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电动汽车四轮独立驱动技术初探
引言
内燃机汽车自20世纪初出现至今,其自身随人类科技的进步经历了巨大的变革,在这个过程中它也给人类生活和生产带来了巨大方便,为人类社会的进步做出了巨大的贡献,但其自身消耗日益紧缺的石油并产生大量污染物也使人类赖以生存的环境恶化。因此近年来由于环境恶化及能源紧张等问题,迫切需要开发低能耗,无污染的汽车。因此电动汽车成为21世纪汽车技术研究的热点。
混合动力汽车与纯电动汽车是电动汽车研究的两个分支。经过近些年的发展,电动汽车技术日趋成熟,部分产品已进入商业化应用如Toyota Prius。目前,电动汽车传动系统多数在传统内燃机汽车的传动系基础上进行一些改变,进而将电动机及电池等部件加入总布置中。这种布置难以充分发挥电动汽车的优势。为使电动汽车对传统内燃机汽车形成更大的竞争优势,设计出适合电动汽车的底盘系统势在必行。而四轮独立驱动技术则可使电动汽车底盘实现电子化,主动化,大大提高电动汽车的性能。使电动汽车与传统汽车相比具有更强的竞争力。

电动汽车四轮独立驱动系统是利用四个独立控制的电动机分别驱动汽车的四个车轮,车轮之间没有机械传动环节。典型四轮驱动布置型式,其电动机与车轮之间可以是轴式联接也可以将电动机嵌入车轮成为轮式电机,车轮一般带有轮边减速器。这种驱动系统与传统汽车驱动系统相比有以下特点:
1) 传动系统得到减化,整车质量大大减轻。由电动机直接驱动车轮甚至两者集成为一体。这样省掉了离合器、变速器及传动轴等传动环节,传动效率得到提高,也更便于实现机电一体化。传动系质量在汽车整车质量中占有很大比重,机械传动系的消失,使汽车很好的实现了轻量化目标。另外,由于动力传动的中间环节减少,传动系的振动及噪声得到改善。甚至在采用纯电力驱动时,可实现无声行驶。这是美国海军的"RST-V"侦察车及其新一代军用"悍马"汽车采用四轮独立驱动技术的重要原因。
2) 与传统汽车相比,四轮独立驱动系统可通过电动机来完成驱动力的控制而不需要其他附件,容易实现性能更好的、成本更低的牵引力控制系统(TCS)、防抱死制动系统(ABS)及动力学控制系统(VDC)。传统汽车的TCS与ABS系统均须对发动机与制动系进行联合控制才能达到较好性能,由于机械系统的响应较慢,且受制动器,液压管路及电磁阀的延迟等因素影响,传统内燃机汽车的ABS系统与TCS系统的实际时间延迟达50~100ms。限制了TCS系统与ABS系统的性能提高,而且增加能耗。与内燃机相比,无论在加速还是减速,电动机转矩响应都非常快且容易获得其准确值,这对TCS、ABS、VDC系统来说是非常重要的。因此电动机作为ABS、TCS及VDC系统的执行器是非常理想的。
3) 对各车轮采用制动能量回收系统,则可大大提高汽车能量利用效率,且与采用单电动机驱动的电动汽车相比,其能量回收效率也获得显著增加。这对提高电动汽车续驶里程是很重要的。
4) 实现汽车底盘系统的电子化、主动化。现代汽车驱动系统布置分为前驱动、后驱动或全驱动。这两种驱动型式各有优缺点,而且对汽车行驶工况的适应性也不同。如前驱动轿车在高速转向时稳定性好,但在加速时或爬坡时,动力性受载荷转移的影响较大,而后驱动在这方面的性能优于前驱动车,而全轮驱动车的成本较高。汽车采用四轮独立驱动技术后,汽车采用前驱动、后