四輪獨立驅動(dòng)系統 提升電動(dòng)車(chē)操控性

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

“不過(guò)，對于那些重量小于800千克的電動(dòng)車(chē)來(lái)說(shuō)，面臨著(zhù)安全問(wèn)題”，俄亥俄州立大學(xué)機械工程和車(chē)輛系統總監Junmin Wang表示：“電動(dòng)車(chē)因為重量過(guò)輕因此車(chē)輛平穩性則出現了問(wèn)題?！碑斳?chē)內乘客過(guò)多時(shí)，遇到急轉情況很容易讓車(chē)身發(fā)生側翻。

提升小型電動(dòng)車(chē)操控性和穩定性的有效方法之一是單獨對每個(gè)車(chē)輪進(jìn)行控制，也就是在車(chē)輪中加入輪轂電機。安裝有輪轂電機的電動(dòng)車(chē)能夠對四個(gè)車(chē)輪進(jìn)行獨立控制，車(chē)輪能夠有更大的旋轉余地，甚至還令將車(chē)輛停入更窄的停車(chē)位中。另外，由于輪轂電機安裝在每個(gè)車(chē)輪中，因此相當于為車(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認為，具有四輪獨立控制功能的電動(dòng)車(chē)將成為未來(lái)汽車(chē)的主流結構之一，尤其是作為一輛城市小型車(chē)，其具有高效、高機動(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)。其中的輪轂電機擔任了轉向執行機構、懸掛和制動(dòng)的作用。日本川崎市（Kawasaki City）的SIM-Drive公司也計劃于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。

Hiriko可折疊電動(dòng)車(chē)

國立臺灣科技大學(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)行測試。Junmin Wang預計，輪轂電機和四輪獨立控制的電動(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定性，美國國防部門(mén)認為四輪獨立驅動(dòng)系統（FWIA）能夠運用于軍隊地勤車(chē)輛中。

Junmin Wang和其團隊在一款重為800千克的試驗用底盤(pán)結構中裝載了4個(gè)功率為7.5千瓦的無(wú)刷直流永磁電機以及一臺15千瓦時(shí)容量的鋰離子電池組。四個(gè)車(chē)輪與中央計算機用單根線(xiàn)纜連接，以100赫茲的頻率收集轉向盤(pán)、加速踏板、制動(dòng)踏板對每個(gè)車(chē)輪的驅動(dòng)信息。

過(guò)驅動(dòng)系統

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

其目標是制造一個(gè)具有高穩定性的控制系統保證車(chē)輛的安全性和可靠性，另外，他指出，如果不采用電子線(xiàn)控轉向系統，測試車(chē)將非常難操控。通過(guò)實(shí)時(shí)預測車(chē)輛重心的移動(dòng)并配合容錯自適應控制系統，中央計算機將計算出每個(gè)車(chē)輪所需的扭矩。

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

試驗結果表明，四輪獨立驅動(dòng)系統相比目前大量運用的四驅系統（4WD）在操控性方面更勝一籌。單獨控制車(chē)輪意味著(zhù)汽車(chē)基本不會(huì )發(fā)生甩尾。

經(jīng)濟性提升

在對四輪獨立驅動(dòng)系統與車(chē)輛操控性和穩定性的測試完畢后，Junmin Wang團隊的研發(fā)焦點(diǎn)轉向了提升電動(dòng)車(chē)的能源效率。實(shí)驗中，研究團隊采用3種不同的車(chē)輪扭矩分配策略達到相同的車(chē)輛速度，并比較3種扭矩策略下輪轂電機工作效率的差別。

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系統；而第三個(gè)扭矩分配方案則基于非線(xiàn)性規則方案。在實(shí)驗中，研究人員評估了三個(gè)策略下的車(chē)輛牽引性能、動(dòng)態(tài)響應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)段內均采用了全局優(yōu)化，能耗最低。

研究團隊希望進(jìn)一步提升系統的容錯性，這樣一來(lái)，當某一個(gè)輪轂電機出現故障時(shí)，其他輪轂電機會(huì )主動(dòng)做出補償。眾所周知，元件數量越多，出現故障的概率就越大。在四輪獨立驅動(dòng)系統中也是如此。因此系統的失效檢測和診斷工作是該系統最大的技術(shù)挑戰。傳統的回饋控制設計對于該類(lèi)系統設備的失效無(wú)法做出正確的調節。

雖然目前4輪均搭載輪轂電機的控制策略還不完善，但輪轂電機技術(shù)對于未來(lái)確實(shí)是很理想的解決方案，這將是實(shí)現車(chē)輛小型化和輕量化的捷徑，單個(gè)車(chē)輪獨立驅動(dòng)的方式也能夠為車(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。