四轮独立驱动系统可提升电动车操控性

电动汽车之所以有吸引力，部分原因是它们可以节省能源，而且一些小型电动汽车比传统汽车更轻。美国能源部预测，汽车重量每减少10%，其能源效率就会提高6-8%。

然而，对于那些重量低于800公斤的电动汽车来说，它们面临着安全问题，”俄亥俄州立大学机械工程和车辆系统主任王俊民说，“当车内乘客太多时，一旦发生急转弯，车身很容易侧翻。

提高小型电动汽车操控性和稳定性的有效方法之一是分别控制每个车轮，即在车轮上添加轮毂电机。配备轮毂电机的电动汽车可以独立控制四个车轮，车轮可以有更多的旋转空间，甚至可以让车辆停在更窄的停车位。此外，由于轮毂电机安装在每个车轮上，相当于给车轮增加了额外的重量，降低了整车的重心，提高了安全性。

王军民认为，具有四轮独立控制功能的电动汽车将成为未来汽车的主流结构之一，尤其是作为一款具有高效率、高机动性和环保特性的小城市汽车。

Hiriko Driving Mobility最近推出了Hiriko迷你城市可折叠2座电动汽车。其中，轮毂电机起到转向执行器、悬架和制动的作用。日本川崎市的SIM Drive公司也计划在2014年向市场推出其SIM-WIL电动汽车，该汽车也使用轮毂电机。

省立科技大学和深圳理工学院联合开发了一款电动汽车，最近正在新西兰进行测试。王军民预测，轮毂电机和四轮独立控制电动汽车要真正实现商业化，还需要近10年的时间。

美国国防部看中了其灵活性和稳定性，认为FWIA可以用于军用地面车辆。

王俊民和他的团队在重达800公斤的实验底盘结构中装载了四台功率为7.5千瓦的无刷直流永磁电机和一个容量为15千瓦时的锂离子电池组。四个车轮通过单根电缆与中央计算机相连，方向盘的驾驶信息，以100Hz的频率收集到每个车轮的加速踏板和制动踏板。

超速驾驶系统

王俊民解释道：“一辆四轮装有轮毂电机的电动汽车可以被视为超速驱动系统。”。“这意味着车轮可以以任何角度自由旋转。”

其目标是制造一个具有高稳定性的控制系统，以确保车辆的安全性和可靠性。此外，他指出，如果不采用电子线控转向系统，测试车辆将很难控制。通过实时预测车辆重心的运动，并与容错自适应控制系统合作，中央计算机将计算每个车轮所需的扭矩。

此外，由于每个车轮都是单独控制的，因此一个车轮可以在其他车轮仍在行驶时制动。计算机根据驾驶员的方向盘和踩下制动踏板的动作计算出最佳行驶速度和车辆运动模式。

测试结果表明，四轮独立驱动系统在操控方面优于广泛使用的四轮驱动系统（4WD）。单独控制车轮意味着汽车基本上不会甩尾。

经济改善

在测试了四轮独立驱动系统和车辆操控性和稳定性后，王军民团队的研发重点转向了提高电动汽车的能效。在实验中，研究团队使用了三种不同的车轮扭矩分配策略来实现相同的车速，并比较了三种扭矩策略下轮内电机的工作效率差异。

第一种是最常见的扭矩分配方案；第二种策略采用自适应系统；

第三种转矩分配方案是基于非线性规则方案。在实验中，研究人员评估了三种策略下车辆的牵引性能、动态响应性能和整体能耗。

后两种方案的能耗低于第一种普通方案。其中，方案3在每个采样周期采用全局优化，能耗最低。

研究团队希望进一步提高系统的容错能力，这样当一个轮毂电机发生故障时，其他轮毂电机就会主动进行补偿。众所周知，组件越多，发生故障的概率就越大。四轮独立驱动系统也是如此。因此，系统的故障检测和诊断是系统最大的技术挑战。传统的反馈控制设计无法正确调整此类系统设备的故障。

尽管目前所有四个车轮都配备轮内电机的控制策略还不完善，但轮内电机技术确实是未来的理想解决方案，这将是实现车辆小型化和轻量化的捷径，而单轮独立驾驶的方式也能带来以往车辆难以具备的驾驶性能和驾驶特性。电动汽车之所以有吸引力，部分原因是它们可以节省能源，而且一些小型电动汽车比传统汽车更轻。美国能源部预测，汽车重量每减少10%，其能源效率就会提高6-8%。

然而，对于那些重量低于800公斤的电动汽车来说，它们面临着安全问题，”俄亥俄州立大学机械工程和车辆系统主任王俊民说，“当车内乘客太多时，一旦发生急转弯，车身很容易侧翻。

提高小型电动汽车操控性和稳定性的有效方法之一是分别控制每个车轮，即在车轮上添加轮毂电机。配备轮毂电机的电动汽车可以独立控制四个车轮，车轮可以有更多的旋转空间，甚至可以让车辆停在更窄的停车位。此外，由于轮毂电机安装在每个车轮上，相当于给车轮增加了额外的重量，降低了整车的重心，提高了安全性。

王军民认为，具有四轮独立控制功能的电动汽车将成为未来汽车的主流结构之一，尤其是作为一款具有高效率、高机动性和环保特性的小城市汽车。

Hiriko Driving Mobility最近推出了Hiriko迷你城市可折叠2座电动汽车。其中，轮毂电机起到转向执行器、悬架和制动的作用。日本川崎市的SIM Drive公司也计划在2014年向市场推出其SIM-WIL电动汽车，该汽车也使用轮毂电机。

省立科技大学和深圳理工学院联合开发了一款电动汽车，最近正在新西兰进行测试。王军民预测，轮毂电机和四轮独立控制电动汽车要真正实现商业化，还需要近10年的时间。

美国国防部看中了其灵活性和稳定性，认为FWIA可以用于军用地面车辆。

王俊民和他的团队在重达800公斤的实验底盘结构中装载了四台功率为7.5千瓦的无刷直流永磁电机和一个容量为15千瓦时的锂离子电池组。四个车轮通过单根电缆与中央计算机相连，方向盘的驾驶信息，以100Hz的频率收集到每个车轮的加速踏板和制动踏板。

超速驾驶系统

王俊民解释道：“一辆四轮装有轮毂电机的电动汽车可以被视为超速驱动系统。”。“这意味着车轮可以以任何角度自由旋转。”

其目标是制造一个具有高稳定性的控制系统，以确保车辆的安全性和可靠性。此外，他指出，如果不采用电子线控转向系统，测试车辆将很难控制。通过实时预测车辆重心的运动，并与容错自适应控制系统合作，中央计算机将计算每个车轮所需的扭矩。

此外，由于每个车轮都是单独控制的，因此一个车轮可以在其他车轮仍在行驶时制动。计算机计算出最佳行驶速度……

通过驾驶员的方向盘动作和踩下制动踏板来确定车辆的运动模式。

测试结果表明，四轮独立驱动系统在操控方面优于广泛使用的四轮驱动系统（4WD）。单独控制车轮意味着汽车基本上不会甩尾。

经济改善

在测试了四轮独立驱动系统和车辆操控性和稳定性后，王军民团队的研发重点转向了提高电动汽车的能效。在实验中，研究团队使用了三种不同的车轮扭矩分配策略来实现相同的车速，并比较了三种扭矩策略下轮内电机的工作效率差异。

第一种是最常见的扭矩分配方案；第二种策略采用自适应系统；第三种转矩分配方案是基于非线性规则方案。在实验中，研究人员评估了三种策略下车辆的牵引性能、动态响应性能和整体能耗。

后两种方案的能耗低于第一种普通方案。其中，方案3在每个采样周期采用全局优化，能耗最低。

研究团队希望进一步提高系统的容错能力，这样当一个轮毂电机发生故障时，其他轮毂电机就会主动进行补偿。众所周知，组件越多，发生故障的概率就越大。四轮独立驱动系统也是如此。因此，系统的故障检测和诊断是系统最大的技术挑战。传统的反馈控制设计无法正确调整此类系统设备的故障。

尽管目前所有四个车轮都配备轮内电机的控制策略还不完善，但轮内电机技术确实是未来的理想解决方案，这将是实现车辆小型化和轻量化的捷径，而单轮独立驾驶的方式也能带来以往车辆难以具备的驾驶性能和驾驶特性。

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