分布式电驱动系统解析

随着汽车工业的发展和环保意识的日益增强，电动汽车逐渐成为了未来汽车的发展方向。在电动汽车中，电机是一个重要的组成部分，它负责将电能转换为机械能，驱动汽车运行。而分布式驱动系统则是电动汽车中的一种新型电机驱动方式，它具有传动链短、结构紧凑以及改善轮胎附着力分配与驱动效率等优势，能够大幅提高电动汽车整车综合性能与能源利用率。

分布式驱动系统的基本原理

分布式驱动系统由两个或多个电机分别驱动各自的车轮，电机通过控制转矩和转速来驱动车轮运动。与传统的中置式驱动系统相比，分布式驱动系统取消了中间差速器的力矩传递，使得电机直接驱动车轮，传动链更为简单、紧凑。

此外，分布式驱动系统还可以通过电机单独调节驱动力矩的大小和方向，实现精细化的轮胎附着力分配，提高车辆操控性和行驶稳定性。分布式驱动系统还可以将电机的最佳效率范围与车辆的工况匹配，提高了驱动效率和能源利用率。

分布式驱动系统的结构

分布式驱动系统由两个或多个电机、转向装置、制动系统、控制系统等组成，独立驱动各自车轮，取消了中间差速器力矩传递的一种电动汽车驱动方式。每个电机分别安装在车辆的各个轮毂处，通过电机控制器控制电机转矩和转速，从而驱动车轮运动。转向装置用于控制车辆转向，制动系统用于控制车辆刹车。

此外，分布式驱动系统还需要配备相应的控制系统，用于控制各个电机的转矩和转速，并实现轮胎附着力分配的优化。控制系统可以采用集中控制或分散控制，也可以采用混合控制的方式。

图1 - 分布式驱动汽车行驶示意图

图2 典型分布式驱动电动汽车底盘驱动构型（图：同济大学）

分布式驱动系统的性能

分布式驱动系统具有传动链短、结构紧凑、能源利用率高、轮胎附着力分配精细等优势，能够大幅提高电动汽车整车综合性能和能源利用效率。其中，轮胎附着力分配精细是分布式驱动系统的一个重要优势，可以实现驱动轮的精细控制，从而提高车辆的行驶稳定性和操控性。此外，分布式驱动系统还可以将电机的最佳效率范围与车辆的工况匹配，提高了驱动效率和能源利用率。

相较于传统的中置式驱动系统，分布式驱动系统具有以下优势：

1. 传动链短：分布式驱动系统中，每个电机只需驱动一个车轮，车辆传动链长度缩短，减小了传动损耗，提高了效率。

2. 结构紧凑：分布式驱动系统不需要差速器，节约了空间，使得整车结构更为紧凑。

3. 改善轮胎附着力分配：分布式驱动系统能够通过电机单独调节驱动力矩的大小和方向，优化轮胎附着力分配，提高车辆操控性和行驶稳定性。

4. 提高驱动效率：分布式驱动系统能够将电机的最佳效率范围与车辆的工况匹配，提高了驱动效率和能源利用率。

分布式驱动系统还具有能够提高整车加速性能、降低电机功率密度、增加动力分配灵活性等优势。

总之，分布式驱动系统是一种具有很大潜力的电动汽车驱动方式，有望提高电动汽车整车综合性能与能源利用率。

然而，分布式驱动汽车行驶工况、运行模式以及结构参数等变化会对车辆动力学特性产生巨大影响，若车辆底盘中存在耦合或重叠的各子系统缺乏协调控制，必将导致某些复杂行驶工况下车辆综合性能的恶化，甚至失稳。为有效提升分布式驱动电动汽车底盘耦合系统的行驶安全性、操纵稳定性、平顺性及驱动性能，需对其多源激励耦合机制及运动形成机理展开深入科学研究，解决底盘耦合系统动力学性能协同优化及其域控制设计面临的关键问题。

分布式驱动系统的优势在于能够提高整车的能源利用率和综合性能，但在实际应用中，需要解决底盘构型设计与整车性能高效匹配及协同优化的问题。为了达到这个目标，需要深入研究分布式驱动电动汽车底盘的耦合机制及其运动形成机理。

一种解决方法是基于模型预测控制技术，该方法可以有效地降低分布式驱动电动汽车底盘系统的耦合性，提高整车的运动控制性能。具体来说，可以建立分布式驱动电动汽车底盘的运动学和动力学模型，并采用优化算法对其进行优化。优化算法可以通过调整各个控制参数来实现整车的高效控制。

另一种解决方法是采用基于故障诊断和容错控制的技术，这种方法可以提高分布式驱动电动汽车的安全性和可靠性。在这种方法中，需要对底盘系统进行全面的故障诊断和容错控制设计，以确保分布式驱动电动汽车在各种工况下都能够安全运行。

此外，还可以采用虚拟样机技术来实现分布式驱动电动汽车底盘系统的高效匹配和协同优化。虚拟样机技术可以模拟分布式驱动电动汽车的运动学和动力学特性，并通过仿真分析来确定最佳的控制参数和底盘构型设计方案。

综上所述，解决分布式驱动电动汽车底盘构型设计与整车性能高效匹配及协同优化的问题需要采用多种技术手段，包括基于模型预测控制、故障诊断和容错控制、虚拟样机等技术，以提高整车的运动控制性能、安全性和可靠性。

图3 - 四轮分布式驱动扭矩矢量分配原理（图：中汽中心工程院）

总结

分布式驱动系统是一种新型的电机驱动方式，具有传动链短、结构紧凑、能源利用率高、轮胎附着力分配精细等优势。它可以大幅提高电动汽车整车综合性能和能源利用率，是未来汽车发展的重要方向之一，另外，未来分布式驱动系统的发展还需要更加高效、智能的电机控制算法和系统，以实现更高的能源利用效率和驾驶体验。随着技术的不断进步和市场的不断需求，相信分布式驱动系统在未来将会得到更广泛的应用。

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