技術上看,電動汽車正迎頭趕上燃油汽車資料下載

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上傳日期: 2021-04-13

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標簽:汽車(338)激光雷達(1524)adas(1214)車載(276)
作者StevenKeeping,MouserElectronicsFIA認可的街頭循環系列賽展示了電動汽車的性能,并承諾將改變行業沉悶的形象電動汽車(EV)——一種使用一個或多個電動馬達驅動的車輛,其電動馬達從電池獲得動力,而電池則需要從外部電力供應來充電——-正遇到沉悶形象的問題。相較于動力無限的DetroitV8發動機的狂野咆哮,或者是歐洲運動轎車直列6缸汽油發動機的尖叫轟鳴,日產Leaf的同步電動馬達轉動時僅嗡嗡作響,但這并不意味著它就“低人一等”。目前EV銷售量非常低,名氣也還不高。電動車同美國市場中最暢銷的一些車輛產品相比基本沒有任何競爭機會。這些電動汽車中,知名的有通用汽車的雪佛蘭Volt、日產的Leaf、特斯拉的ModelS和豐田的普銳斯插電版本,這四種型號的汽車占據了2011年以來美國電動車225000總銷量的80%。福特的FusionEnergi和三菱i-MiEV也很受歡迎。然而,除了高檔的特斯拉,所有電動汽車都屬于低檔或中檔車輛,不受人矚目,如果能勉強贏得回頭率,那也只是它們在開過時的安靜讓人感到意外。然而,外表不起眼的現代EV車輛其內部卻非常復雜,與來自于Michigan,Bavaria或者GreaterTokyo的傳統車輛相比,技術毫不遜色。比如,在使用24千瓦時的鋰離子(Li-ion)電池組時,相對溫和的日產Leaf電機將產生80千瓦(110馬力)動力和280牛米的扭矩扭矩(210磅?英尺)。這股動力足以推動車輛在十秒鐘內從0加速到100公里/小時(0到-62英里),對于一個緊湊的五門掀背車來說,這個數字并不顯得太寒酸,而且該車輛還通過了環境保護局(EPA)的燃油經濟性評級,其復合指數為每加侖的汽油行駛115英里,相當于2.0升/100公里。不過,這些數字對大街上的男人們意義不大,他們在為自己選擇下一輛車時并不關注這些。真正吸引人的是——汽車營銷人員也心知肚明——與賽車品牌的關聯。看到你的候選車的標識出現在贏得印地賽車、一級方程式或世界汽車拉力錦標賽比賽的高性能汽車上,這種刺激要遠比規格表的小字要強烈很多。目前電動車也擁有了自己的展示場所,國際汽車聯合會官方(FIA-賽車運動的管理機構)單座總冠軍賽從去年09月份的北京站開始,將持續到2015年6月。冠軍賽將在10個全球領先的城市中心舉辦——除北京外還包括倫敦、邁阿密和布宜諾斯艾利。十支車球,每隊兩位車手,將使用高性能EV——Spark-RenaultSRT_01E參與比賽。但E級方程式的意義并不只是為了提升電動車的美譽度;據E級方程式控股的CEO亞歷杭德羅·亞甲所說,總冠軍賽將成為“圍繞我們城市未來關鍵要素的電動車的研究和開發的框架。”傳統汽車的一些技術,如雙頂置凸輪軸、四氣門每缸以及防抱死制動系統,都是在賽車中被發明或者被完善,然后才惠及到普通的公路運行車輛,E級方程式組織者希望他們的賽事將為電動汽車產業帶來同樣效果。注:2014年9月14日,FormulaE電動方程式北京站(BeijingePrix)比賽在國家奧體中心“鳥巢”和“水立方”周邊的街道舉行。經過一天的角逐,來自奧迪運動ABT電動方程式(AudiSportABTFormulaETeam)的車手盧卡斯·迪·格拉斯(LucasdiGrassi)獲得冠軍。尖端技術在北京舉辦的第一場E級方程式比賽讓車迷們沸騰不已,也證明該系列賽并非噱頭。在這項激烈賽事中冠軍最終由AudiSportABT車隊的前F1車手LucasdiGrassi獲得。在總計52分鐘的比賽中diGrassi的平均時速為127.5公里每小時(79.2英里每小時)。排在第二位的是AndretTI車隊的前雷諾F1測試車手和三級方程式選手FranckMontagny,成績僅落后第一名2.9秒。盡管E級方程式的性能表現優異,但并沒有給從事商業EV設計的汽車工程師帶來多少驚喜。盡管最新型的EV多用鋰離子電源組,不過其能源密度大約為700瓦時/升,要遠低于汽油的10千瓦時/升,但EV不會排出有毒氣體,而且還有一些其它優勢。其中關鍵的一點是,與燃氣發動機相比電機的效率更高,在驅動車輛行駛時,EV電能到機械能的轉換率為75%到85%,而燃氣發動機化學能轉為機械能的效率只有25%到30%。其次,EV的電動機比汽油發動機更緊湊,更節省空間,因此可以容納更多的電池并帶來更大的整體能量。(圖1)圖1:EV電動馬達,比如在BMWi3中所用的這個,更輕便也更小巧。(版權所有:BMW)盡管如此,同中檔的EV的相比,傳統汽車整體性能更好,巡航范圍也更大。糾其原因,主要是因為內燃機擁有130多年的歷史研發積累。雖然EV本身可能比大家認為的發明時間更早——電池動力汽車可以追溯到19世紀30年代,甚至可能更早——但只是在過去的20年間,各大汽車廠商才紛紛投入可用資源進行EV的密集開發。這樣的結果是,電動汽車正在快速迎頭趕上燃油汽車。比如特斯拉的最新款產品,ModelS,它是一款后輪驅動的電動汽車,其動力來源于60或85千瓦時的鋰離子電池組。ModelS上面有一個安裝在后軸中部的三相四極AC感應銅轉子電機,內含一個液體冷卻的動力總成,能夠驅動2100公斤(4630磅)的車輛以210公里/小時(130英里)的最高時速行駛,續航里程為425公里(265英里)。這個高大上的車輛還有其它一些特性,包括一個變頻驅動器和帶能量回收的制動系統。在低轉速時燃氣發動機產生的扭矩和功率都較小,這意味著必須通過一系列齒輪,以使發動機能夠快速提升轉速以達到不錯的加速效果。即使這樣,最大功率和扭矩僅受限于相對較窄的轉速段內,達到最大扭矩時轉速為最大值的一半,而達到最大功率時轉速接近最大極限,因此為滿足不同的道路狀況,需要頻繁換檔(圖2)。相比之下,EV可以在一開始就輸出最大扭矩,并平滑的持續提供功力,只在最高轉速區內尾部動力有所下降。相應地,電機的輸出功率將在整個轉速范圍內平滑上升,即便是在轉速上限的尾部也基本沒有下降(圖2)。圖2內部火塞引擎在峰值扭矩輸出時轉速為最大值的一半,并且峰值功率輸出僅限于相對狹窄的轉速范圍內。(版權所有:Woodbank通訊有限公司)圖3電機從零轉速開始輸出峰值扭矩,車輛加速非常快。(版權所有:邁凱拉輪應用技術)因為電機輸出動力的方式特殊,具有較低標稱性能的EV在起步時表現接近于一個性能更強的傳統車輛。比如,ModelS,具有一個310千瓦(416馬力)的發動機,其輸出扭矩為600牛米(443磅?英尺),可以推動車輛在4.2秒內從0加速到100公里/小時(62英里)。這種加速效果甚至超出寶馬M5,要知道后者是一款高性能著稱的歐洲運動轎車,具備與前者相似的大小,只是重量略低(1945公斤(4288磅)),但卻擁有一個418千瓦(560馬力)、680牛米(500磅?英尺)的燃油發動機。E(娛樂信息)級方程式雖然E級方程式的誕生源于FIA的期望,即提升能源、移動性和可持續性的正價值,但也許目前最大的好處是,E級方程式將成為EV技術的測試溫床,將激發電池、動力傳動系統、電機以及發動機管理等的進一步發展。該電動汽車從靜止起步,3秒內將車速快速提升到百公里每小時(62英里每小時),并最終攀升至225公里/小時的最高車速(150英里每小時)。在排位賽時,車手可以完全使用200千瓦(270馬力)的全部潛在動力,不過在正式比賽時,為將電池續航延長到30分鐘左右,最大功率被鉗制為150千瓦(203馬力)——只能有限的使用額外的30千瓦(40.5馬力)以用于超車。這并不意味著2014年總冠軍賽會很無聊。FIA正在使出渾身解數試圖提升E級方程式的趣味性,以提升公眾對EV的品牌形象認知。就首批賽車手來說,賽事圈并不缺天才。二十個車手中有十三個曾經完成過F1賽事,他們將參與E級方程式的爭奪。在第一場比賽中,最后一個拐彎處發生了一場意外,NickHeidfeld(F1賽車的常規賽事完成者)的Venturi與NicholasProst的Renault兩輛賽車碰撞到一起,最終前者的賽車以底朝天式結束了比賽,也表明了賽車車手間的爭奪級別是相當高的。所有這些車手為總計10支的車隊參賽,包括賽車愛好者熟悉的一些車隊,比如奧迪,AndretTI,,雷諾和Virgin,當然也包括一些新成立的式E級方程式賽車團隊,如ChinaRacing,DragonRacing和MahindraRacing。當然,車輛使用的EV技術也是世界上最先進的;例如邁凱輪電機驅動車輪時具備世界上最高的功率重量比,提供高達200千瓦(270馬力)的動力,而馬達僅重26千克(7.7千瓦/千克)。相比之下,用于2014年F1賽季的1.5升V6發動機可以產生450千瓦動力,但發動機卻重達120公斤(3.75千瓦/千克)。每支球隊都將基于法國公司建造的Spark-RenaultSRT_01E來打造賽車,還有SparkRacing技術,并與一些領先的賽車公司組成財團彼此協作。但這并不是說所有的賽車完全等同。例如,車隊可以自由地調整電源管理軟件以確定如何最好地在比賽過程中管理電池能量,只要所提供的電力不超過規則中的詳細條例。每個電池組都集成了一個主控系統,用于監控每個電池單元的電壓和溫度,以確保不會有什么異常發生。工程師可以選擇關閉或者限制電池組中某些單元的輸出,在些許性能下降的代價下以保持降溫并控制溫度在接受范圍內。這種做法與一級方程式中使用的節省燃料并限制輪胎磨損的策略類似。意大利Dallara公司提供硬殼式底盤,由碳纖維和鋁制成,滿足最新的FIA碰撞測試標準——它們也同樣適用于一級方程式賽車。McLarenElectronicsSystems提供了電動動力總成和電子設備,而另一家為一級方程式提供設備的知名公司,WilliamsAdvancedEngineering,則提供了電池。電池采用了鋰離子(鋰離子)化合物,這一技術也備受中檔和高檔商用EV制造商的青睞。鋰離子電池提供了是佳的能量密度,充電速度也很快。電池組的重量限制在200千克(以鼓勵改進能量密度),并提供28千瓦時的電能。傳遞動力的是Hewland提供的五速換擋撥片序列式變速箱。系統集成則由雷諾來監督,這是一家領先的EV供應商,該公司主要通過雷諾運動技術和雷諾F1運動項目來對賽車進行投資。賽車采用米其林特別設計的46厘米(18英寸)停步輪胎,可以在公路上提供良好的抓地能力。除北京站外,比賽將在2.5到3公里(1.6至1.9英里)的長街賽道中進行。該循環賽包括長灘和柏林,甚至還有標志性的摩納哥F1賽道(雖然E級方程式比賽將不會使用GrandPrix全部賽段)。比賽從靜止開始,并持續約55分鐘。因為電池在保證比賽所需時速時只能維持約30分鐘,司機被要求中途進站,比賽的下半場將使用第二(充滿電)輛賽車。國際汽聯特派員將監督更換過程,確保所有安全設備正確使用,并強制約定最小更換時長。除北京站外,比賽將在2.5到3公里(1.6至1.9英里)的長街賽道中進行。該循環賽包括長灘和柏林,甚至還有標志性的摩納哥F1賽道(雖然E級方程式比賽將不會使用GrandPrix全部賽段)。比賽從靜止開始,并持續約55分鐘。因為電池在保證比賽所需時速時只能維持約30分鐘,司機被要求中途進站,比賽的下半場將使用第二(充滿電)輛賽車。國際汽聯特派員將監督更換過程,確保所有安全設備正確使用,并強制約定最小更換時長。同其它任何商業汽車賽事一樣,E級方程式系列賽正在吸引著更多的贊助商,他們熱衷于其中的魅力和榮耀,支持這些賽事,并致力于提高EV收益以及改進EV技術。領先的電子分銷商貿澤電子,在為汽車工程師提供高科技解決方案方面已經有多年專注經驗,當然在很多其它領域也如此。貿澤電子非常自豪地為E級方程式中國賽車車隊提供贊助,貿澤的標志會出現在紅色車輛的前鼻錐處。與貿澤電子一同贊助中國車隊的其它廠商還包括:Vishay,半導體和無源元件的一家領先供應商;Molex連接器到線纜組件技術方面的一家領先供應商。在短短三年內,E級方程式已經從概念發展成為完全成熟的系列賽,盡管目前比燃油汽車要慢一些,但隨著白熱化競爭中技術不斷被迫提升,這一差距肯定會越來越小。該技術將注定進入公路行駛的EV中,提升他們對電動汽車的期許,據業內人士分析,美國公路上的零排放汽車在2022年將提升到110萬輛。(mbbeetchina)

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