捷豹I-PACE纯电动汽车的电力驱动系统(三)

◆文/北京 多飞

(接上期)

7.高压电气分配

高压电气分配如图24所示。I-PACE上的HV电路由HV部件组成，这些部件由一系列橙黄色的HV电缆连接在一起。来自HV蓄电池的HV电力直接供应至前后逆变器以及HVJB。在驾驶模式下，逆变器将HV直流电力输送至EDU；在再生制动过程中，逆变器将会接收三相电流。HVJB负责向HVCH、直流-直流转换器和EAC压缩机供应HV电力。该电路由一组不可维修的熔丝提供保护。HV蓄电池中内置了两个熔丝，一个用于电动驱动系统，一个用于向HVJB供电的辅助电路。HVJB中有三个附加的熔丝，它们负责保护对应的部件，这些熔丝不可更换。

图24 高压电气分配

四、电动驱动单元(EDU)

1.电动驱动单元(EDU)概述

I-PACE由两个永磁同步电动驱动单元(EDU)驱动，它们分别位于前后轴上，如图25所示。每个单元都带有一个单速行星齿轮组变速器和一个以同心方式安装在电机上的开放式差速器。每个车轮都通过一个半轴连接至变速器，因此提供了四轮驱动(AWD)能力。EDU通过每个电机提供的348N·m扭矩和147kW功率。两个电机的综合输出可提供696N·m的瞬时扭矩。每个电机分别连接到一个逆变器。逆变器控制电机的操作以响应节气门和制动输入。前后EDU都连接至电动驱动冷却液回路。每个EDU都有一个用于监测单元温度的传感器，该传感器以硬接线方式连接至相关逆变器。EDU温度数据通过FlexRay信号被发送至PCM。每个EDU都有多个通风软管连接。

图25 电动驱动单元

EDU上的唯一可维修的项目是变速器油封和半轴油封。厂家推荐的保养间隔是2年或34 000km。在第5次保养时需要更换前后电动驱动单元(EDU)机油以及所有冷却液回路中的冷却液。电动驱动单元(EDU)机油规格是：FE75W/BOT350M375W。前EDU加注量是1.6L。后EDU加注量是1.5L。如果更换前电动驱动单元(EDU)、后EDU、前电力变频转换器(EPIC)或后EPIC，则需要使用JaguarLandRover(JLR)认可的诊断设备对其进行校准。需要进行校准，以确保来自EPIC的高压(HV)3相交流电(AC)的相位已正确正时，以实现有效的车辆机动动力。EDU的旋转分解器角度印在EDU上部的EDU标签上。电动驱动单元标签如图26所示。

图26 电动驱动单元标签

2.永磁同步电机

I-PACE上安装了2个永磁同步电机。如图27所示，使用了配备永磁铁的转子，永磁铁与定子绕组处产生的电磁场同步。通过按照逐渐改变每个绕组极性的顺序向定子绕组上施加三相交流(AC)，定子周围将会产生旋转的电磁场。转子位置与这个旋转的电磁场保持一致，从而吸引转子磁铁的磁场，导致转子转动。当转子和旋转的定子磁场完全同步时，转子的输出速度与施加到定子绕组上的AC频率成一致。在这种情况下，电机功率输出达到最大。当电磁场绕着定子旋转时，转子的位置将会与其相匹配。变速器的输入齿轮直接安装到转子上。

图27 永磁同步电机

图28展示了简单永磁同步电机顺时针转动的旋转情况。施加到定子绕组上的三相AC受到控制，因此能够从一套绕组旋转到下一套绕组，转子遵照相同的速率旋转。施加到定子绕组上的电流的大小和相位与电机的扭矩输出成比例，因此需要进行精确控制才能实现电机的效率。旋转分解器环位置传感器用于准确检测转子相对于旋转电磁场的速度和位置，以便全面控制电机输出。旋转分解器输出信号传送至逆变器。然后，逆变器在定子线圈上施加正确的频率和电压，以确保电机的扭矩输出与PCM发送的扭矩请求相匹配。逆变器也使用位置信息来确保转子始终与旋转磁场保持同步。

当转子的磁场滞后于定子的旋转磁场时，随着永久磁铁持续尝试“赶上”定子的旋转磁场，电机将会产生驱动扭矩。AC输入的正时相对于转子的位置提前，输入的提前量越大，产生的扭矩也就越大。但是，AC输入过于提前将会导致磁场脱离同步状态，电机将会停转。

AC输入的正时也可以相对于转子的位置滞后。旋转磁场试图往相反的方向拉动转子，产生可调节的制动扭矩。当制动的动能转换为电能时，电机将会变为发电机。随着转子绕着定子转动，转子的磁场将会穿过定子绕组，从而感生出三相AC。转子的速度和定子线圈的磁场强度与发电机输出成正比。

图28 定子-转子的相位关系

3.电动驱动单元(EDU)操作

每个电动驱动单元(EDU)操作的操作都由其所附的逆变器根据来自动力传动系统控制模块(PCM)的扭矩请求指令进行控制。逆变器根据需要在电机和发电机两个角色之间切换EDU的操作。当EDU作为电机工作时，逆变器接收来自HV蓄电池的直流(DC)电源，然后将其转换为3相交流电(AC)。高压AC被施加到电机中的三相定子绕组。来自旋转分解器环位置传感器的数据用于控制HV三相AC的相位。根据来自PCM的扭矩请求指令，逆变器确定施加到EDU上的HV三相AC的相位(如同步电机操作部分中所述)。逆变器和PCM通过FlexRay总线网络进行通信。

当处于再生制动模式时，EDU产生三相AC以供应至逆变器(如同步电机操作部分中所述)。逆变器会将AC整流为DC并调节电压，以便向高压蓄电池充电。逆变器控制在再生制动期间回收的电能以及对前后轮施加的制动效果。PCM通过FlexRay总线网络将来自每个EDU的所需制动力数据发送至逆变器。

4.EDU变速器部件

EDU内部部件如图29所示，变速器如图30所示，EDU功率-扭矩曲线如图31所示。每个EDU都含有一个带开放式差速器的单速行星齿轮变速器。该变速器降低了电机输出转速，同时增加了向从动轮输出的扭矩量。前后EDU之间的扭矩分配由PCM进行控制，并且基于车辆动态性能和稳定性，以便防止出现过度转向、转向不足、车轮打滑等。当从静止状态加速时，电机输出可在两秒钟内升高至160kW，同时后轴将会输出更多的扭矩，以便充分利用车辆后部的较高抓地性。但是，可能会存在来自底盘输入的干预。例如，当在低摩擦路面上从静止状态起步时，车辆会将扭矩偏置从后轴调节至前部，以便获得最高的抓地性。当车辆以低于80km/h的速度巡航时，后轴将会获得优先级来帮助降低座舱内的噪声级。当车辆以较高的速度巡航时，每个EDU之间的扭矩分配几乎都始终保持在50%。在急加速期间，为了使用每个单元的全部可用功率/扭矩，扭矩分配也为50%。两个EDU之间的扭矩偏置将会持续得到调整，以便针对驾驶条件提供最高的抓地性。

注意：I-PACE具有一个驾驶爬行模式，驾驶员能够从触摸屏菜单中选择该模式。在选择后，该模式将允许车辆在驾驶员松开制动踏板时轻微地向前移动，就像传统的自动变速器一样。只有在变速器处于驻车档时才能打开或关闭该模式。

图29 EDU内部部件

图30 EDU变速器

图31 EDU功率-扭矩曲线

五、驻车锁执行器

1.驻车锁执行器

驻车锁执行器位于前EDU的左后侧，位置如图32所示，内部操作示意图如图33所示。安装在EDU壳体内部的一个锁定爪由一根弹簧固定在分离位置。选择驻车档后，执行器操作会导致锁定爪啮合到EDU输出装置上的齿圈中，以机械方式将该装置锁定到位。换档控制开关(TCS)如图34所示。变速器换挡旋钮(TCS)有4个开关，分别用于前进档D、空档N、倒车档R和驻车档P。驾驶员选择TCS上的“D”、“N”或“R”档后，PCM将会自动释放驻车锁。来自TCS的信号通过高速(HS)控制器局域网(CAN)电源模式0系统总线发送至PCM。PCM会将一个PWM信号发送至驻车锁执行器和前逆变器，以执行相应的操作。

图32 驻车锁执行器

图33 驻车锁执行器内部操作示意图

图34 换档控制开关(TCS)

2.驻车锁执行器控制

驻车锁执行器控制框图如图35所示。当按下TCS上的“P”(驻车档)开关时，防抱死制动系统(ABS)控制模块将会先应用电动驻车制动器(EPB)，然后应用驻车锁。PCM通过FlexRay与ABS控制模块通信以应用EPB。PCM通过HSCAN电源模式0系统总线接收来自TCS的信号，以操作驻车锁。驻车锁和EPB的操作取决于车速。

(1)超过3km/h：不应用EPB，不应用驻车锁，根据需要向前部和后部EDU供电，仪表盘(IC)中显示“速度太高，无法制动”信息。

(2)小于3km/h：应用EPB以使车辆停止，当车辆静止时，接合驻车锁，TCS中的“P”警告指示灯点亮，不会向前部和后部EDU供电。

如果驻车锁执行器中存在故障，则TCS上的“P”将会闪烁。仪表盘(IC)上的警告指示灯将会显示出来。PCM将会记录所有故障诊断码(DTC)。利用JLR认可的诊断设备可以接合和分离驻车锁执行器，利用该设备也可以查看PCM指令信号和驻车锁执行器位置数据。更换驻车锁执行器后，无需对驻车锁执行器进行重新校准。

图35 驻车锁执行器控制框图

3.车辆施救

如果驻车锁系统发生故障(如车辆无电)，可以紧急手动解除P档。变速器驻车释放杆位于发动机罩下方，如图36所示。如果车辆需要进行施救，则务必激活变速器驻车释放系统。如图37所示，若要激活变速器驻车释放系统，则应该向上拉动释放杆90°，直至其锁定到位(A)。若要释放该释放杆并将变速器切换回驻车档，则应该向外拉动机构锁定卡舌(B)，然后释放杆将会返回其静止位置(C)。注意：在释放杆返回其静止位置后，务必确保拉索也缩回其原始位置。

图36 变速器驻车释放杆的位置

图37 变速器驻车释放杆的操作

六、电力驱动控制系统控制部件

1.控制系统部件组成

电力驱动控制系统部件如图38所示。动力传动系统控制模块(PCM)控制前部和后部电力变频转换器(EPIC)，而电力变频转换器控制相应的前部和后部电动驱动单元(EDU)。当EDU作为电机运行时，EPIC从电动车(EV)蓄电池接收直流电(DC)电源，将高压(HV)DC转换成HV3相交流电(AC)，以提供给EDU所需电源。当EDU作为发电机运行以提供再生制动时，EPIC将来自EDU的HVAC转换成HVDC，以为EVHV蓄电池充电。PCM控制电力驱动温度控制系统以使前部和后部EPIC冷却。PCM还控制前EDU中的驻车锁执行器。

1.制动助力器模块(BBM)；2.加速器踏板位置(APP)传感器；3.动力传动系统控制模块(PCM)；4.制动踏板开关；5.变速器换档旋钮(TCS)；6.约束控制模块(RCM)；7.后电力变频转换器(EPIC)；8.后电力驱动单元(EDU)；9.位于左车门后视镜中的环境气温(AAT)传感器；10.电动车(EV)蓄电池；11.车身控制模块/网关模块；(BCM/GWM)；12.电力驱动冷却液泵；13.带有驻车锁的前部EDU；14.驻车锁执行器；15.电力驱动冷却液温度传感器-电力驱动散热器出口；16.防抱死制动系统(ABS)控制模块；17.电动冷却风扇；18.电力驱动冷却液控制阀；19.主动进气格栅；20.空调(A/C)温度压力传感器-回收热交换器出口；21.前EPIC；22.电力驱动冷却液温度传感器-4路接头。