關(guān)于汽車(chē)新技術(shù)電動(dòng)車(chē)輪的論文

【專家解說(shuō)】：電動(dòng)車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)技術(shù)摘要：介紹了電動(dòng)車(chē)輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)車(chē)輪的類型和特點(diǎn)，以及電動(dòng)車(chē)輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)目前電動(dòng)車(chē)輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題和電動(dòng)車(chē)輪電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了討論，提出了相應(yīng)的發(fā)展建議。關(guān)鍵詞：電動(dòng)車(chē)輪；電動(dòng)車(chē)；驅(qū)動(dòng)技術(shù)（一）引言隨著汽車(chē)保有量的不斷增加和能源的日益緊缺，人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的意識(shí)逐步增強(qiáng)，汽車(chē)在帶給人類方便、快捷、舒適的現(xiàn)代生活的同時(shí)，也引起了日益嚴(yán)重的環(huán)境污染和不斷加劇的能源短缺問(wèn)題，燃油發(fā)動(dòng)機(jī)在現(xiàn)代汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)中的統(tǒng)治地位也逐漸被動(dòng)搖。目前，電動(dòng)車(chē)作為唯一能達(dá)到零排放的機(jī)動(dòng)車(chē)越來(lái)越受到人們的歡迎，電動(dòng)車(chē)輪技術(shù)作為電動(dòng)車(chē)的一個(gè)重要的發(fā)展方向，以其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)越來(lái)越受到汽車(chē)開(kāi)發(fā)商的關(guān)注。電動(dòng)車(chē)輪作為獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)部件，集電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、制動(dòng)器等于輪轂，是一種獨(dú)特的驅(qū)動(dòng)單元。使用電動(dòng)車(chē)輪技術(shù)的電動(dòng)車(chē)普遍具有控制靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、綠色環(huán)保、傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)。（二）電動(dòng)車(chē)輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展最早的電動(dòng)車(chē)輪結(jié)構(gòu)產(chǎn)生在20世紀(jì)50年代初，是由美國(guó)人羅伯特發(fā)明的，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，該輪轂裝置中融合了電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、制動(dòng)器。電動(dòng)機(jī)的輸出力矩傳遞到減速機(jī)構(gòu)的輸入軸，經(jīng)減速后，增大的力矩傳遞給輪輞，最后驅(qū)動(dòng)車(chē)輪旋轉(zhuǎn)，這種結(jié)構(gòu)最早應(yīng)用在大型礦用自卸車(chē)上，是美國(guó)通用電氣公司于1968年推出的。到20世紀(jì)70年代，我國(guó)也開(kāi)始研制大型礦用電動(dòng)車(chē)輪自卸車(chē)，自1977年湖南湘潭電機(jī)廠研制成功第一臺(tái)電動(dòng)車(chē)輪自卸車(chē)樣車(chē)以后，又先后生產(chǎn)了一系列電動(dòng)車(chē)輪自卸車(chē)，目前我國(guó)的電動(dòng)車(chē)輪自卸車(chē)性能日臻完善，某些型號(hào)也達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。20世紀(jì)90年代初期，清華大學(xué)輕型電動(dòng)車(chē)科研組首先將電動(dòng)車(chē)輪的思想勇勇于電動(dòng)自行車(chē)的研制，并研制出半軸式鳥(niǎo)籠結(jié)構(gòu)的電動(dòng)輪轂，因此成為世界上最早將電動(dòng)車(chē)輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于電動(dòng)自行車(chē)的單位。這種電動(dòng)輪轂采用了告訴有刷電機(jī)、減速齒輪和離合器。半軸式鳥(niǎo)籠結(jié)構(gòu)，就是將中心軸，即自行車(chē)輪軸的中段膨脹成一個(gè)“鳥(niǎo)籠”，軸也就分為左、右兩段，即左、右半軸式結(jié)構(gòu)，鳥(niǎo)籠中放置盤(pán)式電機(jī)。這種“鳥(niǎo)籠式”的特點(diǎn)是把電機(jī)很好地保護(hù)了起來(lái)，除工作力矩外，沒(méi)有任何外力會(huì)作用到電機(jī)上，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。整個(gè)輪轂的內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常精巧、緊湊，總重35kg，體積為Φ190mm×110mm。電動(dòng)車(chē)輪電動(dòng)汽車(chē)被認(rèn)為具有集中電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車(chē)喝傳統(tǒng)電動(dòng)車(chē)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)燃料電池汽車(chē)高端車(chē)輛的理想選擇，世界上多家汽車(chē)公司和研究機(jī)構(gòu)都在進(jìn)行電動(dòng)車(chē)輪電動(dòng)車(chē)的研究。自1991年日本人在美國(guó)申請(qǐng)專利以后，日本在電動(dòng)汽車(chē)的電動(dòng)車(chē)輪研究方面一直處于領(lǐng)先地位。（三）電動(dòng)車(chē)輪結(jié)構(gòu)類型及特點(diǎn)根據(jù)電動(dòng)車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)類型，可以將電動(dòng)車(chē)輪分為減速驅(qū)動(dòng)型和直接驅(qū)動(dòng)型。減速驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)車(chē)輪多采用內(nèi)轉(zhuǎn)子高速電動(dòng)機(jī)，這種電機(jī)一般轉(zhuǎn)速高、轉(zhuǎn)矩小，為了滿足車(chē)輪的實(shí)際轉(zhuǎn)速要求，通常需匹配一個(gè)相應(yīng)的減速機(jī)構(gòu)。減速機(jī)構(gòu)一般安裝在電動(dòng)機(jī)與車(chē)輪之間，起到減速和增矩的作用，以保證電動(dòng)車(chē)在低速時(shí)能獲得足夠大的轉(zhuǎn)矩。減速驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)車(chē)輪具有比功率較高、質(zhì)量輕、效率高、噪聲小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高，必須用減速機(jī)構(gòu)降低轉(zhuǎn)速以獲得較大的轉(zhuǎn)矩，因此作為非簧載質(zhì)量的整個(gè)電動(dòng)輪的質(zhì)量依然比傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)重。減速機(jī)構(gòu)多為行星齒輪減速裝置，其結(jié)構(gòu)緊湊、減速比較大，也有采用外嚙合圓柱齒輪減速裝置的，但軸向尺寸過(guò)大，徑向質(zhì)量分布不均。為了減少電動(dòng)車(chē)輪的非簧載質(zhì)量，出現(xiàn)了直接驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)車(chē)輪，這種電動(dòng)車(chē)輪去掉了減速驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)車(chē)輪中的減速機(jī)構(gòu)，大大減少了非簧載質(zhì)量，也簡(jiǎn)化了整個(gè)電動(dòng)車(chē)輪的結(jié)構(gòu)。這種電動(dòng)車(chē)輪多采用外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，直接將外轉(zhuǎn)子安裝在車(chē)輪的輪輞上驅(qū)動(dòng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。然而電動(dòng)車(chē)在起步時(shí)一般需要較大的轉(zhuǎn)矩，也就是說(shuō)安裝在直接驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)輪中的電動(dòng)機(jī)，必須具有較好的轉(zhuǎn)矩特性，能在低速時(shí)提供大轉(zhuǎn)矩。另外，還必須具有很寬的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍。直接驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)車(chē)輪中采用的外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸向尺寸小，能夠在很寬的速度范圍內(nèi)控制轉(zhuǎn)矩，且響應(yīng)速度快，又因?yàn)闆](méi)有減速機(jī)構(gòu)，所以效率較高。如果要獲得較大的轉(zhuǎn)矩，必須增大電動(dòng)機(jī)的體積和質(zhì)量，但成本較高，在加速時(shí)效率卻很低，且噪聲很大。（四）電動(dòng)車(chē)輪驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)電動(dòng)車(chē)采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)技術(shù)后能量源與驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間的功率傳遞采用軟電纜，擺脫了傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)的設(shè)計(jì)約束，給整車(chē)帶來(lái)了很多優(yōu)點(diǎn)：（1）        采用電動(dòng)車(chē)輪技術(shù)，在同樣功率需求的情況下，可以將單個(gè)電動(dòng)機(jī)功率分配給多個(gè)電動(dòng)機(jī)。相應(yīng)地，對(duì)電氣和機(jī)械傳動(dòng)零部件的要求都可以降低，便于設(shè)計(jì)與生產(chǎn)。在大型礦用載重汽車(chē)上，機(jī)械傳動(dòng)很難傳遞的大轉(zhuǎn)矩，就是利用電動(dòng)車(chē)輪結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)傳遞的。（2）        取消了離合器、變速器、傳動(dòng)軸、差速器等部件，使傳動(dòng)系統(tǒng)得到簡(jiǎn)化，有利于汽車(chē)實(shí)現(xiàn)輕量化目標(biāo)；由于減少了精密機(jī)械部件的加工費(fèi)用，使整車(chē)生產(chǎn)成本也有望降低；由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車(chē)輪甚至兩者集成為一體，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。（3）        由于去掉了機(jī)械傳動(dòng)部分，相對(duì)于保留機(jī)械傳動(dòng)系的電動(dòng)車(chē)，其傳動(dòng)效率得到提高。（4）        提高汽車(chē)的通過(guò)性能。這主要來(lái)自于兩方面，一方面，簡(jiǎn)化的傳動(dòng)系統(tǒng)可以提高車(chē)輛的離地間隙，另一方面，使用全輪驅(qū)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)輪單獨(dú)控制的措施，可以最大限度地利用地面的附著能力。（5）        電動(dòng)車(chē)輪與動(dòng)力源之間采用軟電纜鏈接，且占用空間少，因此使整車(chē)布置設(shè)計(jì)非常靈活，對(duì)于電動(dòng)客車(chē)來(lái)說(shuō)，便于實(shí)現(xiàn)低地板化行李箱及乘客位置設(shè)計(jì)更靈活，并且也有更多的空間來(lái)布置電池。整車(chē)質(zhì)量分布設(shè)計(jì)自由度大，可以更合理地分配軸向載荷。（五）電動(dòng)車(chē)輪的關(guān)鍵技術(shù)電動(dòng)車(chē)輪由于自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得這一技術(shù)在電動(dòng)汽車(chē)上有廣泛的應(yīng)用前景，但是，目前電動(dòng)車(chē)輪的關(guān)鍵技術(shù)還沒(méi)有完全突破，主要有以下四個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)：（1）    研制調(diào)速范圍寬，轉(zhuǎn)矩變化范圍大，結(jié)構(gòu)緊湊的電動(dòng)機(jī)。（2）    解救電動(dòng)機(jī)的冷卻、密封和抗振動(dòng)技術(shù)。（3）    開(kāi)發(fā)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊和重量輕的減速裝置。（4）    可靠性高、性能好的電子差速器。（六）電動(dòng)車(chē)輪的發(fā)展趨勢(shì)    電動(dòng)車(chē)輪在汽車(chē)上推廣主要受兩個(gè)方面因素制約，一方面要解決電動(dòng)車(chē)輪的關(guān)鍵技術(shù)；另一方面是在關(guān)鍵技術(shù)解決之后，電動(dòng)車(chē)輪的成本應(yīng)大幅度下降，用戶能接受因使用電動(dòng)車(chē)輪后而增加的成本。    轎車(chē)采用電動(dòng)車(chē)輪技術(shù)還有許多問(wèn)題需要解決，不會(huì)很快推廣使用。轎車(chē)的舒適性要求高，行駛速度高，電動(dòng)車(chē)輪引起的非簧載質(zhì)量增加會(huì)引起平順性下降，需要進(jìn)一步解決；轎車(chē)的速度變化范圍寬，采用固定速比的減速裝置，對(duì)電動(dòng)車(chē)輪的轉(zhuǎn)矩性要求高，技術(shù)上還存在一定困難；轎車(chē)的車(chē)輪直徑較小，電動(dòng)車(chē)輪的不止有一定困難，電動(dòng)車(chē)輪的密封、冷卻和抗振性還有許多問(wèn)題需要解決。    大客車(chē)采用電動(dòng)車(chē)輪技術(shù)日益增多。大客車(chē)的車(chē)輪旋轉(zhuǎn)速度較低。采用固定速比的減速裝置后，電動(dòng)車(chē)輪的性能可以滿足車(chē)輛行駛性能的要求；大客車(chē)特別是低地板大客車(chē)采用電動(dòng)車(chē)輪結(jié)構(gòu)后，可以容易實(shí)現(xiàn)原來(lái)中央驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)由主減速器和論辯減速兩級(jí)減速才能完成的功能，既簡(jiǎn)化傳動(dòng)系統(tǒng)，又有利于解決電動(dòng)車(chē)輪引起的非簧載質(zhì)量對(duì)平順性的影響；電動(dòng)車(chē)輪引起的成本增加在大客車(chē)的成本中所占比重不大，能夠?yàn)橛脩羲邮?。（七）結(jié)語(yǔ)    電動(dòng)車(chē)輪技術(shù)作為一項(xiàng)新技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、可以改善車(chē)輛驅(qū)動(dòng)性能和行駛性能，有利于整車(chē)布置等特短，無(wú)論是在電動(dòng)自行車(chē)之類的輕型車(chē)輛，還是電動(dòng)汽車(chē)或是重型礦用車(chē)上，都有著廣闊的應(yīng)用前景。雖然電動(dòng)車(chē)輪技術(shù)中有些關(guān)鍵問(wèn)題還沒(méi)有得到完全解決，但采用電動(dòng)車(chē)輪技術(shù)哦的電動(dòng)車(chē)與傳統(tǒng)車(chē)相比，確實(shí)存在著許多不可比擬的優(yōu)勢(shì)，所以，以電動(dòng)車(chē)輪技術(shù)為特征的電動(dòng)車(chē)是未來(lái)電動(dòng)車(chē)的發(fā)展方向。參考文獻(xiàn)：1．  彭謙。大型電動(dòng)輪自卸車(chē)的發(fā)展概況及趨勢(shì)[J]。礦山機(jī)械，2000（2）：12-13。2．  宋佑川，金國(guó)棟。電動(dòng)輪的類型與特點(diǎn)[J]。城市公共交通，2004（4）：16-18。3．  陳勇，張建榮，張大明。電動(dòng)輪技術(shù)在電動(dòng)汽車(chē)中的應(yīng)用和發(fā)展[J]。機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2006（10）：169-171。