四轮独立电机驱动线控电动汽车的技术浅析

朱小春、罗钊杰、李颖全

（深圳职业技术学院 518055)

面对能源紧缺和环境污染问题，中国已将电动汽车列为重点发展的新兴战略产业。迫切需要针对当前电动汽车发展过程中出现的共性和关键科学问题开展深入研究，支撑电动汽车技术和产业的发展[1]。近年来，四轮独立电机驱动技术已经成为研究热点，国外学者较早就开展了相关研究，比如日本庆应义塾大学Matsugaura S课题组，推出了交流同步轮毂电机独立驱动的电动轿车KAZ，最高时速达到311 km/h[2]。国内高校近年来也加大了相关研究，比如清华大学和吉林大学等，对轮毂电机、电控及整车性能等方面进行了研究[3-4]。

四轮独立电机驱动线控电动汽车技术，是无人驾驶汽车和智能网联汽车的基础，可显著改善交通安全、实现节能减排并提高交通效率等，对促进汽车产业转型升级具有重大战略意义。

1 四轮独立电机驱动技术介绍

传统四轮驱动汽车（图1），是将发动机产生的动力传递给变速器，然后利用分动器把动力分配给前后传动轴，接着通过传动轴将动力传递给前后差速器，最后传递给与各个差速器相连接的半轴，使4个车轮旋转。传统四轮驱动汽车的问题是，4个轮的驱动力受与地面摩擦力最小轮的限制，需要设置差速锁。

四轮独立电机驱动系统（图2），是利用4个独立控制的电机分别驱动汽车的4个车轮，省掉了离合器、变速器及传动轴等传动环节，传动效率更高，整车质量也得到降低，更便于实现机电一体化。另外，由于动力传动的中间环节减少，传动系统的振动及噪声得到改善，甚至可实现无声行驶。

2 四轮独立电机驱动技术特点

2.1 更方便的底盘布置，更灵活的供电系统

省去了机械传动系统之后，四轮独立电机驱动汽车底盘的布置将更加灵活，使得车内空间更大，底盘的设计也就具有更大的通用性。同时，电动汽车的电源供电系统也更加灵活，无论是采用燃料电池、超级电容或者动力电池，甚至是它们的组合形式，都将更加灵活而不受限制，动力传动形式也由原来的机械硬连接变为只需要电缆就可进行供电的软连接形式。

2.2 更好的汽车底盘主动控制性能

传统汽车的操纵稳定性，主要是通过控制发动机和制动系统来实现对车身动态特性的调节，但发动机和制动系统电磁阀的控制存在延时性，控制会存在一定的滞后。最近，也开发出了新的底盘主动控制方法，像超级全轮驱动技术、限滑差速器技术，但是由于需要增加复杂机械和电控系统，使得成本较高，只有在高端轿车中才会采用。

图1 传统四轮驱动系统结构图

在四轮独立电机驱动形式的电动汽车中，汽车的电动轮是可以独立控制的，汽车底盘的主动控制通过对驱动电机的控制实现。电机控制响应快、精度高，并且每个驱动轮由各自的控制器控制，可以在不增加额外装置的情况下，完成底盘主动控制的功能，实现最理想的控制效果。

2.3 最优的驱动力分配

传统驱动系统中的差速器一般只能实现转矩的平均分配，所以不具有驱动力的主动分配功能。即使是四驱系统，其前后轴的动力分配也是固定的比例，不能调节。因此，驱动力不能按照汽车的实际工况进行调整。而四轮独立电机驱动形式的电动汽车，由于驱动轮的驱动力是可以单独调节的，可以通过分析各轮的转矩效率，选择最经济的驱动方式。同时，四轮独立电机驱动形式的电动汽车，可以通过电液复合制动技术，实现制动能量的回收，提高能量利用效率，节能环保。

图2 四轮独立电机驱动系统结构图

3 线控电动汽车研究平台介绍

四轮独立电机驱动线控电动汽车（图3），每个车轮都配备轮毂驱动电机和电机驱动控制器。该线控电动汽车取消了传统汽车的转向机构、变速器、传动轴和驱动桥等复杂的机械传动部件，汽车的机械结构大大简化[5]。

四轮独立电机驱动线控电动汽车的整车控制系统，共有5个电子控制单元，分别是整车控制器、左前轮驱动控制器、右前轮驱动控制器、左后轮驱动控制器和右后轮驱动控制器。这5个电控单元之间通过CAN总线网络架构实现数据通讯，从而实现真正意义的线控。

图3 四轮独立电机驱动线控电动汽车的实物图

4 结束语

当然，四轮独立电机驱动技术也有其不足之处。第一，如果驱动电机采用轮毂电机，增大了非簧载质量，这会对整车的操控产生一定的不利影响；第二，虽然电子制动可以实现能量回收，但是其制动能力有限，所以仍需要有液压制动系统，因为没有了内燃机，需要附加电动真空泵，这也增加了电量的消耗。但是，四轮独立电机驱动的优势还是比较明显的，也被认为是电动汽车的最终驱动形式。因此，高质量的四轮独立电机驱动产品及其控制系统，已经是国际电气和汽车工程界研究的重要方向。