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电动汽车给汽车工程师带来了哪些开发难题?
电机电控
作为传统发动机和变速箱功能的替代,电机和电控的性能直接决定了电动汽车的爬坡、加速、最高速度等主要性能指标,因此,电机、电控系统在电动汽车中的地位仅次于动力电池。
一个典型的电控系统-图片来源NXP
而电机和电控也需要满足这些场景的需求:频繁起停、加减速,低速/爬坡时的高转矩,高速行驶时的低转矩和较大变速范围,混合动力车还需要处理电机启动、电机发电、制动能量回馈等特殊功能。
因此,电动汽车驱动系统需要满足如下技术需求:
第一,驱动电机要有更高的能效,实现轻量化、低成本,适应有限的车内空间,同时要具有能量回馈能力,降低整车能耗;
第二,驱动电机同时具备高速宽调速和低速大扭矩,以提供高启动速度、爬坡性能和高速加速性能;
第三,电控系统要有高控制精度、高动态响应速率,并同时提供高安全性和可靠性。
电机方面,电机的绕组、电机的转子、发热等都是工程师需要面对的难题,具体来说,电机绕组的排布和磁场能量转换有关。优化的绕组可以降低损耗,提高效率,减少发热;传统电机转子已经不再适用于电动汽车电机,寻找可以有效增大转矩,减小电动机体积的转子也是难题之一;电机过热是电机安全和可靠性能的天敌,因为电力电子器件比传统汽车部件更容易受热损坏,因而发热问题也是难点之一。
电控方面,汽车在转向电气化后增加了电池组、驱动电机、变速箱(减速器)、动能回收系统等等,而如果再加上自动驾驶和增程式系统的话,电控系统所要承担的责任就更多了,因此实现高控制精度、高动态响应速度,同时具有安全性和可靠性,电控系统也是一大难题。
车联网
车联网这个概念虽不是因电动汽车而诞生的,但是车联网却和电动汽车有着密不可分的关系。车联网提出的初衷是为车与车之间的间距提供保障,降低车辆发生碰撞事故的几率;帮助车主实时导航,并通过与其它车辆和网络系统的通信,提高交通运行的效率。
据统计,到2020年,全球至少有2.2亿辆配置50个传感器的车辆,在汽车领域联网的传感器总数将至少达到110亿,而这些传感器可能每天传输多达1.5TB的数据。而很多人设想着通过这些大数据,可以减少交通事故并改善导航和拥堵。
这也是难点所在,对大数据的需求意味着车辆越来越需要连接,OTA固件更新也变得更加重要,这些数据的复杂性之高,以及数据量之多,处理起来也将是个大麻烦。如何正确处理这些大数据,以及如何保障连接安全可靠,这些都是对工程师们提出的难题。
仿真测试
在电动汽车的仿真测试中,传统的验证技术也还保持着生命力,常用的整车试验验证方式 整车道路(公路)试验、场地道路试验、整车台架试验、 整车动/静态主观评价试验和虚拟数据和计算机仿真验证分析等。
这里需要工程师做的便是找出公路运输,电力系统和电网内集成的最佳解决方案,工程师通过仿真软件,可以在施工阶段之前测试不同的设计决策,大量的仿真数据也会给工程师们带来处理的难题。
结语
想要让电动汽车更大规模地普及,当然不止笔者上述提到的这些难题,还有大量的开发工作等着工程师们去做,如果你是汽车电子工程师,你准备好面临这些挑战了吗?
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