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[经验] 深度揭秘特斯拉Model S底盘:电机

2018-10-10 18:19:36  1701 ADI 电机 特斯拉
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目前,在电动汽车的电机方面,交流感应电机与永磁同步电机是采用较多的两种。与永磁电机相比,感应电机的成本略低;但同时,它的性能与效率也相对较差。其中,永磁同步电机需要用到稀土资源,目前全球市场绝大部分的稀土资源是由中国提供的。所以基于资源的控制,以及制造成本的考虑,欧美市场的大部分纯电动车或混动车型,采用的都是感应电机。
与这台感应电机搭配的,是一个电流逆变器。它将电池组的直流电转换为交流电,输入到感应电机中;而感应电机的动力则通过一个9.73:1的固定齿比变速箱,将动力创送至轮端。此外,与上述驱动机构搭配的,还有一个差速器--这是任何一辆车都必备的零件。电池、电机、逆变器,以及固定齿比的变速箱,构成了特斯拉Model S的动力总成。
我们知道,Model S是一款后置后驱的车型,它的驱动机构位于车辆后桥,这让其前轮仅负责转向。所以,对于一款标榜运动性的豪华D级车来说,还差那么一点--就是四驱系统。说起四驱系统,大家都会联想到quattro、X-Drive、4Matic这些四驱品牌,还会想到分动箱、差速器、差速锁,以及什么粘性联轴节之类的技术名词。

   可以说,四驱系统不亚于发动机、变速箱,是各大汽车品牌的另外一个竞技场。然而电动化的进程却改变了一些事情--四驱结构似乎不必像现在这么复杂。无论是插电式混合动力车型,还是纯电动车型,四驱结构都变得相对简单。这是因为,电动单元的加入,让车辆可以同时拥有两个动力比如某些插电式混动车型,选择在后桥加装一台电动机来构成四驱结构。而对于特斯拉来说,摆脱了燃油发动机、传统变速箱的束缚,实现四驱模式变得更加简单。所以,在2014年10月,配合驾驶辅助系统,特斯拉推出了全时四驱版的Model S。要知道,对于Model S这样的纯电动汽车,双电机四驱结构的应用,可不仅仅是实现四驱那么简单。
人们听到Model S上又加了一个电机,第一反应是电池的续航水平会不会下降?答案其实是相反的。与传统汽车装配四驱结构导致油耗升高不同,电动汽车实现四驱后,续航反而会提升。根据特斯拉官方的数据,全时四驱版的Model S 85D,能够比两驱版本多出5英里的续航。
原因是,大功率感应电机,虽然在起步时就能爆发最大扭矩,但当达到较高转速时,扭矩就会大幅降低。这就是为什么Model S与超级跑车对飙时,前半段遥遥领先,后半段逐渐被  赶超的原因。相反,燃油发动机一般在高转速下爆发出最大扭矩。这个时候,高转速下的电机不但扭矩下降,而且功率、效率降低。
但如果采用主电机+辅助电机的组合,效果就会有所好转。其中辅助电机被设计为拥有较为平缓的扭矩曲线,虽然峰值很低,但不会因为转速的增加而出现剧烈的变化。这样,在主电机达到高转速出现扭矩下降时,辅助电机就可以补充一部分扭矩,使车辆后半段的加速也保持有力的状态。
说完这些,我们还是没有解答为何续航会增加的疑问。不要急。前面说到,辅助电机的介入,让四驱结构整体的扭矩增加了。但同时,输出功率也增加了。这台辅助电机的设计初衷,不仅要拥有平缓的扭矩曲线,还要拥有一个在电动机转速区间内,缓慢上扬的功率曲线,要达到在主电机的功率出现下降时,辅助电机的功率依然在随着转速增加。
这样一来,双电机组合下的功率曲线,相比主电机的曲线,就能够做到在更高的转速下才有所下滑。如果采取单个电机驱动,那么这个电机一定是一个大功率电机,它的功率比上述的主电机、辅助电机分别都要大很多,最大输出功率相当与后两者之和。这时,与双电机组合曲线相比,单个大功率电机在某个高转速点就会出现功率下降,而双电机组合曲线则可以“坚挺”到更高的转速。
那么用一句话概括,就是两个电机配合,可以优化功率输出,相互配合提高能量的利用效率。其实,要想优化电机的输出功率,有一个办法可以解决,就是为电动车装上拥有多个档位的变速箱。不过,这样一来电动汽车动力总成的结构就会变得更加复杂,同时动力输出到轮端的流畅度、驾驶感受也会大打折扣。双电机结构不仅优化了电机效率,还实现了四驱,是最完美的方案。
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