◆文/山東 程增木

電動(dòng)汽車(chē)四驅(qū)系統(tǒng)介紹

◆文/山東 程增木

一、電動(dòng)四驅(qū)系統(tǒng)與傳統(tǒng)四驅(qū)系統(tǒng)的差異

傳統(tǒng)四驅(qū)系統(tǒng)實(shí)際上就是普通燃油車(chē)通過(guò)分動(dòng)器、傳動(dòng)軸及差速器等主要的傳統(tǒng)部件實(shí)現(xiàn)四輪驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)是其唯一僅有的動(dòng)力來(lái)源。在傳統(tǒng)的四驅(qū)系統(tǒng)里面，分動(dòng)器、傳動(dòng)軸及差速器這些零件是必須存在的，它們主要是實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳遞和分配，而這些零件在電動(dòng)四驅(qū)系統(tǒng)中是可以部分甚至全部取消。

在電動(dòng)四驅(qū)系統(tǒng)中，允許存在多個(gè)動(dòng)力來(lái)源，可以是傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)，也可以是電機(jī)，但一套“電動(dòng)四驅(qū)”系統(tǒng)里至少存在一臺(tái)可以驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的電機(jī)，正是多股動(dòng)力的存在，才免去了動(dòng)力分配和傳遞的零件。其中，差速器(差速鎖)的類(lèi)型決定了傳統(tǒng)四驅(qū)系統(tǒng)的操控性能、越野性能、脫困性能等，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是硬件決定性能。而電動(dòng)四驅(qū)系統(tǒng)實(shí)際上并非單純依靠零部件的優(yōu)劣決定其各項(xiàng)性能，宏觀世界主要通過(guò)ECU控制其前后橋、車(chē)輪間的扭矩分配，其實(shí)就是軟件決定性能。在大多數(shù)傳統(tǒng)SUV上面普及的電子輔助系統(tǒng)，也可在新能源汽車(chē)上得到應(yīng)用，考慮到電子輔助系統(tǒng)的性能在進(jìn)一步強(qiáng)化，未來(lái)在新能源車(chē)上的使用率應(yīng)該很高。

二、電動(dòng)四驅(qū)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

整體而言，電動(dòng)四驅(qū)系統(tǒng)能夠取消部分傳動(dòng)零件，以提高空間的利用效率及傳遞效率，最直觀的便是后排地臺(tái)的凸起程度及油耗(電耗)的高低。

根據(jù)車(chē)輛定位屬性，可以輕易改變車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)方式(前驅(qū)、后驅(qū))。以具備前后電機(jī)的電動(dòng)車(chē)為例，在同一臺(tái)車(chē)輛上，理論上通過(guò)調(diào)整控制邏輯就能滿(mǎn)足這兩種不同需求，目前傳統(tǒng)四驅(qū)系統(tǒng)暫時(shí)無(wú)法輕易實(shí)現(xiàn)的。

而電動(dòng)四驅(qū)系統(tǒng)完全依靠電氣零件，在各種惡劣的野外場(chǎng)地下其可靠性和穩(wěn)定性表現(xiàn)都令人擔(dān)憂(yōu)。尤其是電池在溫度較低時(shí)，會(huì)產(chǎn)生虧電情況，對(duì)于經(jīng)常在酷寒地區(qū)使用的車(chē)輛無(wú)疑會(huì)有極大的影響。所以，電動(dòng)四驅(qū)系統(tǒng)暫時(shí)僅適配于轎車(chē)和城市SUV。

三、電動(dòng)車(chē)如何實(shí)現(xiàn)四驅(qū)

1.單電機(jī)配傳動(dòng)軸

純電動(dòng)汽車(chē)的基本結(jié)構(gòu)和我們兒時(shí)玩的四驅(qū)車(chē)大致相當(dāng)，而四驅(qū)車(chē)通過(guò)一根傳動(dòng)軸(圖1)就能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的“全時(shí)四驅(qū)”，這種方式同樣能應(yīng)用到純電動(dòng)汽車(chē)上。

圖1 單電機(jī)傳動(dòng)軸示意圖

以寶馬X5 Xdrive40e為例(雖然非純電動(dòng)汽車(chē))，它只有一臺(tái)電機(jī)，設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器之間，依靠傳統(tǒng)的四驅(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)四輪傳動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)便是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由于電機(jī)的設(shè)置在變速器之前，車(chē)輛的匹配工作主要集中在發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)進(jìn)行融合時(shí)的平順性，前后橋間的扭矩分配也只需用普通X5的那套邏輯便可。無(wú)論是研發(fā)成本和制造成本都能得到極大的控制，可謂本小利大。不過(guò)，隨之而來(lái)的是較大的車(chē)重和較低的傳動(dòng)效率，一定程度上會(huì)影響車(chē)輛純電續(xù)航里程。

目前，這種技術(shù)多用于歐洲車(chē)企的混合動(dòng)力車(chē)型，尤其是豪車(chē)集團(tuán)(ABB等)，主要原因還是技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，并且歐洲廠商普通認(rèn)同混合動(dòng)力技術(shù)僅僅是短暫的過(guò)渡技術(shù)罷了，其研發(fā)導(dǎo)向更多的是向純電動(dòng)、氫能源或者生物能源發(fā)展，甚至可以認(rèn)為目前歐洲車(chē)企大部分的混動(dòng)技術(shù)、電動(dòng)四驅(qū)技術(shù)只是應(yīng)付歐盟超級(jí)嚴(yán)苛的減排政策。

2.雙電機(jī)全輪驅(qū)動(dòng)

前后驅(qū)動(dòng)橋各布置一臺(tái)電機(jī)，伴以傳統(tǒng)的差速器實(shí)現(xiàn)四驅(qū)。目前只有特斯拉的轎車(chē)和SUV采用這種結(jié)構(gòu)。特斯拉Model S P85D是首個(gè)使用該種布置方式的量產(chǎn)純電動(dòng)車(chē)型，特斯拉工程師通過(guò)在普通Model S的前軸加裝一個(gè)與后橋一樣的電機(jī)實(shí)現(xiàn)，換來(lái)的卻是相當(dāng)優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)性能，尤其是加速性能，Model S四驅(qū)版的官方百公里加速為2.8s，特斯拉雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 特斯拉雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

理論上，只要特斯拉愿意通過(guò)調(diào)整控制邏輯，這種結(jié)構(gòu)便可實(shí)現(xiàn)任何一種四驅(qū)(全時(shí)、分時(shí)、適時(shí))，更不用說(shuō)簡(jiǎn)單的前驅(qū)和后勁了。

特斯拉Model X 則是采用特斯拉Model S 的平臺(tái)設(shè)計(jì)的，所以其通過(guò)性能及越野性能主要由電子輔助系統(tǒng)決定，這基本是主流城市SUV用的。當(dāng)然，我們不能確定特斯拉Model X 是否會(huì)配備傳統(tǒng)的差速鎖，如果可能，電動(dòng)汽車(chē)的越野性能也相當(dāng)值得期待。

3.輪轂電機(jī)或輪邊電機(jī)(四個(gè)電機(jī))

輪轂電機(jī)或輪邊電機(jī)的區(qū)別在于：前者的輪轂就是電機(jī)的轉(zhuǎn)子，而軸承座(羊角)作為定子。后者則是普通電機(jī)安置在車(chē)輪旁邊，需要傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)車(chē)輛，輪轂電機(jī)爆炸圖如圖3所示。

這種結(jié)構(gòu)也能和雙電機(jī)的結(jié)構(gòu)一樣，原理上可以實(shí)現(xiàn)任何一種驅(qū)動(dòng)形式，但是由于成本過(guò)高，目前還沒(méi)有廠家推出量產(chǎn)車(chē)，更多的是作為試驗(yàn)車(chē)或者改裝車(chē)存在，就如巴博斯給奔馳E級(jí)裝上四個(gè)輪轂電機(jī)。

圖3 輪轂電機(jī)爆炸圖

四輪電機(jī)可以極大地節(jié)省空間，并且每個(gè)車(chē)輪都是一個(gè)獨(dú)立的動(dòng)力單元，反應(yīng)更快，效率更高，是目前傳統(tǒng)四驅(qū)技術(shù)無(wú)法做到的。如果電氣系統(tǒng)的可靠性足以媲美傳統(tǒng)機(jī)械式四驅(qū)系統(tǒng)，那么采用輪轂電機(jī)或輪邊電機(jī)的SUV，其越野能力(脫困能力)在理論上是完全可以超越當(dāng)前所有硬派SUV的。

四、總結(jié)

電動(dòng)四驅(qū)系統(tǒng)不僅能滿(mǎn)足家庭轎車(chē)和城市SUV的行駛需求，還能為超跑提供前所未有的性能表現(xiàn)，雖然電動(dòng)四驅(qū)系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下的表現(xiàn)有待考證，但隨著電氣零部件技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)，人們觀念的改變，相信未來(lái)也會(huì)有部分車(chē)廠給自己的的“硬派越野車(chē)”搭載。

(作者程增木工作單位：山東交通學(xué)院)