电动汽车与传统汽车底盘对比

电动汽车新技术

基本结构及其工作原理

传统汽车底盘由传动系、行驶系、转向系和制动系四部分组成，底盘作用是支承、安装汽车发动机及其各部件、总成，形成汽车的整体造型，并接受发动机的动力，使汽车产生运动，保证正常行驶。

电动车的基本结构主要可分为三个子系统，即主能源系统（电动源）、电力驱动系统、能量管理系统。其中电力驱动系统又由电控系统、电机、机械传动系统和驱动车轮等部分组成；主能源系统又由主电源和能量管理系统构成，能量管理系统是实现电源利用控制、能量再生、协调控制等功能的关键部件。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。

电动汽车的工作原理：蓄电池——电流——电力调节器——电动机——动力传动系统——驱动汽车行驶。

纯电动汽车，相对燃油汽车而言，主要差别（异）在于四大部件，驱动电机，调速控制器、动力电池、车载充电器。

图1 电池组布置于底盘中间

能源供及系统

与内燃汽车相比，电动汽车的特点是结构灵活。内燃汽车的主要能源为汽油和柴油，而电动汽车是采用电力能源，由电动源和电动机驱动的，电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。传统内燃汽车的能量是通过钢性联轴器和转轴传递的，而电动车的能量是通过柔性的电线传输的。因此，电动汽车各部件的放置具有很大的灵活性。

传动系统

变速传动系统是电动车驱动子系统的一个重要部件，它指的是驱动电机转轴和车轮之间的机械连接部分。对于传统汽车来说，变速器是必要的部件，设计时主要考虑采用什么类型的变速器。但对于电动汽车则不同，由于驱动电动机的转矩和转速完全可以由电子控制器进行全范围的控制，因此变速系统的设计就可以有多种不同的选择。既可用传统的变速齿轮箱变速，还可以用电子驱动器控制电动机直接变速。究竟采用哪种方案，主要还应依据电动汽车的能量和经济性，也涉及到电机和控制器的设计。

为了提高电动汽车的传动效率，人们开发了电动汽车专用的电机和变速传动一体化的两速或三速自动传动桥。先进的两速电机/多速传动桥将变速齿轮组与高速异步电动机完全结合为一体，并且直接安装在电动汽车驱动轮的驱动轴上，构成重量轻、体积小、效率高、结构紧凑和成本低廉的传动系统。

动力系统

电动汽车经过近20年的快速发展，在能源动力系统方面形成了具特色的三大类动力系统结构技术特点。

纯电动汽车、油电混合动力汽车和燃料电池汽车是目前电动汽车领域的三大种类，油电混合动力汽车目前被国内外各大汽车企业最早列入产业化计划，并联混合动力和混联混合动力是被电动轿车广泛采用的主流动力系统结构。近几年，随着储能电池技术水平的飞速发展，以车载动力蓄电池提供电能驱动的纯电动汽车得到快速发展，多个电机驱动的动力分散结构的纯电动动力系统受到国内外研究机构的广泛关注。以氢和氧通过电极反应转换成电能驱动的燃料电池电动汽车，采用电-电混合动力结构，能量转换效果比内燃机高2~3倍，是未来清洁能源汽车的重要发展方向之一。

图2 多能源动力总成控制模块

底盘电子化、模块化与智能化

电动汽车采用电力能源，电气化技术对汽车结构性能的创新提供更多的可能性。底盘系统将逐步采用电动化执行部件，结构也会随之发生革新，并将推动汽车模块化、智能化的发展。

通用开发的电动汽车“AUTOnomy”[6]是一个典型的底盘与动力系统集成一体化的创新例子。该车车身与底盘分开，底盘与动力系统集成在一个“滑板”中，驱动系统和控制系统都设计在底盘上，采用了线控技术，使车辆操控系统、制动系统和其他车载系统都通过电子控制而非传统机械方式来实现，车身与底盘仅通过软件接口连接，全面实现了底盘的“电动化”。

图3 通用“AUTOnomy”滑板式底盘

电动汽车采用安装在车轮内的电机直接驱动，可实现动力分散控制。与传统的内燃机汽车和单一电机中央驱动的电动车辆相比，四轮驱动方式实现了各车轮的独立分散驱动，各车轮均可实现制动能量回收，还可省去变速器、离合器、传动轴等复杂的机械传动装置，传动效率提高。

传动系统

无论是串联(燃料电池可视为特殊的串联结构)、并联、混联式的混合动力车，还是由电池提供能量的纯电动汽车，其动力装置的布置往往在原发动机前舱布置的基础上进行，并力求把相应的电气装置布置在前舱(如DC/AC、DC/DC等)，所以对部件小型化提出了更高的要求。此外，并联或混联式混合动力由于采用两个以上的动力装置，在布置上要求更为严格。丰田Prius的混联结构堪称小型化集成化的典范[4]。

与传统的自动变速箱相比，电动汽车的自动变速传动桥同样包括有盘形和带形离合器、星型齿轮、差速器、执行离合动作的液压系统、润滑油以及冷却系统。自动变速传动桥可以

用微处理器实现转轴的全电子控制。一个由停车、倒车、空档、行驶以及从一档构成的五档选择器为驾驶员提供了各种情况下驾驶的不同选择。控制器将根据驾驶员所挂的档位自动决定变速齿轮在哪一级变速档上，并将适当的信号送到液压控制系统以及执行变速控制。由于交流异步电机的转动惯性低并有理想的转矩特性，使得控制变速桥进行平滑的自动变速变得更容易。

能源动力系统的智能化技术

能源系统、动力系统的电子化使得电动汽车体现出越来越强大的功能。但电动汽车能源动力系统的智能化还没有引起充分的关注。一般将重点放在整车与动力系统的功能和稳态性能指标、可靠性等方面。研究表明，能源动力系统智能化技术对提高电动汽车经济性、动力性、可靠性具有重要意义。

车用电机系统如异步电机、永磁电机都具有非线性时变参数，特别在内部磁场、温度变化时，电机参数会发生变化，对此类时变参数的在线辨识十分重要。自学习的电池管理系统可实时准确监测电池SOC状态，并在运行中保护电池不受损伤，这对电池的寿命和安全具有重要意义。整车能量管理智能化技术的重点在于能量的优化分配和行车经济性，即在正常行车(各部件正常工作)过程中，根据电池的SOC、SOH状态确定剩余里程，进而优化行车参数。整车智能化能量管理还须考虑各子系统和部件的非正常工作状态，即当动力系统工作中出现各种故障时，及时判断故障来源并提出合理的应对策略。

制动系统

电动汽车的制动装置同其他汽车一样，是为汽车减速或停车而设置的，通常由制动器及其操纵装置组成。电动汽车将惯性能量通过传动系统传递给电机，电机以发电方式工作，为动力电池充电，实现制动能量的再生利用。与此同时，产生的电机制动力矩又可通过传动系统对驱动轮施加制动，产生制动力。

传统的燃油汽车在制动时是将汽车的惯性能量通过制动器的磨擦转化成热能散发到周围环境中去。

对于电动汽车而言。由于电机具有可逆性，即电动机在特定的条件下可以转变成发电机运行，因此可以在制动时采用回馈制动的办法，使电机运动在发电状态，通过设计好的电力装置将制动产生的回馈电流充人储能装置中，这样就可以回收一部分可观的惯性能量，提高电动汽车的续驶里程。

一般而言，再生发电系统只能起到限制电动机转子速度过高的作用，即不让转子的速度比同步速度高出很多，但无法使其限制到小于同步转速。也就是说，再生发电制动仅仅能起到稳定运行的作用，因此，在考虑设计再生制动发电的几种使用场合时，应全面综合统盘考虑刹车制动、下坡滑行、高速运行和减速支行等多种场合。电动汽车制动能量回馈发电系统原理如图4所示。

图4 电动汽车制动能量回馈发电系统原理框图

未来电动汽车展望

电动汽车不同于传统汽车的明显特点是采用了新的能源动力系统，一方面使得电动汽车在节能环保上发生了技术革命，另一方面电力驱动系统快速的转矩响应特性也使主动安全技术和性能出现大的飞跃。汽车电子技术的发展和应用推动底盘向电动化、模块化、智能化和集成化方向发展，为汽车安全性和舒适性提高提供不竭的源泉，同时也为车身轻量化和新材料的应用提供了新的设计思路。可以预见电动汽车将超出新型能源动力系统的本身的特点，在设计理念、方法、生产方式上出现新的革命。

设计理念的变革

电动汽车设计理念的变革主要体现在安全性的设计理念上。随着底盘电子化、信息化技术的发展，电动汽车主动安全控制的快速性，及整车智能化技术的发展都对传统车身的安全性设计理念产生冲击。

(1)智能技术的应用使汽车具有“仿人”功能。当潜在的碰撞事故(如行人-汽车碰撞、汽车-汽车碰撞、汽车-障碍物碰撞等)发生前，电动汽车通过智能系统的认知功能预测各种潜在的危险状态，并提前预警或自动调节运动轨迹，避免危险事故的发生，使驾乘安全性大大提高。

(2)制动系统的快速响应性可在碰撞发生时提高底盘的耐冲击性能，例如碰撞发生时，通过及时应用电动部件的快速响应，实现“软碰撞”，有效降低碰撞带来的危害程度。

(3)车身碰撞要求降低。碰撞安全性的设计理念和技术中采用了新的安全性思想，通过

车身吸收能量的方式被通过电动化的快速响应和智能化快速预测所代替。

汽车生产方式的改变与简化

未来电动汽车最大特点将发生在结构的革新上。底盘动力装置的一体化，将对传统汽车车身的核心结构产生大的冲击。未来电动汽车的结构上，底盘一体化系统与车身系统的模块化优势将被充分发挥。

(1)底盘经过简单的组件将动力系统集成为一体，集电池系统、电驱动系统及传统底盘部件为一体的新型底盘，将使底盘生产方式大大简化。

(2)车身设计更为简洁。传统汽车的车身将可能不再如此复杂，原来下车身的功能由新型底盘所替代，轻量化材料被应用于车身(如碳纤维、车用聚丙烯等)，模块化车身在碰撞安全性方面要求降低，一个底盘系统配不同造型的车身有可能成为一种新的潮流。

(3)传统汽车的复杂车身制造体系有可能被更为时尚的模块化车身和集机电一体化底盘制造体系取代。电子(电动)化的元素越来越多，模块化组件生产方式将大力推广和发展。

综述

一般而论，电动汽车和燃油汽车同样都是机动车，就外部性能而言，描述它们的数学和物理手段并无大异。因此，大多数的电动汽车参数都可以从发展成熟的燃油汽车体系中借鉴。但是，由于电动汽车的特殊性，它的蓄电池重量、效率、再生能量的利用效率等性能参数却是传统的内燃汽车所没有的。

电动汽车除了新型能源动力系统替代原内燃机动力系统之外，未来的发展将越来越体现出不同于传统汽车的特征，这些特征包括：(1)动力控制的快速响应；(2)动力分散的新型电力驱动方式；(3)新的车身安全性解决方案与轻量化技术应用；(4)底盘电动化、智能化和集成化。上述技术的发展和创新，必将大大增加汽车安全性和节能效果，进一步推动电动汽车安全性设计理念的变革，并简化电动汽车的制造与生产方式。