四轮独立驱动系统可提升电动车操控性

导语

提升小型电动车操控性和稳定性的有效方法之一是单独对每个车轮进行控制,也就是在车轮中加入轮毂电机。

  电动车具有强大吸引力的原因部分归结于其能够节能并且一些小型电动车相比传统汽车来说更轻。美国能源部预计,车辆每减重10%,其能源效率则会提升6-8%。

  ”不过,对于那些重量小于800千克的电动车来说,面临着安全问题”,俄亥俄州立大学机械工程和车辆系统总监Junmin Wang表示:”电动车因为重量过轻因此车辆平稳性则出现了问题。”当车内乘客过多时,遇到急转情况很容易让车身发生侧翻。

  提升小型电动车操控性和稳定性的有效方法之一是单独对每个车轮进行控制,也就是在车轮中加入轮毂电机。安装有轮毂电机的电动车能够对四个车轮进行独立控制,车轮能够有更大的旋转余地,甚至还令将车辆停入更窄的停车位中。另外,由于轮毂电机安装在每个车轮中,因此相当于为车轮增加了额外的重量,并降低了整车的重心,提升了安全性。

四轮独立驱动系统可提升电动车操控性

  Junmin Wang认为,具有四轮独立控制功能的电动车将成为未来汽车的主流结构之一,尤其是作为一辆城市小型车,其具有高效、高机动性以及环保特性。

  Hiriko Driving Mobility公司近期推出了Hiriko微型城市可折叠2座电动车。其中的轮毂电机担任了转向执行机构、悬挂和制动的作用。日本川崎市(Kawasaki City)的SIM-Drive公司也计划于2014年向市场上推出其SIM-WIL电动车,其中也采用了轮毂电机。

  国立台湾科技大学与深圳职业技术学院共同研发出了一款电动车,近期正在新西兰进行测试。Junmin Wang预计,轮毂电机和四轮独立控制的电动车技术真正商业化还需要将近10年的时间。

  看中了其灵活性与稳定性,美国国防部门认为四轮独立驱动系统(FWIA)能够运用于军队地勤车辆中。

  Junmin Wang和其团队在一款重为800千克的试验用底盘结构中装载了4个功率为7.5千瓦的无刷直流永磁电机以及一台15千瓦时容量的锂离子电池组。四个车轮与中央计算机用单根线缆连接,以100赫兹的频率收集转向盘、加速踏板、制动踏板对每个车轮的驱动信息。

  过驱动系统

  ”4个车轮均装载轮毂电机的电动车可被看作一个过驱动系统” Junmin Wang解释道:”这意味着车轮能够以任何角度自由地旋转。”

  其目标是制造一个具有高稳定性的控制系统保证车辆的安全性和可靠性,另外,他指出,如果不采用电子线控转向系统,测试车将非常难操控。通过实时预测车辆重心的移动并配合容错自适应控制系统,中央计算机将计算出每个车轮所需的扭矩。

  此外,由于每个车轮都采用单独控制,可以在某个车轮执行刹车动作的同时,其他车轮依旧在执行驱动。计算机从驾驶员操控方向盘和踩下制动踏板的行为中计算最佳的行驶速度和车辆运动方式。

  试验结果表明,四轮独立驱动系统相比目前大量运用的四驱系统(4WD)在操控性方面更胜一筹。单独控制车轮意味着汽车基本不会发生甩尾。

  经济性提升

  在对四轮独立驱动系统与车辆操控性和稳定性的测试完毕后,Junmin Wang团队的研发焦点转向了提升电动车的能源效率。实验中,研究团队采用3种不同的车轮扭矩分配策略达到相同的车辆速度,并比较3种扭矩策略下轮毂电机工作效率的差别。

  第一个是最普通的扭矩分配方案;第二个策略则采用了自适应系统;而第三个扭矩分配方案则基于非线性规则方案。在实验中,研究人员评估了三个策略下的车辆牵引性能、动态响应性能和总体能量消耗。

  后两个方案相比第一种普通方案在能源消耗方面均更低。其中,方案3在每个采样时段内均采用了全局优化,能耗最低。

  研究团队希望进一步提升系统的容错性,这样一来,当某一个轮毂电机出现故障时,其他轮毂电机会主动做出补偿。众所周知,元件数量越多,出现故障的概率就越大。在四轮独立驱动系统中也是如此。因此系统的失效检测和诊断工作是该系统最大的技术挑战。传统的回馈控制设计对于该类系统设备的失效无法做出正确的调节。

  虽然目前4轮均搭载轮毂电机的控制策略还不完善,但轮毂电机技术对于未来确实是很理想的解决方案,这将是实现车辆小型化和轻量化的捷径,单个车轮独立驱动的方式也能够为车辆带来之前的汽车难以具备的行驶性能和行驶特性。

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