要求較高，一般采用永磁同步高轉(zhuǎn)速電動機，成本較高。缺點：為了提高整車動力性，一般會選擇峰值功率較大的電動機，導致正常工況下電機負荷率低，即大馬拉小車，使得電機效率下降，汽車續(xù)駛里程縮短。方法：（1）提高電機及其控制器效率（2）采用自動變速器實例：長安新能源公司的CS75PHEV車型，后橋是電動驅(qū)動，采用了舍弗勒的兩擋自動變速器。單電機-驅(qū)動橋組合式構(gòu)型圖2.1.2雙軸獨立驅(qū)動構(gòu)型特點：易于實現(xiàn)電子集中控制和四輪驅(qū)動，方便汽車網(wǎng)絡(luò)化和自動化控制，如：特斯拉ModelS車型。正常工況：單電機工作，總功率基本和電池額定功率持平。載荷較小時，前電機工作；載荷較大時，后電機工作。加速工況：雙電機同時工作，總電機功率提高，讓電機的峰值功率和電池的峰值功率匹配。優(yōu)點：雙電機一直工作在高效區(qū)間，電池的峰值能力能完全釋放，改善了加速和續(xù)航性能。雙電機雙軸獨立驅(qū)動構(gòu)型圖2.2分布式驅(qū)動布置型式

根據(jù)驅(qū)動電機布置位置，分布式驅(qū)動可以分為輪轂電機驅(qū)動和輪邊電機驅(qū)動兩類。

輪轂電機：動力、傳動和制動裝置均集成于輪轂，結(jié)構(gòu)緊湊。由于電動機的轉(zhuǎn)速和車輪轉(zhuǎn)速相等，車速控制完全取決于驅(qū)動電動機的轉(zhuǎn)速控制，傳動效率高且響應(yīng)速度快。驅(qū)動電機一般采用低速大轉(zhuǎn)矩的外轉(zhuǎn)子電機。

輪邊電機：輸出軸通過固定速比減速器與車輪相連。相比輪轂電機，傳動效率較低且需要占用汽車底盤空間，但成本較低。輪邊電機的驅(qū)動電機一般選用質(zhì)量輕、體積小和成本低的高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電機。2.2分布式驅(qū)動布置型式

無論輪轂電機還是輪邊電機，通常采用兩臺或四臺電機與縱軸線呈對稱布置。

圖3-4是分布式電驅(qū)動系統(tǒng)的典型布置形式。2.2.1輪邊電機整體式構(gòu)型輪邊電機整體式構(gòu)型結(jié)構(gòu)原理如圖所示。輪邊電機整體式構(gòu)型的傳動鏈較短、傳動效率高、整車的機械部分大大簡化。輪邊電機整體式構(gòu)型存在以下問題：（1）多電機驅(qū)動時增加了成本，而且使非簧載質(zhì)量明顯增大，影響系統(tǒng)的動態(tài)特性；（2）電動機在實際工作中，勵磁磁場在空間的分布不完全為正弦，感應(yīng)電動勢的波形會發(fā)生畸變，因此存在諧波轉(zhuǎn)矩，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動；（3）驅(qū)動系統(tǒng)接近地面，涉水性、密封、冷卻、潤滑及可靠性等問題需要進一步優(yōu)化。實例：比亞迪K9電動客車采用了輪邊電機整體式構(gòu)型，能夠?qū)崿F(xiàn)后橋兩側(cè)電機驅(qū)動、輪邊減速功能。輪邊電機整體式構(gòu)型圖2.2.2輪轂電機分散式構(gòu)型電動機安裝在輪轂中，電動機輸出轉(zhuǎn)矩直接驅(qū)動車輪旋轉(zhuǎn)，取消了傳動軸，更易于空間布置，結(jié)構(gòu)更為簡潔、緊湊。還可以對每臺電機獨立控制，提高車輛的轉(zhuǎn)向靈活性和主動安全性，可以充分利用路面的附著力。不足：（1）對電機的功率密度、散熱、可靠性等性能提出更高的設(shè)計要求；（2）增大了簧下質(zhì)量和輪轂的轉(zhuǎn)動慣量，對車輛的操控性有較大的影響；（3）采用電機制動，但制動性能有限，影響行車安全，而且維持制動系統(tǒng)運行需要消耗不少電能；（4）輪轂電機工作的環(huán)境惡劣，面臨水、灰塵等多方面影響，在密封方面也有較高要求。輪轂電機分散式構(gòu)型圖2.2.3雙電機耦合構(gòu)型將兩個驅(qū)動電機的動力通過特定的耦合裝置進行合成或分解，再傳遞到傳動軸。動力源一般采用兩個較小功率的電機，通過控制專門設(shè)計的耦合機構(gòu)實現(xiàn)多種工作模式。根據(jù)車輛運行工況，整車控制器工作在合適的工作模式，通過提高電機在不同工況下的負荷率，實現(xiàn)提高驅(qū)動系統(tǒng)綜合效率的目的。因此，雙電機耦合驅(qū)動傳動系統(tǒng)構(gòu)型具備更佳的節(jié)能潛力，能夠極大地提高電動汽車的續(xù)駛里程。雙電機耦合構(gòu)型圖2.3集中式和分布式結(jié)合的驅(qū)動布置型式將兩種驅(qū)動型式結(jié)合起來的三電機四驅(qū)驅(qū)動布置型式。01單速比減速器優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，效率高。缺點：起步轉(zhuǎn)矩小，無法優(yōu)化電驅(qū)系統(tǒng)效率，影響續(xù)駛里程。02多擋位變速器提升起步、加速、爬坡性能，提高最高車速，增強能量經(jīng)濟性。設(shè)計合理，換擋時間控制得當，可顯著提升性能。03電氣無級變速器實現(xiàn)無級變速，提高駕乘舒適性，優(yōu)化綜合效率或動力輸出，解決傳統(tǒng)電驅(qū)系統(tǒng)難題，如坡上保持工況。04傳動系統(tǒng)布置型式對節(jié)能的影響傳動鏈長度和傳動效率（1）集中式驅(qū)動電機通常安裝在車輛的主要動力系統(tǒng)位置，電機與傳動系統(tǒng)的連接較為直接，傳動鏈長度適中，傳動效率受到傳統(tǒng)變速箱的影響。（2）分布式驅(qū)動可以更快地響應(yīng)驅(qū)動力的變化，有助于提高車輛的動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性，傳動鏈長度較短，傳動效率較高。結(jié)構(gòu)布局與輕量化（1）集中式驅(qū)動電機與變速器等部件集中在一個位置，結(jié)構(gòu)簡單，可以更好地控制成本和重量，實現(xiàn)輕量化。集中式驅(qū)動通?？梢怨蚕硪恍├鋮s系統(tǒng)和其他附屬部件，進一步降低了成本和重量。（2）分布式驅(qū)動通常需要更多的部件（如制動系統(tǒng)、懸掛結(jié)構(gòu)以及與車輪連接等）和材料，成本較高且重量較大。然而，這些布局可以提供更靈活的性能優(yōu)化和空間利用，尤其對于四輪驅(qū)動或者獨立輪驅(qū)動系統(tǒng)來說具有一定的優(yōu)勢。有無差速器（1）集中式驅(qū)動通常需要機械式差速器實現(xiàn)左右車輪間的差速，由于存在轉(zhuǎn)動部件和摩擦，會帶來一定的能量損失。（2）分布式驅(qū)動每個車輪都由獨立的電機驅(qū)動，通常不需要機械式差速器。理論上講，輪邊電機和輪轂電機布局具有更好的節(jié)能性能。需要注意的是，差速器的能量損失在整個車輛行駛中所占比例并不是很大，因此在實際應(yīng)用中，節(jié)能性能的差異可能并不會產(chǎn)生非常顯著的影響。2.4傳動系統(tǒng)布置型式對節(jié)能的影響2.5傳動系統(tǒng)控制策略1.電動汽車穩(wěn)定性控制策略

電動汽車分布式驅(qū)動構(gòu)型，穩(wěn)定性控制策略成為電動汽車研發(fā)的重要課題，主要是通過對車輛驅(qū)動和制動力矩的控制對車輛的運行姿態(tài)進行調(diào)節(jié)。

常用控制模式為分層控制，上層進行直接橫擺力矩的和期望驅(qū)動力矩的計算，中層基于輪胎穩(wěn)定裕度的最優(yōu)控制進行各輪轉(zhuǎn)矩的初步分配，下層基于電子差速控制對各輪轉(zhuǎn)矩進一步修正。分布式驅(qū)動電動汽車穩(wěn)定性分層控制策略示意圖2.5傳動系統(tǒng)控制策略2.協(xié)同控制策略

分布式驅(qū)動電機增多，各驅(qū)動電機之間的同步性也是電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一。常用的協(xié)同控制有并行控制、主從控制、交叉耦合控制、偏差耦合控制、虛擬主軸控制等。并行控制結(jié)構(gòu)圖（1）并行控制開環(huán)控制，具有較好的啟動以及停止性能。各單元彼此獨立，精度取決于控制器、驅(qū)動器以及電機性能的一致性。信號傳輸時延、內(nèi)外復(fù)雜擾動的不確定性，會引起較大的協(xié)同控制誤差，降低協(xié)同控制性能。2.5傳動系統(tǒng)控制策略2.協(xié)同控制策略（2）主從控制將一個電機作為主電機，其他電機為從電機，系統(tǒng)控制指令只輸入給主電機，主電機的輸出信號作為從電機的控制輸入指令。很大程度上保障從電機良好的跟蹤主電機的速度反饋信號。從電機的狀態(tài)難以反饋到主電機系統(tǒng)，僅僅實現(xiàn)了由主電機至從電機的單向協(xié)同驅(qū)動控制。主從控制結(jié)構(gòu)圖2.5傳動系統(tǒng)控制策略2.協(xié)同控制策略（3）交叉耦合控制

將兩臺電機的輸出信號（速度或者位置）之差作為附加補償信號前饋到它們的速度或者位置輸入端，起到調(diào)整兩者運行狀態(tài)、以實現(xiàn)快速同步的作用。該控制策略只適用于雙電機之間的協(xié)同控制。交叉耦合控制結(jié)構(gòu)圖2.5傳動系統(tǒng)控制策略2.協(xié)同控制策略（4）偏差耦合控制為了保證三臺及以上電機的同步性能，在每臺電機轉(zhuǎn)速環(huán)控制器的輸入環(huán)節(jié)，加入轉(zhuǎn)速同步補償器改善系統(tǒng)的同步性能。補償器的數(shù)學模型由自身電機與系統(tǒng)其他電機之間的轉(zhuǎn)速差與耦合系數(shù)相乘得到。根據(jù)各電機的轉(zhuǎn)速變化情況，同步轉(zhuǎn)速補償量將進行動態(tài)調(diào)整。偏差耦合控制結(jié)構(gòu)圖2.5傳動系統(tǒng)控制策略2.協(xié)同控制策略（5）虛擬主軸控制通過模擬機械主軸的拖動特點，將多電機的實際運行轉(zhuǎn)矩反饋到虛擬的主軸上，主軸對反饋的轉(zhuǎn)矩進行輸出調(diào)整，從而帶動多電機恢復(fù)到同步的狀態(tài)。用電信號復(fù)制了機械主軸的特性，但存在著給定信號時延和虛擬主軸慣量難以確定等問題。虛擬主軸控制結(jié)構(gòu)圖變速器節(jié)能技術(shù)033.1變速器的結(jié)構(gòu)型式

一般而言，電動汽車的變速器結(jié)構(gòu)型式可分為兩種，一種是固定軸式，又稱平行軸式(Layshaft或Countershaft)；另一種是旋轉(zhuǎn)軸式，主要是行星齒輪式(Epicyclic或PlanetaryGear)。

平行軸式變速器所有軸的位置相對于變速器箱體都是固定的，而行星齒輪式變速器的行星輪軸相對于變速器箱體則是轉(zhuǎn)動的。3.1變速器的結(jié)構(gòu)型式平行軸式變速器以兩軸式最為常見，如圖所示的單速比減速器和2擋AMT。這種結(jié)構(gòu)包括輸入軸、輸出軸及主減速器，主減速器的主動齒輪布置在輸出軸上。

單速比減速器實例

2擋AMT實例3.1變速器的結(jié)構(gòu)型式行星齒輪式變速器以簡單行星齒輪系最為常見，圖所示為2擋動力換擋變速器(PST)。圖中的變速器輸入軸和輸出軸在同一軸線上，且主減速器的主動齒輪布置在輸出軸上。2擋PST實例

雙轉(zhuǎn)子電機電氣無極變速器實例3.2變速器的布置型式電動汽車常見的傳動型式包括固定速比減速器、電控機械多擋位變速器和電氣無級變速器(EVT)。混合動力汽車存在多個動力源，變速器主要是電氣無極變速器、機械式自動變速器、機電耦合裝置等。除了單速比減速器，有級變速器包括機械式自動變速器(AMT)、雙離合自動變速器(DCT)和行星齒輪式動力換擋變速器等1.減速器減速器的主要特點是采用平行軸齒輪或行星齒輪系實現(xiàn)減速增矩，傳動比固定不變。3種減速器的典型結(jié)構(gòu)型式如圖3-19所示。3.2變速器的布置型式2.AMTAMT的主要特點是采用平行軸式齒輪副，用離合器配合同步器進行換擋，換擋過程完全由變速器控制器(TCU)自動進行。由于采用單個離合器，換擋過程存在動力中斷現(xiàn)象。在電動汽車應(yīng)用中，由于驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速控制比傳統(tǒng)燃油發(fā)動機的轉(zhuǎn)速控制響應(yīng)更快、精度更高，常常不設(shè)置離合器，僅以驅(qū)動電機配合同步器進行換擋。一種典型的2速機械式自動變速器結(jié)構(gòu)如圖3-20所示。3.2變速器的布置型式3.DCTDCT的主要特點是采用平行軸式齒輪副，通過雙離合器將動力傳遞到雙輸入軸，配合同步器進行換擋，換擋過程完全由變速器控制器(TCU)自動進行。由于采用雙離合器，換擋過程不存在動力中斷。在電動汽車應(yīng)用中，若是僅兩個前進擋位，有時會省去同步器，這相當于傳統(tǒng)燃油汽車雙離合自動變速器的預(yù)選擋位，即只要切換離合器就可實現(xiàn)換擋，不僅可以縮短換擋時間，還可以簡化結(jié)構(gòu)，降低成本。3.2變速器的布置型式4.行星齒輪式動力換擋變速器采用行星齒輪系配合離合器或制動器等鎖止裝置進行換擋。由于行星齒輪系傳動的功率密度高，當傳遞一定轉(zhuǎn)矩時，其結(jié)構(gòu)較平行軸式更加緊湊，體積和重量都較小。換擋過程完全由變速器控制器(TCU)自動進行，且不需要選擋，換擋原理與液力變矩器式自動變速器相同，其過程不存在動力中斷。兩種典型的兩速行星齒輪式動力換擋變速器結(jié)構(gòu)如圖3-22所示。3.3各種減速器的比較01單速比減速器單速比減速器是目前電動汽車上最常見的傳動系統(tǒng)型式。主要優(yōu)點是機械傳動效率高、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、成本低，主要缺點是起步轉(zhuǎn)矩小、無法使電驅(qū)動系統(tǒng)經(jīng)常在高效區(qū)工作、爬坡能力較低、對逆變器要求高、成本高等。02多擋位變速器電動汽車采用多擋位變速器可以提高起步、加速、爬坡、最高車速等性能并且提高整車的能量經(jīng)濟性。然而，提高的幅度受到許多影響因素的支配。一方面，多擋位變速器對起步、爬坡、最高車速的影響較為確定，這是因為與單速比減速器相比，多擋位變速器通常有較大的1擋速比，提高了起步、爬坡性能；另一方面，多擋位變速器通常有更小的最高擋速比，提高了能夠達到的最高車速。3.3各種減速器的比較03電氣無級變速器(EVT)電氣無級變速器是一種全新的電驅(qū)動系統(tǒng)，常是機械結(jié)構(gòu)和電氣部件高度集成的電驅(qū)動系統(tǒng)，以滿足整車布置所需的緊湊性要求。電氣無級變速器的傳動比可以在一定的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)變化，不會有換擋沖擊。（1）電氣無級變速器的分類根據(jù)應(yīng)用車型的不同，電氣無級變速器可以分為混合動力電氣無級變速器和電動電氣無級變速器兩大類。混合動力電氣無級變速器一般有兩個機械端口，一個用于從發(fā)動機獲得機械能，另一個用于輸出動力至主減速器和車輪。它可以不設(shè)電氣端口，這種情況下發(fā)動機的機械能是驅(qū)動車輛的唯一能量源。隨著增程式和插電式混合動力汽車的發(fā)展，變速器增加了一套功率變換裝置，用于在兩個機械端口之間以電能形式實現(xiàn)能量交換。3.3各種減速器的比較03電氣無級變速器(EVT)（2）混合動力電氣無級變速器的結(jié)構(gòu)型式混合動力電氣無級變速器是用于混合動力汽車的一種無級變速驅(qū)動裝置，它將發(fā)動機、電機等動力源發(fā)出的驅(qū)動力耦合起來并根據(jù)整車工況的要求、車速以及駕駛?cè)艘鈭D提供合適的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動車輛運行，一般還兼有發(fā)電以及起動發(fā)動機等功能。典型的混合動力電氣無極變速器結(jié)構(gòu)3.3各種減速器的比較03電氣無級變速器(EVT)（3）電動電氣無級變速器的結(jié)構(gòu)型式電動電氣無級變速器是主要用于電動汽車的一種無級變速驅(qū)動裝置。它將雙轉(zhuǎn)子電機的兩個動力源發(fā)出的驅(qū)動力用行星齒輪裝置耦合起來，并根據(jù)整車工況的要求、車速以及駕駛?cè)艘鈭D，在一定范圍內(nèi)提供可連續(xù)變化的最佳傳動比驅(qū)動。在制動能量回饋工況下，它還可進入發(fā)電模式工作。與主減速器相結(jié)合，電動電氣無級變速器不僅具有變速增矩作用，還是一套高集成度的電驅(qū)動總成。典型的電動電氣無極變速器結(jié)構(gòu)3.3各種減速器的比較03電氣無級變速器(EVT)（3）電動電氣無級變速器的結(jié)構(gòu)型式主要特點：①在任一時刻，系統(tǒng)都可以在動力性優(yōu)先和經(jīng)濟性優(yōu)化所對應(yīng)的不同傳動比之間連續(xù)切換，這種無級變速功能可以避免有級變速器的換擋沖擊，提高了駕乘舒適性②通過選擇內(nèi)外兩個電機分系統(tǒng)的工作點，可讓系統(tǒng)在最佳綜合效率或最大輸出動力等不同策略下運行，有助于提高整車的經(jīng)濟性和動力性，提高整車的續(xù)駛里程、加速及爬坡性能③可輕易解決單電機和輪轂電機等傳統(tǒng)電驅(qū)系統(tǒng)的某些難以實現(xiàn)的工況，例如坡上保持工況，即在松開制動踏板、踩下加速踏板在坡上保持靜止，不受電機堵轉(zhuǎn)的時間限制。④當內(nèi)外轉(zhuǎn)子分別連接到太陽輪、行星架而通過齒圈輸出時，該系統(tǒng)還可以實現(xiàn)一些傳統(tǒng)電驅(qū)系統(tǒng)不具備的功能例如超速傳動和正向倒車傳動。3.3各種減速器的比較03電氣無級變速器(EVT)（3）電動電氣無級變速器的結(jié)構(gòu)型式3.4變速器換擋規(guī)律最佳動力性換擋通過選擇合適換擋時機，保持最大加速度，提升汽車性能。最佳經(jīng)濟性換擋依據(jù)電機效率，調(diào)整擋位，確保電機在高效率區(qū)間運行，提高能源利用率。組合型換擋策略結(jié)合動力性和經(jīng)濟性，設(shè)置閾值，靈活切換換擋模式，兼顧性能與節(jié)能。3.4變速器換擋規(guī)律1.最佳動力性換擋規(guī)律汽車的動力性包括最大爬坡度、最高車速、加速性能。一般來說，變速器的最低擋位速比決定了汽車的最大爬坡度，變速器的最高擋位或者次高擋位決定了汽車的最高車速，變速器的換擋控制策略決定了汽車的加速性能。汽車的最佳動力性換擋就是通過選擇合適的換擋時機，使汽車保持最大的加速度。變速器在不同擋位時，旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)不同，這對汽車的加速度會有一定的影響。汽車的瞬時加速度計算式為：

式中，為旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。式中，1和2為計算常數(shù)，對于乘用車，1取0.03~0.05，2取0.05~0.07；ik為當前擋位速比；Ga為當前整車質(zhì)量（kg）；Gx為汽車滿載質(zhì)量（kg）。3.4變速器換擋規(guī)律1.最佳動力性換擋規(guī)律

電動汽車和燃油汽車的動力性換擋規(guī)律類似，都是使汽車有最大的加速度，所以同一油門開度下，畫出相鄰擋位的車輪端輸出轉(zhuǎn)矩曲線，曲線的交點即為換擋點。這里采用作圖法制定換擋曲線。①畫出不同油門開度下的電機牽引特性曲線，如圖所示。不同油門開度下的電動機牽引力特性曲線3.4變速器換擋規(guī)律1.最佳動力性換擋規(guī)律②作出在不同油門開度下，兩個擋位的輸出轉(zhuǎn)矩，分別標記出同一油門開度下兩個擋位加速度的交點。將這些交點連起來，就是變速器的升擋曲線，如圖所示。不同油門開度下的兩個檔位的升程曲線3.4變速器換擋規(guī)律1.最佳動力性換擋規(guī)律③確定升擋曲線后，需要基于升擋曲線制定降擋曲線，降擋曲線的制定有等延遲型、發(fā)散型、收斂型、綜合型，這里的降擋曲線采用等延遲型，如圖所示。動力性等延遲換擋曲線3.4變速器換擋規(guī)律2.最佳經(jīng)濟性換擋規(guī)律電動汽車的經(jīng)濟指標主要有續(xù)駛里程、單位里程能耗、單位能耗行駛里程等。在汽車的行駛過程中，電池放電，電流經(jīng)過分線盒，一部分電能用于輔助設(shè)備，一部分電能通過逆變器驅(qū)動電機，然后將電能轉(zhuǎn)化為動能傳遞到變速器，最后傳遞到車輪。能量的消耗主要來源于三個方面：一是機械傳動部件的能量損失，例如變速器的傳動效率，傳動軸的傳動效率等；二是電機、超級電容及電池組等在能量轉(zhuǎn)換和傳遞過程中會有一部分能量耗散掉；三是輔助設(shè)備的用電會消耗一部分能量。用于驅(qū)動車輛的能量計算式為

3.4變速器換擋規(guī)律3.組合型換擋控制策略在汽車駕駛過程中，中低負荷希望有較好的經(jīng)濟性，中高負荷希望有較好的動力性。為了兼顧汽車的動力性和經(jīng)濟性，采用綜合型換擋控制策略，即設(shè)置閾值，當油門開度小于閾值時，采用經(jīng)濟性換擋控制策略大于閾值時，采用動力性換擋控制策略，如圖所示。經(jīng)濟性等延遲換擋曲線

綜合動力性和經(jīng)濟性的換擋曲線3.5變速器技術(shù)的發(fā)展變速器高速化為滿足高轉(zhuǎn)速需求，變速器技術(shù)正向高速化發(fā)展，目標轉(zhuǎn)速達16000r/min。已有工程樣機實現(xiàn)30000r/min，量產(chǎn)車最高轉(zhuǎn)速達16000r/min。變速器多擋化多擋變速器提升電動車性能，優(yōu)化電機特性，降低扭矩需求，減小體積與重量，降低成本，增加續(xù)航。2擋或3擋變速器改善中高速加速性能。電驅(qū)動系統(tǒng)集成化集成化設(shè)計簡化裝配，提高合格率與效率，減少線束，實現(xiàn)輕量化與成本降低。"電動機+變速器+控制器"三合一方案成為主流。發(fā)展趨勢高速化、多擋化與集成化是變速器技術(shù)的三大趨勢，推動新能源汽車技術(shù)進步，提升能效與性能。低阻力輪胎技術(shù)044.1輪胎滾動阻力的基本概念汽車行駛阻力汽車行駛時需克服滾動阻力(Ff)、空氣阻力(Fw)、坡道阻力(Fi)和加速阻力(Fa)。滾動阻力和空氣阻力始終存在，減小這兩項阻力對減少能量損失至關(guān)重要。滾動阻力滾動阻力源于輪胎與路面接觸區(qū)的相互作用力及變形，導致輪胎內(nèi)部摩擦，消耗能量。輪胎材料的黏彈滯后性能是滾動損失的根源。能量損耗輪胎滾動時，由于材料的滯后損失，能量損耗Eloss可通過計算輪胎微小部位的應(yīng)力、應(yīng)變和損耗角正切來確定，反映單位距離輪胎消耗的能量。4.1輪胎滾動阻力的基本概念1.汽車行駛阻力汽車在水平道路上等速行駛時，必須克服來自地面的滾動阻力(Ff)和來自大氣的空氣阻力(Fw)；汽車在坡道上爬坡行駛時，還必須克服坡道阻力(Fi)；汽車加速行駛時，還需要克服加速阻力(Fj)。因此汽車行駛中的總阻力為上述諸阻力中，滾動阻力和空氣阻力在任何行駛條件下均會產(chǎn)生。所以，減小汽車行駛中的滾動阻力和空氣阻力，對于減少汽車能量損失很有意義。4.1輪胎滾動阻力的基本概念2.滾動阻力的定義和發(fā)生機理汽車行駛時，由于輪胎與路面的接觸區(qū)產(chǎn)生法向和切向的相互作用力，以及相應(yīng)的輪胎和支承路面的變形，使輪胎在接觸區(qū)產(chǎn)生彈性物質(zhì)內(nèi)部摩擦現(xiàn)象，引起輪胎與支承路面之間的摩擦阻力。這種摩擦阻力稱為滾動阻力。輪胎的滾動損失是由于輪胎材料的黏彈滯后性能引起的。如圖所示，當輪胎不轉(zhuǎn)時，地面對車輪的法向反作用力分布是前后對稱的。當輪胎滾動時，在法線nn'前后相對應(yīng)點d和d'的變形相同，但受力不同。由于橡膠的彈性遲滯現(xiàn)象，d點的受力為CF，d'點的受力為DF，而CF大于DF，這樣使地面反作用力的分布前后不對稱，它們的合力為Rz，向前移動距離a，該距離隨彈性遲滯損失的增大而變大。合力Rz與法向載荷Pz大小相等，方向相反。輪胎在應(yīng)路面上的滾動

地面法向作用力的分布4.1輪胎滾動阻力的基本概念2.滾動阻力的定義和發(fā)生機理對于從動輪，根據(jù)力的平衡原理有式中，F(xiàn)R即輪胎滾動阻力。將滾動阻力的計算公式變形為從式(1.6)看出，輪胎的滾動阻力等于輪胎滾動一周的能量損耗除以其滾動一周的距離，因而可以將滾動阻力定義為單位距離輪胎所消耗的能量，單位為J/m。4.1輪胎滾動阻力的基本概念3.能量損耗Eloss輪胎滾動時，由于滯后損失的能量損耗Eloss為式中，Qi為輪胎微小部位i的遲滯適量；Vi為輪胎微小部分i的體積。根據(jù)黏彈性理論，Qi可表示為式中，σi為輪胎微小部位i的應(yīng)力；i為輪胎微小部位i的應(yīng)力；tani為輪胎微小部位的損耗角正切。由式(1.7)和式1.8)可知輪胎滾動的能量損失為降低輪胎滾動阻力的對策措施減少結(jié)構(gòu)變形損失改善輪胎材料輪胎輕量化優(yōu)化行駛條件改善路面狀況降低輪胎滾動阻力的對策措施減少結(jié)構(gòu)變形損失采用子午線輪胎，其滾動阻力系數(shù)比斜交胎低20%~25%。增加胎側(cè)剛度，減小花紋溝深度，提高輪胎內(nèi)氣壓，以降低滾動阻力。滾動阻力系數(shù)比較降低輪胎滾動阻力的對策措施輪胎內(nèi)氣壓對滾動阻力的影響在一定氣壓下的輪胎載荷與變形的關(guān)系氣壓與回正力矩的關(guān)系降低輪胎滾動阻力的對策措施改善輪胎材料通過改變輪胎橡膠配方，使材料在高溫下具有低遲滯性，低溫下具有高遲滯性，以降低滾動阻力并提高抗?jié)窕芰?。新膠材料的開發(fā)方向降低輪胎滾動阻力的對策措施輪胎輕量化減小輪胎體積指數(shù)，減輕輪胎重量，不僅能降低燃料消耗，還能提高輪胎的能效性能。輪胎體積與滾動阻力的關(guān)系降低輪胎滾動阻力的對策措施輪胎質(zhì)量對滾動阻力的影響

乘用車輪胎輕量化降低輪胎滾動阻力的對策措施優(yōu)化行駛條件控制行駛車速，以減少輪胎滾動阻力，提高車輛能效。汽車行駛速度對滾動阻力的影響降低輪胎滾動阻力的對策措施改善路面狀況優(yōu)化路面狀況，以減少輪胎滾動阻力，提高車輛能效。不同路面的滾動阻力系數(shù)動力轉(zhuǎn)向技術(shù)055.1液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)系統(tǒng)簡介液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，20世紀30年代應(yīng)用于重型車輛，通過液壓泵提供助力，減輕駕駛員轉(zhuǎn)向負擔。工作原理駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤時，液壓泵通過發(fā)動機驅(qū)動，將壓力傳遞至助力缸，產(chǎn)生額外轉(zhuǎn)向助力，提升駕駛舒適性。系統(tǒng)優(yōu)化現(xiàn)代系統(tǒng)采用輕量化材料，減輕轉(zhuǎn)向系統(tǒng)重量，降低整車能耗，提升能效性能。智能調(diào)節(jié)現(xiàn)代系統(tǒng)具備智能調(diào)節(jié)功能，根據(jù)車速和轉(zhuǎn)向角度自動調(diào)整助力大小，優(yōu)化操控性和駕駛便利性。5.1液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)5.2電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)車速感應(yīng)助力根據(jù)車速控制液壓系統(tǒng)的流量或壓力，實現(xiàn)車速感應(yīng)型助力特性，提高駕駛體驗。系統(tǒng)類型多樣包括流量控制式、動力缸分流控制式、油壓反饋控制式和閥特性控制式，每種類型通過不同方式調(diào)控助力大小。智能調(diào)節(jié)功能現(xiàn)代系統(tǒng)能夠根據(jù)車速和轉(zhuǎn)向角度自動調(diào)整助力大小，提升操控性和駕駛便利性。低速行駛優(yōu)化特別在低速行駛或停車時，系統(tǒng)能顯著改善車輛的操控性能，使駕駛更加輕松。5.3電動助力轉(zhuǎn)向（EPS）EPS系統(tǒng)原理EPS通過電動機提供轉(zhuǎn)向助力，取代傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)。傳感器監(jiān)測轉(zhuǎn)向力矩和車速，實時調(diào)整助力大小，實現(xiàn)精準操控。EPS優(yōu)勢EPS系統(tǒng)重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，僅在需要時運轉(zhuǎn)，不消耗發(fā)動機功率，顯著減少能量消耗，提高能效。智能調(diào)節(jié)現(xiàn)代EPS系統(tǒng)集成傳感器，實時監(jiān)測駕駛條件，提供靈敏穩(wěn)定的操控感，優(yōu)化駕駛體驗和安全性。維護與成本EPS系統(tǒng)無液壓回路，避免滲漏問題，降低環(huán)境污染，簡化維護，縮短生產(chǎn)和開發(fā)周期，降低維護費用。5.3電動助力轉(zhuǎn)向5.4動力轉(zhuǎn)向能耗對比分析01傳統(tǒng)液壓動力轉(zhuǎn)向液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是通過帶傳動將發(fā)動機與泵相連，此時泵的轉(zhuǎn)速與發(fā)動機轉(zhuǎn)速成正比。傳統(tǒng)液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)存在以下三方面的能量損失：（1）轉(zhuǎn)向泵的能量損失（2）轉(zhuǎn)向機構(gòu)輸出與負載不匹配產(chǎn)生的能量損失（3）與轉(zhuǎn)向器工作特點有關(guān)的能量損失

實驗表明，一般液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)引起的燃油消耗約占整車燃油消耗的3%~5%5.4動力轉(zhuǎn)向能耗對比分析02電動油泵式動力轉(zhuǎn)向電動油泵式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的能源來自動力電池。電動機進行調(diào)速控制，可以根據(jù)系統(tǒng)不同的需要隨時調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向泵的轉(zhuǎn)速。因為可以選擇排量較小的液壓泵，通過提高電動機的轉(zhuǎn)速來滿足流量的要求，這樣可以大大成減少與液壓泵有關(guān)的損失；通過改變電動機轉(zhuǎn)速來滿足不同工況下的流量和壓力的要求，可以有效地減少轉(zhuǎn)向機構(gòu)輸出與負載不匹配產(chǎn)生的能量損失，但是不能完全消除與轉(zhuǎn)向器工作特點有關(guān)的能量損失，只能通過降低非轉(zhuǎn)向工況下的電動機轉(zhuǎn)速，從而降低流量來減小部分拐失。5.4動力轉(zhuǎn)向能耗對比分析03電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，提供助力的電動機僅在汽車轉(zhuǎn)向時才工作，并消耗動力電池能量。有效避免了液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于其特點而產(chǎn)生的能量損耗。

可以通過軟件設(shè)置和修改，能快速與車型匹配，不存在由于轉(zhuǎn)向機構(gòu)輸出與負載不匹配產(chǎn)生的能量損失。裝有EPS的汽車低速行駛時轉(zhuǎn)向輕便，高速行駛時路感好，操縱穩(wěn)定性好。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能耗只是由于自身的結(jié)構(gòu)及性能特點所產(chǎn)生的。其能量消耗率僅為液壓動力轉(zhuǎn)向的16%~20%。低風阻車身設(shè)計066.1汽車車身氣動六分力1.車身周圍氣流及壓力分布汽車處于空氣介質(zhì)之中，當汽車運動時，車身周圍會產(chǎn)生空氣的流動，進而與車身之間產(chǎn)生相互的作用力。這種車身周圍空氣流動及與空氣動力有關(guān)的車身各種特性稱為空氣動力特性。車身周圍的空氣流動隨車身形狀不同而異，但大體上如圖所示。車身周圍速度流場分布云圖由于車體各處的流速因車身表面凸凹不平而發(fā)生變化，造成了作用于車身各表面處的空氣壓力不同。車身表面的壓力一般用壓力系數(shù)Cp。來表示，其計算關(guān)系式如下：

式中，p為車身表面壓力(Pa)；Po為標準壓力(Pa)；v為代表速度(m/s)；p為空氣的密度(kg/m3)。6.1汽車車身氣動六分力2.車身氣動六分力汽車行駛在道路行駛過程中，車身與空氣相互作用產(chǎn)生的力就是氣動力。汽車所受到的力可以沿著Ｘ、Ｙ、Ｚ三個方向分解為氣動阻力、氣動升力與氣動側(cè)向力，三個分力繞質(zhì)心有分別產(chǎn)生三個力矩，如圖所示。這三個力與三個力矩總稱為車身氣動六分力。六分力的大小與車身前面的投影面積、汽車的車速(相對地面的速度)與風速(大氣速度)間相對速度的2次方成正比，所以將六分力用前面投影面積、速度的2次方等進行無因次化所得到的參數(shù)叫氣動力系數(shù)。六個分力中，空氣阻力與動力性能、能量經(jīng)濟性有關(guān)，而另五分個力主要與整車的操縱穩(wěn)定性有關(guān)。

車身氣動六分力6.1汽車車身氣動六分力2.車身氣動六分力

影響氣動力大小的主要有三個因素：車速的平方；汽車正迎風面積；無量綱氣動力系數(shù)。各氣動分力系數(shù)的計算公式如表所示。

式中，D為空氣阻力(N)；L為升力(N)；S為側(cè)向力(N)；RM為側(cè)傾力矩(Nm)；PM為俯仰力矩(N·m)；YM為橫擺力矩(N·m)：A為汽車正面投影面積(m)；l為汽車的特征長度，可取軸距(m)。6.2車身氣動阻力01氣動阻力定義氣動阻力是汽車行駛時空氣對車身產(chǎn)生的阻礙力，與車速平方成正比。02氣動阻力的構(gòu)成03啟動阻力的影響因素氣動阻力由形狀阻力、摩擦阻力、誘導阻力、衍生阻力和內(nèi)部阻力組成。04氣動阻力的降低措施車身形狀、外部附件、車速和表面處理等因素均會影響氣動阻力。通過優(yōu)化設(shè)計可以顯著降低氣動阻力，提高汽車性能。6.2車身氣動阻力1.氣動阻力的定義

汽車的氣動阻力顧名思義就是阻止汽車運動的力，阻力對于車輛的能量消耗巨大，是影響電動汽車續(xù)航的一個重要因素。

由氣動阻力系數(shù)的計算公式可知，氣動阻力與速度的平方成正比，汽車行駛速度越高，氣動阻力在行駛阻力中所占的比例越大。隨著車輛行駛速度的增加，氣動阻力也逐漸成為最主要的行駛阻力。車速與氣動阻力的關(guān)系6.2車身氣動阻力2.氣動阻力的構(gòu)成形狀阻力：隨著汽車向前運動，汽車周圍的空氣對整個車身表面施加壓力，且壓力是變化的，如圖a所示。以汽車某一局部表面面積為例，沿著汽車行駛軸線作用的分力(即阻力)取決于空氣壓力的大小、空氣壓力作用的面積、表面的傾斜角(圖b)。摩擦阻力(表面阻力)：由于空氣具有黏性，當空氣流經(jīng)汽車表面時會產(chǎn)生摩擦力。誘導阻力：在空氣阻力的作用下，車身會產(chǎn)生具有垂直分量的力，不論是正(向上)還是負(向下)，都會誘導流動特性的變化，即產(chǎn)生了誘導阻力。衍生阻力：由于各種分力干擾汽車光滑表面，產(chǎn)生吸收旋渦和湍流的能量。內(nèi)部阻力：制動器等其他機械部件的冷卻氣流和駕駛艙通風氣流所產(chǎn)生的氣動阻力被稱為內(nèi)部阻力。氣動形狀阻力（a）靜壓力系數(shù)的典型分布（b）作用在車身表面的力6.2車身氣動阻力3.氣動阻力的影響因素氣動阻力的影響因素包括車身形狀、車身外部附件等，其中，車身形狀占80%以上。（1）車身前部的形狀在車身前部，氣流上下、左右有很大的彎曲，所以前部的流動曲率和有無剝離對CD值有很大的影響。因此，特別是對車頭部、前蓋與前擋泥板前形狀，必須考慮到不產(chǎn)生剝離的形狀。（2）車身后部的形狀車身尾流形成復(fù)雜的渦流，且因廂式、艙背式、掀背式及折背式等形狀的不同而變。（3）車身底部的形狀與比較圓滑的車身上部不同，車身底部的凸凹體導致空氣阻力增大。一般乘用車底部凸凹使CD增加0.05左右，對升力也有影響，所以采用將底部圓滑化及給凸凹處加罩來降低CD值。6.2車身氣動阻力4.氣動阻力的降低措施（1）外形設(shè)計的局部優(yōu)化車頭部棱角圓角化可以防止氣流分離和降低CD值。（2）外形設(shè)計的整體優(yōu)化局部優(yōu)化和氣動附加裝置都可部分地改進空氣動力特性，取得良好的效果。但要使空氣動力性能有較大的改變以達到更高的水平，則應(yīng)進行外形設(shè)計的整體優(yōu)化，也就是將汽車空氣動力學的各項研究成果及改進經(jīng)驗，系統(tǒng)地應(yīng)