四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 提升電動(dòng)車(chē)操控性

電動(dòng)車(chē)具有強(qiáng)大吸引力的原因部分歸結(jié)于其能夠節(jié)能并且一些小型電動(dòng)車(chē)相比傳統(tǒng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)更輕。美國(guó)能源部預(yù)計(jì)，車(chē)輛每減重10%，其能源效率則會(huì)提升6-8%。

“不過(guò)，對(duì)于那些重量小于800千克的電動(dòng)車(chē)來(lái)說(shuō)，面臨著安全問(wèn)題”，俄亥俄州立大學(xué)機(jī)械工程和車(chē)輛系統(tǒng)總監(jiān)Junmin Wang表示：“電動(dòng)車(chē)因?yàn)橹亓窟^(guò)輕因此車(chē)輛平穩(wěn)性則出現(xiàn)了問(wèn)題?！碑?dāng)車(chē)內(nèi)乘客過(guò)多時(shí)，遇到急轉(zhuǎn)情況很容易讓車(chē)身發(fā)生側(cè)翻。

提升小型電動(dòng)車(chē)操控性和穩(wěn)定性的有效方法之一是單獨(dú)對(duì)每個(gè)車(chē)輪進(jìn)行控制，也就是在車(chē)輪中加入輪轂電機(jī)。安裝有輪轂電機(jī)的電動(dòng)車(chē)能夠?qū)λ膫€(gè)車(chē)輪進(jìn)行獨(dú)立控制，車(chē)輪能夠有更大的旋轉(zhuǎn)余地，甚至還令將車(chē)輛停入更窄的停車(chē)位中。另外，由于輪轂電機(jī)安裝在每個(gè)車(chē)輪中，因此相當(dāng)于為車(chē)輪增加了額外的重量，并降低了整車(chē)的重心，提升了安全性。

Junmin Wang認(rèn)為，具有四輪獨(dú)立控制功能的電動(dòng)車(chē)將成為未來(lái)汽車(chē)的主流結(jié)構(gòu)之一，尤其是作為一輛城市小型車(chē)，其具有高效、高機(jī)動(dòng)性以及環(huán)保特性。

Hiriko Driving Mobility公司近期推出了Hiriko微型城市可折疊2座電動(dòng)車(chē)。其中的輪轂電機(jī)擔(dān)任了轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)、懸掛和制動(dòng)的作用。日本川崎市（Kawasaki City）的SIM-Drive公司也計(jì)劃于2014年向市場(chǎng)上推出其SIM-WIL電動(dòng)車(chē)，其中也采用了輪轂電機(jī)。

Hiriko可折疊電動(dòng)車(chē)

國(guó)立臺(tái)灣科技大學(xué)與深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院共同研發(fā)出了一款電動(dòng)車(chē)，近期正在新西蘭進(jìn)行測(cè)試。Junmin Wang預(yù)計(jì)，輪轂電機(jī)和四輪獨(dú)立控制的電動(dòng)車(chē)技術(shù)真正商業(yè)化還需要將近10年的時(shí)間。

看中了其靈活性與穩(wěn)定性，美國(guó)國(guó)防部門(mén)認(rèn)為四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（FWIA）能夠運(yùn)用于軍隊(duì)地勤車(chē)輛中。

Junmin Wang和其團(tuán)隊(duì)在一款重為800千克的試驗(yàn)用底盤(pán)結(jié)構(gòu)中裝載了4個(gè)功率為7.5千瓦的無(wú)刷直流永磁電機(jī)以及一臺(tái)15千瓦時(shí)容量的鋰離子電池組。四個(gè)車(chē)輪與中央計(jì)算機(jī)用單根線(xiàn)纜連接，以100赫茲的頻率收集轉(zhuǎn)向盤(pán)、加速踏板、制動(dòng)踏板對(duì)每個(gè)車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)信息。

過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

“4個(gè)車(chē)輪均裝載輪轂電機(jī)的電動(dòng)車(chē)可被看作一個(gè)過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)” Junmin Wang解釋道：“這意味著車(chē)輪能夠以任何角度自由地旋轉(zhuǎn)?！?/P>

其目標(biāo)是制造一個(gè)具有高穩(wěn)定性的控制系統(tǒng)保證車(chē)輛的安全性和可靠性，另外，他指出，如果不采用電子線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，測(cè)試車(chē)將非常難操控。通過(guò)實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)車(chē)輛重心的移動(dòng)并配合容錯(cuò)自適應(yīng)控制系統(tǒng)，中央計(jì)算機(jī)將計(jì)算出每個(gè)車(chē)輪所需的扭矩。

此外，由于每個(gè)車(chē)輪都采用單獨(dú)控制，可以在某個(gè)車(chē)輪執(zhí)行剎車(chē)動(dòng)作的同時(shí)，其他車(chē)輪依舊在執(zhí)行驅(qū)動(dòng)。計(jì)算機(jī)從駕駛員操控方向盤(pán)和踩下制動(dòng)踏板的行為中計(jì)算最佳的行駛速度和車(chē)輛運(yùn)動(dòng)方式。

試驗(yàn)結(jié)果表明，四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比目前大量運(yùn)用的四驅(qū)系統(tǒng)（4WD）在操控性方面更勝一籌。單獨(dú)控制車(chē)輪意味著汽車(chē)基本不會(huì)發(fā)生甩尾。

經(jīng)濟(jì)性提升

在對(duì)四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與車(chē)輛操控性和穩(wěn)定性的測(cè)試完畢后，Junmin Wang團(tuán)隊(duì)的研發(fā)焦點(diǎn)轉(zhuǎn)向了提升電動(dòng)車(chē)的能源效率。實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)采用3種不同的車(chē)輪扭矩分配策略達(dá)到相同的車(chē)輛速度，并比較3種扭矩策略下輪轂電機(jī)工作效率的差別。

第一個(gè)是最普通的扭矩分配方案；第二個(gè)策略則采用了自適應(yīng)系統(tǒng)；而第三個(gè)扭矩分配方案則基于非線(xiàn)性規(guī)則方案。在實(shí)驗(yàn)中，研究人員評(píng)估了三個(gè)策略下的車(chē)輛牽引性能、動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能和總體能量消耗。

后兩個(gè)方案相比第一種普通方案在能源消耗方面均更低。其中，方案3在每個(gè)采樣時(shí)段內(nèi)均采用了全局優(yōu)化，能耗最低。

研究團(tuán)隊(duì)希望進(jìn)一步提升系統(tǒng)的容錯(cuò)性，這樣一來(lái)，當(dāng)某一個(gè)輪轂電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，其他輪轂電機(jī)會(huì)主動(dòng)做出補(bǔ)償。眾所周知，元件數(shù)量越多，出現(xiàn)故障的概率就越大。在四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中也是如此。因此系統(tǒng)的失效檢測(cè)和診斷工作是該系統(tǒng)最大的技術(shù)挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的回饋控制設(shè)計(jì)對(duì)于該類(lèi)系統(tǒng)設(shè)備的失效無(wú)法做出正確的調(diào)節(jié)。

雖然目前4輪均搭載輪轂電機(jī)的控制策略還不完善，但輪轂電機(jī)技術(shù)對(duì)于未來(lái)確實(shí)是很理想的解決方案，這將是實(shí)現(xiàn)車(chē)輛小型化和輕量化的捷徑，單個(gè)車(chē)輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的方式也能夠?yàn)檐?chē)輛帶來(lái)之前的汽車(chē)難以具備的行駛性能和行駛特性。