汽車工業(yè)被譽為現(xiàn)代工業(yè)的皇冠,而車用內(nèi)燃機由于需要將先進的技術(shù)與復(fù)雜的制造流程相結(jié)合,來實現(xiàn)高能效、低故障率、適應(yīng)復(fù)雜使用環(huán)境、并能長期可靠運行等諸多目標,因此被稱為工業(yè)皇冠上最璀璨的明珠。隨著傳統(tǒng)汽車工業(yè)逐步進入新能源時代,曾經(jīng)被視為明珠的車用內(nèi)燃機也正在被電驅(qū)動系統(tǒng)逐步替代,與傳統(tǒng)內(nèi)燃機比較,電驅(qū)動系統(tǒng)在能效與安全可靠方面都更具有優(yōu)勢。
能效方面,由于內(nèi)燃機是將化學(xué)能通過燃燒轉(zhuǎn)化為熱能,然后熱能再轉(zhuǎn)化為機械能,整個轉(zhuǎn)化過程中會有部分能量散失到環(huán)境,無法完全轉(zhuǎn)化為有用功。即使是目前較先進的內(nèi)燃機,其熱效率也很難達到50%。而電驅(qū)動系統(tǒng)利用電磁感應(yīng)原理,將電能直接轉(zhuǎn)化為機械能,一般電動機的效率能到達85-95%。此外,電驅(qū)動系統(tǒng)具有能量回收功能,在制動與減速過程中,電動機可以切換為發(fā)電機模式,將車輛的部分動能回收轉(zhuǎn)化為電能并存儲于電池中,提高了整個系統(tǒng)的能效。
安全可靠性方面,由于電驅(qū)動系統(tǒng)機構(gòu)更加簡單。一方面,驅(qū)動電機主要由定子與轉(zhuǎn)子組成,運動部件少。而內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜,存在大量的活動部件,例如活塞、連桿、曲軸、氣門等,相應(yīng)的故障發(fā)生的概率更高。另一方面,電驅(qū)動系統(tǒng)需要配備的冷卻與潤滑系統(tǒng)與內(nèi)燃機相比大大簡化。此外,對于中高端的新能源汽車,常常會配備2臺驅(qū)動電機,形成某種程度上的冗余備份,經(jīng)一步提高了安全性與可靠性。
電驅(qū)動系統(tǒng)的安全與可靠性不僅體現(xiàn)在其本體,更來源于其對于車輪的精確控制和快速響應(yīng)電驅(qū)動系統(tǒng)中的電機具有快速響應(yīng)的特性。與內(nèi)燃機通過復(fù)雜的機械傳動來傳遞動力不同,電機的扭矩輸出可以通過電子控制系統(tǒng)實現(xiàn)近乎即時地控制調(diào)整。例如,永磁同步電機和異步電機在接收到控制器發(fā)出的信號后,能夠在極短的時間內(nèi)改變輸出扭矩。當車輛需要加速或減速時,電機可以在幾毫秒內(nèi)做出反應(yīng),精確地按照控制指令改變車輪的驅(qū)動力。這種快速響應(yīng)能力使得車輛在復(fù)雜的路況下,例如濕滑路面或遇到突發(fā)障礙物時,能夠迅速調(diào)整每個車輪的驅(qū)動力,以實現(xiàn)更好的車輛操控性?;蛟谲囕v轉(zhuǎn)彎時,電機可以根據(jù)車輛的速度、轉(zhuǎn)向角度等信息,精準地為外側(cè)和內(nèi)側(cè)車輪分配不同的扭矩,使車輛能夠更加平穩(wěn)地轉(zhuǎn)彎,有效提升車輛的安全性。
在采用多電機布局的電動車上,可以采用雙電機四驅(qū)系統(tǒng)或四電機獨立驅(qū)動系統(tǒng)。這種布局方式可以為每個車輪提供獨立的動力源,顯著提升對車輪的控制精度。在雙電機四驅(qū)系統(tǒng)中,前后軸的電機可以根據(jù)車輛的行駛狀態(tài)和路況,分別獨立地控制前后輪的動力輸出。以特斯拉Model Y的雙電機版本為例,其前后電機可以在瞬間實現(xiàn)動力分配的調(diào)整。在正常行駛時,主要由后輪電機提供動力,當車輛檢測到前輪需要動力時,如在濕滑或積雪路面上,前電機可以迅速介入,精確地為前輪提供所需的扭矩,增強車輛的牽引力和穩(wěn)定性。在更高端的四電機獨立驅(qū)動系統(tǒng)中,每個電機可以獨立控制一個車輪,通過復(fù)雜的算法可以實現(xiàn)更加精細的車輛姿態(tài)控制,例如在越野路況下,可以根據(jù)每個車輪與地面的附著力情況,精準地控制每個車輪的扭矩,使車輛能夠順利通過復(fù)雜地形。
總體而言,安裝了電驅(qū)動系統(tǒng)的新能源汽車在安全可靠性領(lǐng)域獲得了顯著的提升。同時,電驅(qū)動技術(shù)的廣泛應(yīng)用如果在未來能夠與先進駕駛輔助技術(shù)和智能駕駛技術(shù)相結(jié)合,將全方位提升車輛的主被動安全性能。
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