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汽车电动机通解:它能秒杀传统发动机吗?

2018-01-05 10:25 来源: 汽车工程师之家

驾仕派

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虽然目前纯电动车还有着很多不完善的地方,但是依然不妨碍大部分人把它当成是未来汽车的主流进化方向——我相信很大一部分原因就是特斯拉通过MODEL S/MODEL X,给大家展现出了一种耳目一新的高级驾驶体验,呈现出了电动车这块璞玉所蕴藏的可能性……

而这一切又和汽车电动机与传统燃油机有着天壤之别的特性密不可分。今天,我们就给大家做一次关于汽车电动机的简单科普。

汽车电机的优越性在哪?

不要以为电动车里除了特斯拉之外,就只有一堆又小又慢的老年代步车。如今已经诞生了很多性能强悍的电动超跑,譬如蔚来EP9、RimacConcept One等等。它们都有一个共同的特点,那就是加速能力足以甩掉绝大部分传统燃油车一大截——很多车型的百公里加速都已经突破到了3秒以内。它们之所以能做到如此恐怖的地步,原因都是和电动机的动力输出特性紧密相关的。

几乎所有的电动机,在转速为零的时候都能够提供接近最大的扭矩,而且调速范围非常大,基本上就不需要传统燃油车的多挡位变速箱,充其量只需要两到三个挡位就好了,这样变速箱的体积、重量可以大幅度压缩,制造难度和成本也相应下降,后续调校也显得简单许多。很多电动车甚至直接匹配一套单级的减速箱就可以了。

上面这个图就是电动机的外特性曲线,其中红色线是扭矩输出特性,绿色线是功率输出特性,而黄色的部分就是电动机运行比较高效的区间。

可以看出,电动机的特性和传统燃油机差异非常大,除了低速下扭矩非常大之外,还有着很大的恒功率区间,而且在中低转速区域非常高效——要知道电动机的运转效率普遍都能够超过90%,相比之下目前往复活塞式汽油机的最高效率也不过42%左右。

另外,电动机的运转部件就只有转子,相比燃油机要少太多了,结构简单、体积紧凑、可靠性也要高不少。如此种种,都是很多人都愿意看好电动车的原因。

电动车的动力布置方式?

由于电动机本身体积小、布置更简单,所以电动车的动力总成布置方式也显得非常多样化,可以灵活选择各种类型的布置方案。

目前,很多传统厂商碍于开发成本的原因,沿用了传统燃油车留下的车身框架,把电动机、变速箱和控制器等放在了传统燃油所在的车头位置。实际上,很多新诞生的重新独立开发的电动车,已经实现了非常自由的电机布局方式。

譬如MODEL S,将单电机+减速箱+差速器的一套组合放在了靠近前后车桥的位置。

不但电机的布局方式更自由,而且还可以引入同轴的多电机方案。譬如蔚来的电动方程式赛车,采用了双电机的后驱方案,左右车轮分别由独立的电机驱动,这样一来就可以省去传统的差速器,通过控制策略的优化,实现两侧车轮输出扭矩的分别控制,驱动力分配的效率更高。

而本田新一代的NSX,采用的则是非常复杂的3.5 V6双涡轮增压发动机,外加三电动机的混合动力四驱系统。其中后轴是发动机+单电机,而前轴用的就是双电机方案。在过弯的时候,前轴两个电机可以根据当前的过弯速度、加速度,自行调节两侧电机的输出扭矩,帮助提升过弯速度。

NSX的前轴双电机,中央还带有多片离合器和制动能量回收系统

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