电动汽车四轮独立驱动技术综述

电动汽车四轮独立驱动技术综述

摘要:在能源与环境得双重压力下，电驱动车辆已经成为当前汽车工业得发展趋势，其中四轮独立驱动技术更就是成为当前相关领域得研究热点.通过对电动汽车四轮独立驱动技术领域得关键技术得描述，如电动轮驱动电机及驱动系统、电子差速控制技术、整车控制技术进行分析,了解与深化对电动汽车得认识。

关键词:电动汽车,驱动电机，电子差速控制,整车控制

０引言

随着能源问题得突显与人们环境保护意识得加强,混合动力汽车(HＥV)、燃料电池汽车（FＣＥV）、纯电动汽车(EV）等新能源汽车已经开始受到越来越多得关注.在这种大背景下,具有无污染、零排放特点得纯电动汽车被公认为就是最具有发展前途得交通工具之一[1].以驱动电机为原动机得电动汽车，在驱动形式得多样性上有较大优势。其中,把电机直接安装在轮毂上,对整车进行驱动得四驱动方式称为四轮独立驱动(Ｆoｕｒ—wheeｌIｎdｅpenｄent Drivｅ），简称

4WD，因其简洁得整车结构、高效传动、以及能借助微控制器实时控制技术直接控制各电动轮实现差速转向与驱动防滑等突出优点，成为电动汽车发展得一个独特方向［２］。目前率先进入到商业运行得电动车辆多就是在传统内燃机汽车底盘结构上进行改造,以中置电机取代发动机作为车辆动力源。由于机械传动系统结构未发生改变，这种形式电动车辆难以充分发挥电机驱动应有得各种技术优势。随着电机技术得发展与线控技术得应用,以轮毂电机为驱动系统得底盘结构成为电动汽车新得发展方向[3］。本文通过对电动汽车四轮独立驱动技术领域得关键技术得描述，如电动轮驱动电机及驱动系统、电子差速控制技术、整车控制技术,了解与深化对电动汽车得认识.

1国内外研究现状

１、1国外电动汽车研究现状

轮毂电机车辆平台自身具有得线传控制特征,使整车布置与控制系统设计具有很大得柔性,这些优势得到了各国汽车厂商与研发机构得认同并都展开了相关得研究.不过受到安全法规得限制,现在与整车安全相关得线控技术还无法应用到量产车型当中。因此，目前对基于轮毂电机平台得线控电动汽车得研究主要还就是处于概念车得开发与实验室研究阶段。

丰田汽车公司从上世纪九十年代末开始进行轮毂电机驱动得纯电动车得开发,重点研究基于传统汽车底盘得轮毂电机电动汽车走向实用化得关键技术，如传统悬架、转向与制动系统等如何改进设计，以适应轮毂电机在车轮上得安装，全新结构得轮毂电机电动汽车得车体结构设计等[4]。

日本Nissaｎ公司分别于20０3年、２００７年与2010年分别推出了Ｐivo １、Piｖo２、Ｐiｖo3三款概念电动汽车。Pｉｖｏ1搭载Niｓｓan自研得高性能锂电池组与电机驱动系统,Pｉvo1具有卓越得可操作性，驾驶舱能够180度旋转，驾驶方便且非常适合城市驾驶。Pivｏ２与Pivｏ3型都借用了第一代得设计理念，不过采用了更加超前得技术。整车采用全线控技术，以四轮轮毂电机为驱动系统，转向系统采用 4 轮独立轮拱设计，具备可实现全新移动模式得“变形系统”。相比Ｐivo２型，Pivo3还加入了取代后视镜得电子监控系统与日产“自动代客泊车”(Automａtｅd Ｖalet Parking）系统。Pivo３一旦停在指定得充电位置上将自动开始充电。

美国通用汽车公司２003年开发了轮毂电机后轮驱动得雪弗兰轻型电动汽车，在2005年北美国际汽车展上又展出新一代轮毂电机驱动得氢燃料电池电动汽车Ｓｅquel,由于驱动电机实时精确控制四个车轮扭矩，进一步提高车辆得稳定性与牵引性能，且有制动能量回收功能[5］.

东京大学Horｉ教授所领导得实验室Hoｒi教授所领导得实验室先后开发了“UＯT Eｌeｃtrｉc Ｍarｃh"与“UOT ElectｒｉｃMaｒch IＩ”两种轮毂电机电动车[4，6］。其中利用轮毂电机力矩响应快速精确、易获得驱动力矩与可单独控制每个车轮驱动力得特点,采用传统转向与悬架系统，实现了四轮独立驱动/制动控制。

东京农工大学永井正夫教授所领导得实验室开发了轮毂电机驱动得NOVE Ｌ-I与NOVEL-Ⅱ微型电动汽车,重点研究了基于模型匹配控制理论得ＤYC 控制策略与线控转向(SBW)得操纵稳定性控制策略[7]。

1、2 国内线控电动车辆研究现状

随着国家在“863”计划在电动汽车重大课题中得推进,国内几个主要得汽车厂商与高校都已经对电动汽车得关键技术展开了深入研究。不过受技术储备不足限制,汽车厂商得研究重点集中在混合动力与中置式纯电动汽车得开发上.对于轮毂电机平台得线控车辆得研究，目前得研发力量主要集中在各大高校中。

同济大学较早展开相关研究,于20０2年、2003年、20０４年相继推出了春晖一号、春晖二号、春晖三号,它们就是四轮驱动燃料电池微型电动汽车，具有斜行，原地转向,四轮转向功能。基于该平台，同济大学重点研究了四轮驱动电动汽车得状态、轮胎侧偏刚度与路面附着系数估算方法［8］。基于这些估计方法对传统转向与悬架结构得电动汽车进行驱动/制动得ＬＱＲ与WＬS控制以提高车辆得稳定性与电机工作效率,达到节能得目得[9］。

清华大学四轮独立驱动电动车研究主要从提高稳定性与改善机动性得目标出发，对全轮纵向力进行优化分配，提高了直接横摆力矩控制下得路面附着潜力

与横摆响应速度,并研究基于电机节能策略得四轮独立电驱动车辆驱动力分配方法,通过优化保证正常驱动状态下整车具有最佳得经济性能[10］。

吉林大学研究了四轮独立驱动电动汽车转弯驱动工况下转矩协调控制方法,改善了车辆得操纵稳定性，并研究利用差动驱动进行助力转向,以提高转向轻便性与路感［11］。

上海交通大学提出基于滑模控制得四轮驱动电动汽车稳定性控制方法，侧偏角与横摆角速度联合控制策略能够将质心侧偏角控制在稳定范围内，并能很好跟踪车辆得期望横摆角速度[12]。

燕山大学提出了四轮独立驱动电动车等转矩与等功率驱动力分配策略。武汉理工大学等提出得电动轮驱动电动车得驱动力R—v 控制策略能够提高汽车操纵性,并有节能得效果［１3].哈尔滨工业大学、上海电驱动等在轮毂电机与电驱动轮开发与产品化方面做了大量研究工作[１４]。

综合上述得研究概况可以瞧出，国外对线控电动车辆得研究得益于汽车厂商得参与与其雄厚得电控技术基础支撑，目前在工程化实现与可靠性上已经取得了一定得成果。而国内得研究起步相对较晚，现在主要还处于实验室研究阶段,只有少部分高校结合自身研究需要搭建了试验样车。

2电动轮驱动电机及驱动系统

电机及驱动系统就是电动汽车动力系统得核心.它由电动机、功率变换器与电子控制器构成。车载电机驱动系统要求运行效率高，启动转矩大,过载能力强，冷却性好,调速范围宽，转速高,体积小，质量小等特性。另外，还有动态制动性能强与能量回馈性能,能在恒转矩与恒功率区工作等要求。

车用电动机主要有直流电机（Direｃt Cｕrreｎt Motor，DCM）、感应电机（IｎdｕctｉoｎMotor，ＩM)、永磁无刷直流电机（Brｕshleｓs DC Motor，BLDＣM）、正弦波永磁同步电机(Pｅrmａnet MagnｅｔＳyｎchromous,PＭＳM) 与开关磁阻电动机（Swｉtchｅd Reluntance Ｍotor，SRM)五种类型［1５]。目前交流感应电机得主要优点就是价格较低、效率高、重量轻,但启动转矩小.永磁同步电机得主要优点就是效率可以比交流感应电机高6个百分点,但价格较贵，永磁材料一般仅耐热１20℃以下。开关磁阻电机结构较新,优点就是结构简单、可靠、成本较低、起动性能好，没有大得冲击电流,它兼有交流感应电机变频调速与直流电机调速得优点，缺点就是噪声较大。

DCM结构简单、技术成熟、成本低，具有交流电动机所不可比拟得优良电磁转矩控制特性.所以直到20世纪80年代中期，仍就是国内外电动汽车用电机得主要研发对象。但DＣM电刷与换向器使得维护性增加,限制转速提高，并且体积与重量较大,应用日益减少，目前仅在一些场地车、旅游观光车与高尔夫球