四輪獨立驅(qū)動系統(tǒng) 提升電動車操控性

電動車具有強大吸引力的原因部分歸結于其能夠節(jié)能并且一些小型電動車相比傳統(tǒng)汽車來說更輕。美國能源部預計，車輛每減重10%，其能源效率則會提升6-8%。

“不過，對于那些重量小于800千克的電動車來說，面臨著安全問題”，俄亥俄州立大學機械工程和車輛系統(tǒng)總監(jiān)Junmin Wang表示：“電動車因為重量過輕因此車輛平穩(wěn)性則出現(xiàn)了問題。”當車內(nèi)乘客過多時，遇到急轉情況很容易讓車身發(fā)生側翻。

提升小型電動車操控性和穩(wěn)定性的有效方法之一是單獨對每個車輪進行控制，也就是在車輪中加入輪轂電機。安裝有輪轂電機的電動車能夠?qū)λ膫€車輪進行獨立控制，車輪能夠有更大的旋轉余地，甚至還令將車輛停入更窄的停車位中。另外，由于輪轂電機安裝在每個車輪中，因此相當于為車輪增加了額外的重量，并降低了整車的重心，提升了安全性。

Junmin Wang認為，具有四輪獨立控制功能的電動車將成為未來汽車的主流結構之一，尤其是作為一輛城市小型車，其具有高效、高機動性以及環(huán)保特性。

Hiriko Driving Mobility公司近期推出了Hiriko微型城市可折疊2座電動車。其中的輪轂電機擔任了轉向執(zhí)行機構、懸掛和制動的作用。日本川崎市（Kawasaki City）的SIM-Drive公司也計劃于2014年向市場上推出其SIM-WIL電動車，其中也采用了輪轂電機。

Hiriko可折疊電動車

國立臺灣科技大學與深圳職業(yè)技術學院共同研發(fā)出了一款電動車，近期正在新西蘭進行測試。Junmin Wang預計，輪轂電機和四輪獨立控制的電動車技術真正商業(yè)化還需要將近10年的時間。

看中了其靈活性與穩(wěn)定性，美國國防部門認為四輪獨立驅(qū)動系統(tǒng)（FWIA）能夠運用于軍隊地勤車輛中。

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

過驅(qū)動系統(tǒng)

“4個車輪均裝載輪轂電機的電動車可被看作一個過驅(qū)動系統(tǒng)” Junmin Wang解釋道：“這意味著車輪能夠以任何角度自由地旋轉。”

其目標是制造一個具有高穩(wěn)定性的控制系統(tǒng)保證車輛的安全性和可靠性，另外，他指出，如果不采用電子線控轉向系統(tǒng)，測試車將非常難操控。通過實時預測車輛重心的移動并配合容錯自適應控制系統(tǒng)，中央計算機將計算出每個車輪所需的扭矩。

此外，由于每個車輪都采用單獨控制，可以在某個車輪執(zhí)行剎車動作的同時，其他車輪依舊在執(zhí)行驅(qū)動。計算機從駕駛員操控方向盤和踩下制動踏板的行為中計算最佳的行駛速度和車輛運動方式。

試驗結果表明，四輪獨立驅(qū)動系統(tǒng)相比目前大量運用的四驅(qū)系統(tǒng)（4WD）在操控性方面更勝一籌。單獨控制車輪意味著汽車基本不會發(fā)生甩尾。

經(jīng)濟性提升

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

第一個是最普通的扭矩分配方案；第二個策略則采用了自適應系統(tǒng)；而第三個扭矩分配方案則基于非線性規(guī)則方案。在實驗中，研究人員評估了三個策略下的車輛牽引性能、動態(tài)響應性能和總體能量消耗。

后兩個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在每個采樣時段內(nèi)均采用了全局優(yōu)化，能耗最低。

研究團隊希望進一步提升系統(tǒng)的容錯性，這樣一來，當某一個輪轂電機出現(xiàn)故障時，其他輪轂電機會主動做出補償。眾所周知，元件數(shù)量越多，出現(xiàn)故障的概率就越大。在四輪獨立驅(qū)動系統(tǒng)中也是如此。因此系統(tǒng)的失效檢測和診斷工作是該系統(tǒng)最大的技術挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的回饋控制設計對于該類系統(tǒng)設備的失效無法做出正確的調(diào)節(jié)。

雖然目前4輪均搭載輪轂電機的控制策略還不完善，但輪轂電機技術對于未來確實是很理想的解決方案，這將是實現(xiàn)車輛小型化和輕量化的捷徑，單個車輪獨立驅(qū)動的方式也能夠為車輛帶來之前的汽車難以具備的行駛性能和行駛特性。