（一）纯电动汽车的驱动系统的组成

纯电动汽车驱动系统主要由中央控制单元、驱动控制器、驱动电动机、机械传动装置等组成。为适应驾驶人的传统操作习惯，纯电动汽车仍保留了加速踏板、制动踏板及相关手柄或按钮等。在纯电动汽车上是将加速踏板，制动踏板的机械位移量转换为相应的电信号输入到中央控制单元来对汽车实行控制的。对于变速杆，为遵循驾驶人的传统习惯，一般仍需保留，最常见的有空挡、前进、例挡三个挡位，该装置以开关信号的形式传输到中央控制单元，对汽车进行前进，停车，倒车进行控制。

（1）中央控制单元

中央控制单元不仅是驱动系统的控制中心，还要对整辆纯电动汽车的控制起到协调作用.它根据加速路板与制动踏板的输人信号，向驱动控制器发出相应的控制指令，对驱动电动机进行启动、加速、减速、制动控制。

在纯电动汽车减速和下坡滑行时，中央控制单元配合车载电源模块的能源管理系统进行能量回收，使蓄电池反向充电。对于与行车行驶状况有关的速度、功率、电压、电流及有关故障诊斯等信息，还需传输到辅助模块的仪表盘进行相应的显示，另外，如驱动系统采用轮毂电动机分散驱动方式，当汽车转弯时，中央控制单元也需与辅助模块的动力转向单元配合，即控制左右轮毅电动机来实行电子差速转向。

为减少纯电动汽车各个控制部分间的硬件连线，提高可靠性，当代汽车控制系统已较多地采用了总线控制方式，特别是对于采用轮教电动机进行4WD前后四轮驱动控制的模式，更需要运用总线控制技术来简化纯电动汽车内部线路的布局，提高其可常性，也便于故障诊断和维修，并且采用该模块化结构，一但技术成熟，其成本也将大幅下降。

（2）驱动控制器

驱动控制器的功能是按中央控制单元的指令，当前驱动电动机的速度、电流反馈信号，对驱动电动机的速度、驱动转矩和旋转方向进行控制。驱动控制器与驱动电动机必须配套使用，目前对驱动电动机的调速主要采用调压、调频等方式，这主要取决于所选用的驱动电动机类型。由于高压蓄电池组以直流电方式供电，所以对于直流电动机主要是通过DC/DC转换器进行调压调速控制，对于交流电动机需通过DC/AC转换器进行调频调压矢量控制;对于磁阻电动机是通过控制其脉冲频率来进行调速。当汽车倒车时，需通过驱动控制器使驱动电动机反转来驱动车轮反向行驶。当纯电动汽车处于减速和下坡滑行时，驱动控制器使驱动电动机运行于发电机工况，驱动电动机利用车辆惯性发电，将电能通过驱动控制器回馈给高压蓄电池组，所以驱动控制器与高压著电池组电源的电能流向是双向的。

（3）驱动电动机

驱动电动机在纯电动汽车中被要求具备电动机和发电机的双重功能，即在正常行驶时发挥其主要的电动机功能，将电能转化为机械能;而在减速和下坡滑行时又被要求发挥其主要的发电机功能，将车轮的惯性动能转换为电能。对驱动电动机的选型一定要根据其负载特性来进行。由对为车行驶时的特性分析可知，汽车在起步和上坡时，要求有较大的启动转矩和相当的短时过载能力，并有较宽的调速范围和理想的调速特性，即在启动低速时为恒转矩输出，在高速时为高功率输出。驱动电动机与驱动控制器所组成的驱动系统是纯电动汽车中最为关键的部件，电动汽车的运行性能主要取决于驱动系统的类型和性能，它直接影响着汽车的各项性能指标，如汽车在各工况下的行驶速度、加速与爬坡性他及能源转换效率。

（4）机械传动装置

纯电动汽车机械传动装置的作用是，将驱动电动机的驱动转矩传输给汽车的驱动轴，带动汽车车轮行驶。由于驱动电动机本身具有较好的调速特性，其变速机构可被大大简化，较多的是为放大驱动电动机的输出转矩仅采用一种固定的减速装置。又因为驱动电动机可带负载直接启动，也省去了传统内燃机汽车的离合器。由于驱动电动机可以容易地实现正反向旋转，所以也无需通过变速器中的倒挡齿轮组来实现倒车。对驱动电动机在车架上合理布局，即可省去传动轴、万向节等传动部件。当采用轮毅电动机分散驱动方式时，又可以省去传统汽车的驱动桥、机械差速器、半轴等一切传动部件。

由于纯电动汽车是单纯用着电池作为驱动能源的汽车，采用合理的驱动系统布置形式来充分发挥电动机驱动的优势是尤其重要的。纯电动汽车驱动系统布置的原则是，符合车辆动力学对汽车重心位置的要求，尽可能降低车辆重心高度。特别是对于采用轮毅电动机驱动实现“零传动”方式的纯电动汽车，不仅去掉了发动机、冷却系统、排气消声系统和油箱等相应的辅助装置，还省去了变速器、驱动桥及所有传动链，既减轻了汽车自重，也留出了许多空间，其结构可以说发生了脱胎换骨的变化。车辆的整个结构布局需重新设计并全面考虑各种因素。如图所示，纯电动汽车的驱动系统布置形式目前主要有4种基本典型结构，即传统的驱动方式、电动机-驱动桥组合式驱动方式、电动机-驱动桥整体式驱动方式、轮毅电动机分散驱动方式。

（二）纯电动汽车驱动系统的布置

（1）传统的驱动方式

如下图所示，该驱动系统仍然采用内燃机汽车的驱动系统布置方式，包括离合器、变速器、传动轴和驱动桥等总成，只是将内燃机换成电动机，属于改造型电动汽车。这种布置方式可以提高纯电动汽车的起动转矩，增加低速时纯电动汽车的后备功率。这种驱动系统布置形式有电动机前置-驱动桥前置（F-F）、电动机前置-驱动桥后置（F-R）等驱动模式。但是，这种驱动系统布置形式结构复杂、效率低，不能充分发挥驱动电动机的性能。在此基础上，还有一种简化的传统驱动系统布置形式，采用固定速比减速器，去掉离合器，这种驱动系统布置形式可减少机械传动装置的质量，缩小其体积。

（2）电动机-驱动桥整体式驱动方式

如下图所示，这种驱动系统布置形式与发动机横置一前轮驱动的内燃机汽车的布置方式类似，把电动机、固定速比减速器和差速器集成为一个整体，两根半轴连接驱动车轮。电动机一驱动桥整体式驱动系统布置形式有同轴式和双联式两种。

（3）电动机-驱动桥组合式驱动方式

如下图所示，这种驱动系统布置形式即在驱动电动机端盖的输出轴处加装减速齿轮和差速器等，电动机、固定速比减速器、差速器的轴互相平行，一起组合成一个驱动整体。它通过固定速比的减速器来放大驱动电动机的输出转矩，但没有可选的变速挡位，也就省掉了离合器。这种布置形式的机械传动机构紧凑，传动效率较高，便于安装。但这种布置形式对驱动电动机的调速要求较高。按传统汽车的驱动模式来说，可以有驱动电动机前置-驱动桥前置）或驱动电动机后置-驱动桥后置两种方式。这种驱动系统布置形式具有良好的通用性和互换性，便于在现有的汽车底盘上安装，使用、维修也较方便。

（4）轮毅电动机分散驱动式驱动系统布置形式

轮毅电动机直接装在汽车车轮里，有内定子外转子和内转子外定子两种结构。

1）内定子外转子轮毅电动机分散驱动式驱动系统布置形式采用低速内定子外转子电动机，其外转子直接安装在车轮的轮缘上，可完全去掉变速装置，驱动电动机转速和车轮转速相等，车轮转速和车速控制完全取决于驱动电动机的转速控制。由于不通过机械减速，通常要求驱动电动机为低速大转矩电动机。低速内定子外转子电动机结构简单，无需齿轮变速传动机构，但其体积大、质量大、成本高。

2）内转子外定子轮毅电动机分散驱动式驱动系统布置形式采用一般的高速内转子外定子电动机，其转子作为输出轴与固定减速比的行星齿轮变速器的太阳轮相连，而车轮轮毅通常与其齿圈连接，它能提供较大的减速比，来放大其输出转矩。驱动电动机装在车轮内，形成轮毅电动机，可进一步缩短从驱动电动机到驱动轮的传递路径；采用高速内转子电动机（转速约r/min）,需装固定速比减速器来降低车速，一般采用高减速比行星齿轮减速装置，安装在电动机输出轴和车轮轮缘之间，且输入和输出轴可布置在同一条轴线上。高速内转子电动机具有体积小、质量轻和成本低的优点，但它需要加行星齿轮变速机构。

（三）电机主要性能参数

目前新能源汽车大多采用永磁直流无刷电机、交流感应电机、永磁同步电机、开关磁阻电机中的一种，其中开关磁阻电机仍未得到大面积的应用。各电机技术特点如表所示，电机的主要性能参数如下表所示。

（四）电机主要类型与工作原理

（1）永磁直流无刷电机

永磁直流无刷电机主要由电动机本体（基本结构如下图所示）、电子换相器和转子位置传感器三部分组成。

电动机本体由定子和永磁转子两部分组成；电子换相器是由功率开关和位置信号处理电路构成，主要用来控制定子各绕组通电的顺序和时间（控制电路如下图所示）；位置传感器位置传感器在电动机中起着检测转子磁极位置的作用，为功率开关电路提供正确的换相信息，即将转子磁极的位置信号转换成电信号，经位置信号处理电路处理后控制定子绕组换相。

永磁直流无刷电动机的工作原理与有刷直流电动机的工作原理基本相同。它是利用电动机转子位置传感器输出信号控制电子换向线路去驱动逆变器的功率开关器件，使电枢绕组依次馈电，从而在定子上产生跳跃式的旋转磁场，拖动电动机转子旋转。同时，随着电动机转子的转动，转子位置传感器又不断送出位置信号，以不断的改变电枢绕组的通电状态，使得在某一磁极下导体中的电流方向保持不变，从而控制电机持续运转。

（2）交流感应电机

交流感应电机又称为三相异步电机，三相异步交流电机的基本结构如下图所示，当三相异步电机接入三相交流电时，三相定子绕组通入电流会产生三相磁动势（定子旋转磁动势）并产生旋转磁场。该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组为闭合通路）。

根据电磁力定律，载流的转子导体在定子旋转磁场作用下产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，当电动机轴上带机械负载时，便向外输出机械能。由于三相异步电机的转子与定子旋转磁场以相同的方向，不同的转速旋转，存在转速差，因此叫做异步电机，又称为感应电机。汽车中的交流异步电机的转子常采用空心式结构，这种结构简单牢固，适于高速旋转，免维护，且成本较低。三相异步电机矢量控制调速技术比较成熟，使得异步电机驱动系统具有明显的优势，因此被较早应用于电动大客车的驱动系统，技术相对成熟。

交流感应电机比较常见的方法是采用直接转矩控制，也就是将电动机输出转矩作为直接控制对象，通过控制定子磁场向量控制电动机转速。它不需要复杂的坐标变换，也不需要依赖转子数学模型，只是通过控制PWM型逆变器的导通和切换方式，控制电动机的瞬时输入电压，改变磁链的旋转速度来控制瞬时转矩，使系统性能对转子参数呈现鲁棒性。并且这种方法被推广到弱磁调速范围。逆变器的PWM采用电压空间向量控制方式，性能优越。但同时不可避免地产生转矩脉动，调速性能降低的问题。该方法对逆变器开关频率提高的限制较大，定子电阻对电动机低速性能也有较大影响，如在低速区，定子电阻变化引起的定子电流和磁链的畸变，以及转矩脉动、死区效应和开关频率等问题。

交流感应电机直接转矩控制系统的结构与原理简图如下图所示，它主要包括磁链调节器、转矩调节器、磁链和转矩观测器、转速调节器等。其中磁链观测器对磁链的观测是否准确对整个控制系统的稳定性有着举足轻重的作用，而开关策硌和磁链、转矩调节是先进控制算法的核心部分。

（3）永磁同步电机

与交流异步交流电机一样，永磁同步电机（实物及基本结构如下图所示）中的定子绕组输入三相正弦交流电时，会产生一个旋转磁场。该旋转磁场与转子的永磁体磁场相互作用，使转子产生电磁转矩，并随着定子的旋转磁场转动，由于转子的转动与旋转磁场同步，故称之为永磁同步电机。结构如图所示。对于某一型号的同步电机，转速只与电源的频率有关。目前汽车采用永磁同步电机较多。

部分车型永磁同步电机采用矢量控制（基本原理如下图所示），其本质就是围绕着如何建立一个旋转的空间磁场，电机转动实质上就是空间磁场的转动。

矢量控制理论的基本思想为：以转子磁链旋转空间矢量为参考坐标，将定子电流分解为相互正交的两个分量，一个与磁链同方向，代表定子电流励磁分量，另一个与磁链方向正交，代表定子电流转矩分量，分别对其进行控制，获得与直流电动机一样良好的动态特性。因其控制结构简单，控制软件实现较容易，已被广泛应用到调速系统中。永磁同步电动机矢量控制策略与异步电动机矢量控制策略有些不同。由于永磁同步电动机转速和电源频率严格同步，其转子转速等于旋转磁场转速，转差恒等于零，没有转差功率，控制效果受转子参数影响小。因此，在永磁同步电动机上更容易实现矢量控制。

（4）开关磁阻电机

开关磁阻电动机（实物如下图所示）一般为凸极铁心结构，其定子、转子均由普通硅钢片叠压而成。转子上既无绕组也无永磁体，一般装有位置检测器；定子上绕有集中绕组，径向相对的一两个绕组串联构成相绕组（基本结构如下图所示）。根据相数和定子、转子极数的配比，开关磁阻电动机可以设计成不同的结构。

开关磁阻电机工作机理（驱动电路简图如下图所示）与磁阻式步进电动机一样，基于磁通总是沿磁导最大的路径闭合的原理。当定、转子齿中心线不重合、磁导不为最大时，磁场就会产生磁拉力，形成磁阻转矩，使转子转到磁导最大的位置。当向定子各相绕组中依次通入电流时，电机转子将一步一步地沿着通电相序相反的方向转动。如果改变定子各相的通电次序，电机将改变转向。但相电流通流方向的改变是不会影响转子的转向的。