【文章內容簡介】 環(huán)境、保護自然。為了解決空氣污染以及二氧化碳所產生的溫室效應，實現(xiàn)21世紀可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，電動車正面臨著前所未有的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)。由于全球政治、經濟和技術環(huán)境的迅速變化，國際間的合作及競爭都進一步增強，信息和資本的自由流通導致了與以往不同的投資模式。在這樣的形勢下，世界各國的主要汽車制造商和研究部門競相投資研究開發(fā)各種不同類型的電動車，已取得了巨大的進展。中小型廠商也不甘落后，躍躍欲試，試圖在電動車這個新的領域與大公司一爭長短。亞太區(qū)域是全球經濟發(fā)展最快的地區(qū)。在發(fā)展電動車方面，亞太地區(qū)的優(yōu)勢在于：自然資源豐富，勞動力廉價，對電動車的性能要求并不苛刻。由于原有的汽車工業(yè)基礎相對薄弱，對建立新的電動車工業(yè)體系以及新的基礎設施，來自原有的汽車工業(yè)的阻力和約束較小。此外我國的電力主要來自于相對清潔的能源。因此在發(fā)展電動車方面可以說有著得天獨厚的條件。由于中國具有巨大的、潛在的和多元化的市場，以及比較完備的工業(yè)基礎，在電動車發(fā)展方面，中國具備率先取得突破性進展的條件。不同國家或不同制造商的電動車發(fā)展策略有所不同，而且影響發(fā)展的各種因素非常復雜。盡管在市場經濟條件下，市場起主導作用，但不等于市場決定一切。制造商、政府和電力部門可以共同培育市場，制訂開拓市場的策略?？偫▉碚f，電動車發(fā)展的總體戰(zhàn)略可以是：(1) 綜合技術優(yōu)勢：集中汽車技術、電機技術、電子技術、材料技術等相關技術的優(yōu)勢，進行系統(tǒng)綜合和優(yōu)化。(2) 綜合社會優(yōu)勢：集中政府、工業(yè)、電力、交通、用戶的優(yōu)勢，進行大協(xié)作，共同分擔風險和享受成果。(3) 充分利用本地的市場和資源優(yōu)勢，生產出性能和價格合理的電動車，并提供有效的基礎設施。我國的國情有別于西方國家，為了加速我國的電動車發(fā)展，我們應該考慮如下措施：(1) 充分利用本地區(qū)經濟增長迅速、資源豐富和勞動力廉價的優(yōu)勢；(2) 合理地分配市場、自然資源和人力資源；(3) 制定技術規(guī)范、標準以及特別適合中國地區(qū)的新型交通體系；(4) 發(fā)展具有本地特色的創(chuàng)新設計概念；(5) 政府采取優(yōu)惠政策和扶持措施；(6) 成立電動車信息中心，促進技術和經驗交流[12]。推動電動車發(fā)展的動力來源于市場，而市場要求電動車盡快走出實驗室，實現(xiàn)商品化。電動車能否成功地實現(xiàn)商品化，一方面取決于制造商能否提供性能優(yōu)良、經久耐用、使用方便及價格低廉的車輛，另一方面還取決于電動車是否有足夠的市場，得以激勵制造商不斷地改進和開發(fā)新型電動車，因此成功發(fā)展電動車的關鍵在于開發(fā)電動車本身與開發(fā)市場并舉。為此，必須建立汽車工業(yè)界、政府和電力部門三者的良好協(xié)作關系，共同努力開發(fā)電動車、完善電動車市場。 推動電動車發(fā)展的動力來源于環(huán)境保護和市場需求。市場要求電動車盡快降低成本，實現(xiàn)商品化。但是用戶、政府和企業(yè)對電動車的興趣和側重點各有不同，尋求它們的共識，則將是電動車發(fā)展和推廣應用的關鍵，如圖27所示。政府社會影響全劇環(huán)保燃料經濟性 工業(yè)界 利潤領先型企業(yè)形象用戶價格、燃料經濟性、性能、舒適感 圖27 用戶、政府和企業(yè)之間的關系目前電動車存在的問題是初始成本高和行駛里程不理想。其中主要原因是電池問題，有人說要等新型電池有突破才可以推廣電動車。實際上即使利用現(xiàn)有的技術，只要根據上述工程哲學，根據不同的用途情況加以優(yōu)化，不僅從技術入手，更從綜合經濟措施人手，即可以取得綜合技術經濟效益?，F(xiàn)在電動車已經開始初步進入市場，但燃油發(fā)動機仍占絕大多數份額。在未來的10年里，純電動車、混合式電動車和燃料電池電動車市場份額將以穩(wěn)定的速度增加，而燃油汽車的市場份額從現(xiàn)在開始將會逐漸減少。預計10年后，純電動車將占據一個明顯的市場份額，而混合式電動車和燃料電池電動車市場份額將與燃油汽車所占的份額相當。所有電動車加在一起的市場份額將會超過燃油汽車。在未來的10年內，初始能源將從現(xiàn)在的石油、天然氣、煤和核能逐漸發(fā)展到使用可再生的能源；燃料從現(xiàn)在汽油、柴油和壓縮天然氣，逐漸發(fā)展到電能，再逐漸發(fā)展到使用乙醇和氫氣。日趨成熟的、可以應用的技術，如先進發(fā)動機、先進蓄電池、先進電機驅動系統(tǒng)、燃氣輪機、超大容量電解電容、高速飛輪儲存系統(tǒng)和燃料電池，將都被用來提高純電動車和混合式電動車的性能。先進的電機驅動技術發(fā)展將同時推動純電動車和混合式電動車的發(fā)展。低空氣阻力系數技術、低滾動阻力輪胎技術、重量輕的車身和部件技術將會被純電動車、混合式電動車和燃油汽車共同應用，不斷提高它們各自的性能[13]。未來的發(fā)展趨勢將是燃料電池電動車和混合式電動車將有長遠的市場前景。因為這兩種電動車具有與目前汽車基本相同的功能，但它們的結構復雜，成本較高，因此要對性能和價格兩方面進行平衡。純電動車則適合特定的市場，如(1)社區(qū)交通；(2)電價便宜、使用方便的地區(qū)；(3)零排放管制地區(qū)。一般而言，對于小型車輛包括自行車和摩托車，純電動車更具有生命力。其根本原因是：在小型車輛中，電池的不利因素較少。未來10年中，純電動車和混合式電動車在其特定市場范圍內的商業(yè)化將增長，增長的速度主要取決于它們的價格。未來20年內燃料電池電動車的商業(yè)化也將增長，總而言之，未來30年內的前景十分令人鼓舞，因為越來越多的人將駕駛潔凈的交通工具，而電源和電力驅動仍是關鍵技術，環(huán)境問題仍是發(fā)展電動車的推動力。在我國，電動車更有著獨特的市場。中國的大城市普遍存在著十分嚴重的交通問題和空氣污染問題，這些城市人口稠密，道路狹窄。因此，作為一種小型、中速和短途的日常交通工具，電動車是十分理想的，電動車在中國有很好的發(fā)展條件和廣闊的應用前景。并已在“八五”和“九五”期間將電動車列為國家重大項目，可以預期電動車的研制和開發(fā)將會快取得一批重要成果，為電動車在我國的推廣應用，減少空氣污染，保護環(huán)境發(fā)揮重要的推動作用[14]。第三章 電動車的組成結構今天，電力在人們的生活中已得到廣泛應用，因此，用電力驅動車輛被認為是最自然不過的事情了。但是，在很多人的眼里，電動車既神秘又有很強的吸引力。實際上，電動車是機械、電力、磁力和化學定律巧妙結合的產物，現(xiàn)代電動車更是集機、電、化、光各學科領域中最新技術于一體，是汽車、電力拖動、電子、智能控制、電化學、計算機、新能源、新材料等工程技術中最新科技成果的集成產物。從廣義來看，電動車還不僅僅是一部機動車輛，而且是涉及交通、能源、汽車工業(yè)、電力部門、環(huán)境保護、政治、經濟等諸多方面的一個全新的領域。高性能的電動車通常是根據現(xiàn)代電動車系統(tǒng)理論專門設計制造的。為了提高電動車的性能，必須對電動車的結構和參數進行系統(tǒng)的分析研究。 電動車基本結構如圖31所示，電動車的基本結構系統(tǒng)可分為3個子系統(tǒng)，即電力驅動子系統(tǒng)、主能源子系統(tǒng)和輔助控制子系統(tǒng)。其中，電力驅動子系統(tǒng)又由電控系統(tǒng)、電機、機械傳動系統(tǒng)和驅動車輪等部分組成(如圖32)；主能源子系統(tǒng)由主電源和能量管理系統(tǒng)構成，能量管理系統(tǒng)是實現(xiàn)能源利用監(jiān)控、能量再生、協(xié)調控制等功能的關鍵部件；而輔助控制子系統(tǒng)主要是為電動車提供控制電源，具有輔助電源的控制、動力轉向、充電控制、空氣調節(jié)等功能[15]。圖31 電動車的基本結構圖32 電動車電力驅動子系統(tǒng)與燃油汽車相比，電動車的特點是結構靈活。燃油汽車的能量是通過剛性聯(lián)軸器和轉軸傳遞的，而電動車的能量則基本上是通過柔性的電線傳輸的，因此，電動車各部件的放置具有很大的靈活性。與傳統(tǒng)燃油汽車的發(fā)動機不同，電動車的電動機具有很大的靈活性。不同類型的電動機，像直流電動機、交流電動機、輪式電動機等等都可以作為電動車的驅動電機，并直接導致電動車不同的行駛性能。不同類型的儲能裝置，例如不同的蓄電池、燃料電池、超大電容器和高速飛輪等也都會影響電動車的重量、體積、尺寸，進而影響電動車的性能。這些不同的選擇，賦予了電動車的設計者很大的靈活性。變速傳動系統(tǒng)是電動車驅動子系統(tǒng)的一個重要部件，它指的是驅動電機轉軸和車輪之間的機械連接部分。對于傳統(tǒng)汽車來說，變速箱是必要的部件，設計時主要考慮的是采用什么類型的變速器。但對于電動車則不同，由于驅動電動機的轉矩和轉速完全可以用電子控制器進行全范圍的控制，因此變速系統(tǒng)的設計就可以有多種不同的選擇。既可用傳統(tǒng)的齒輪變速箱變速，也可用先進的自動變速傳動橋變速，還可以用電子驅動器控制電動機直接變速。究竟采用哪種方案，主要依據電動車的能量和經濟性，也涉及到電機和控制器的設計。采用齒輪變速箱的主要優(yōu)缺點有：(1) 帶有多級變速齒輪箱的傳動系統(tǒng)可以顯著地減小驅動電機和控制器的額定容量、體積和重量；(2) 使用齒輪箱，驅動系統(tǒng)能夠在電動車的轉速/轉矩要求范圍內達到高效和優(yōu)化地運行；(3) 能夠在較寬的范圍內達到制動能量的再生回饋；(4) 手動變速具有技術成熟、能量效率高的優(yōu)點；(5) 齒輪箱的使用可能會增加電動車的重量和體積；(6) 由于齒輪箱的效率問題，例如傳統(tǒng)的自動變速箱的效率通常只有75％~85%使用齒輪箱變速會降低驅動系統(tǒng)的總效率[16]。傳統(tǒng)的帶有腳踏離合器的手動變速方式因為結構簡單，技術成熟，效率較高，而被早期的改裝電動車大量采用，但是這種變速器的缺點是體積和重量都較大。傳統(tǒng)的自動變速器因為附加損耗很大，重量大，最大轉速受限制等缺點而很少直接使用在電動車中。為了提高電動車的傳動效率，人們開發(fā)了電動車專用的電機和變速傳動一體化的兩速或三速自動傳動橋。這種傳動橋將變速齒輪組與高速異步電動機完全結合為一體，并且直接安裝在電動車驅動輪的驅動軸上，構成重量輕、體積小、效率高、結構緊湊和成本低廉的傳動系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的自動變速箱相比，電動車的自動變速傳動橋同樣包括有盤形和帶形離合器、行星齒輪、差速器、執(zhí)行離合動作的液壓系統(tǒng)、潤滑油以及冷卻劑等等。自動變速傳動橋可以用微處理器實現(xiàn)轉軸的全電子控制。一個由停車、倒車、空檔、行駛以及一檔構成的五檔選擇器為駕駛員提供了各種駕駛情況下的不同選擇。控制器將根據駕駛員所掛的檔位自動地決定變速齒輪在哪一級變速檔上，并將適當的信號送到液壓控制系統(tǒng)以執(zhí)行變速控制。由于交流異步電機的轉動慣量低并有理想的轉矩特性，使得控制變速橋進行平滑的自動變速變得更加容易。采用不同的動力驅動方式和不同的能源系統(tǒng)可以構成不同結構形式的電動車。(1) 帶有多級變速齒輪箱的電動車早期的許多電動車是由燃油汽車改裝而成的。這種電動車只是將汽車的引擎和油箱替換成電動機和蓄電池，而保留燃油汽車的離合器、變速齒輪箱和差速器等機械部件。對于燃油汽車而言，變速齒輪箱是必不可少的部件，因為汽車的轉矩特性完全依賴于多級變速齒輪的調節(jié)。對于一般的轎車，通常采用4級或5級變速。在變速時，通過離合器連接或切斷發(fā)動機到車輪的功率流。對于改裝電動車，由于離合器、變速箱這類機械部件本身業(yè)已存在，采用多級變速驅動是最簡單的方法。通常這類改裝電動車的性能直接取決于蓄電池，由于目前蓄電池的能量密度遠低于汽油，因此改裝電動車難以獲得很高的性能。(2)采用固定減速比的電動車采用固定減速比的轉矩轉速驅動特性。隨著電動機控制性能的改善，電動機驅動具有相當大的控制靈活性和理想的轉矩轉速特性，完全可以滿足機動車的驅動性能要求。因而，用一個固定速比的減速箱取代汽車中的離合器和變速箱已成為可能，從而可以大大減輕電動車的自重，提高能量傳輸效率并降低電動車的成本。現(xiàn)代電動車大都采用這種結構。(3)采用電動輪驅動的電動車如果將驅動電動機直接安裝在車輪中，可以使電動車的結構變得更加緊湊，進而進一步縮小電動車的體積減輕其重量，提高傳輸效率并降低成本。左圖顯示一種采用永磁電動機的電動輪驅動的電動車結構。這種結構采用低速外轉子電機，徹底取代了笨重的減速齒輪箱，使得電動車的車速控制完全取決于電動機的轉速控制。這種結構的優(yōu)點是取消了傳動齒輪箱，其代價是低速電機的體積、重量和成本通常比較高。采用電動輪驅動的電動車通常采用兩輪或四輪驅動。(4)單電機或多電機驅動汽車在轉彎時，由于內外側車輪的轉彎半徑不同，必須調整兩側車輪的速度，實行差速，以使得汽車可以平穩(wěn)行駛。對于傳統(tǒng)的燃油汽車，無論是前輪驅動或是后輪驅動，機械式差速器是必備的部件。而對于電動車，如果采用雙電機或者四電機驅動，由于每個電機的轉速可以有效地獨立調節(jié)控制，實現(xiàn)電子差速。在這種情況下，電動車可以不用機械差速器。電子差速器的優(yōu)點是體積小、重量輕又可以實行精確的電子控制，提高電動車的性能。然而目前普及電子差速器的障礙在于它的可靠性以及進一步降低成本。如果電動車采用的是單電機驅動，則必須裝有機械差速器。就目前的技術發(fā)展來看，帶機械差速器的單電機驅動系統(tǒng)仍占主導地位，是電動車驅動的主流形式。而采用電子差速的多電機系統(tǒng)也在進一步的發(fā)展之中，兩者孰優(yōu)孰劣，目前還沒有定論。(5)能源系統(tǒng)對電動車結構的影響除了電力驅動系統(tǒng)對電動車結構的影響之外，不同的能源系統(tǒng)，如各種蓄電池、燃料電池、高速飛輪及超大電容器等不同的儲能手段，都能構成不同的電動車結構，對電動車的性能產生很大的影響[17]。 電動車參數一般來說，電動車和燃油汽車同樣都是機動車，就外部性能而言，描述它們的數學和物理手段并無大異。因此，大多數的電動車參數都可以從發(fā)展成熟的燃油汽車體系中借鑒，但是由于電動車的特殊性，她的蓄電重量、效率、再生能量的利用效率等性能參數卻是傳統(tǒng)的燃油汽車所沒有的。 重量和體積參數 電動車的重量是重要的性能參數，因為它們直接影響到電動車的行駛里程和行駛性能。電動車的重量定義如下：(1) 自重——不包括載重的電動車重量；(2) 毛重——包括載重的電動車重量；(3) 載重——乘客和貨物的總重量；(4) 慣性重量——自重加標準的載重量；(5) 最大重量——電動車在得以安全行駛條件下的最大毛重；(6) 驅動系統(tǒng)重量——電動車整個驅動系統(tǒng)的重量；(7) 蓄電池重量——電動車車載蓄電池的重量。電動車的體積參數與傳統(tǒng)汽車類似，主要是：(1) 車體尺寸——車體的長、寬、高；(2) 前部面積——車體的前部等效面積，將直接影響電動車的空氣阻力系數；(3) 座位容積——車內允許的乘客數量；(4) 貨物容積——車內允許的貨物容積。 力參數 機動車行駛