・学术论坛（ＲＥＳＥＡＲＣＨＦＯＲＵＭＳ）・
文章编号：１００２－４５８１（２００７）０１－００３５－０５
轮毂式电动汽车驱动系统发展综述
王玲珑，黄妙华
ＷＡＮＧＬｉｎｇ－ｌｏｎｇ，ＨＵＡＮＧＭｉａｏ－ｈｕａ
（武汉理工大学汽车工程学院，湖北武汉４３００７０）
摘要：轮毂式电动汽车是直接将电机安装在车轮轮毂内的新型电动汽车。轮毂式电动汽车的关键技术就在于对轮
边电机的控制，特别是转向时的差速控制。文中介绍了轮毂式电动汽车的发展历程，转向电子差速控制和关键技术。
关键词：轮毂电机；差速控制；电动汽车
中图分类号：Ｕ４６９．７２文献标识码：Ａ
１轮毂式电动汽车发展现状
又推出了以锂电池为动力源，采用８个大功率交流同步轮毂电机独立驱动的电动轿车ＫＡＺ。该车轮毂式电动汽车是新兴的一种电动汽车驱动安装了８个车轮，大大增加了该车的动力，从而形式。轮毂式电驱动系统有直接驱动式电动轮和使该车的最高速度可以达到惊人的３１１ｋｍ／ｈ。
带轮边减速器电动轮两种基本形式。它直接将电ＫＡＺ的电动轮系统中采用高转速的高性能内转子机安装在车轮轮毂中，省略了传统的离合器、变型电动机，其峰值功率可达５５ｋＷ，提高了ＫＡＺ速箱、主减速器及差速器等部件，大大简化了整轿车的极限加速能力，使其０￣１００ｋｍ／ｈ加速时车结构，提高了传动效率，并且能通过控制技术间达到８ｓ。为了使电动机输出转速符合车轮的实实现对电动轮的电子差速控制。因而电动轮成为际转速要求，ＫＡＺ的电动轮系统匹配行星齿轮减未来电动汽车的发展方向。
速机构。ＫＡＺ前轮采用盘式制动器，后轮采用鼓目前国际上对轮毂式电动汽车的研究主要以式制动器。２００３年日本丰田汽车公司在东京车展日本为主。日本庆应义塾大学环境信息学部清水上推出的燃料电池概念车ＦＩＮＥ－Ｎ也采用了电动浩教授领导的电动汽车研究小组在过去的十几年轮驱动技术。美国通用汽车公司２００１年试制的中已试制了５种不同形式的样车。其中，１９９１年全新线控４轮驱动燃料电池概念车Ａｕｔｏｎｏｍｙ同
与东京电力公司共同开发的４座电动汽车ＩＺＡ，样也采用电动轮驱动型式，电动轮驱动系统灵活采用Ｎｉ－Ｃｄ电池为动力源，以４个额定功率为
的控制与布置方式，使得该车能更好地实现线控６．８ｋＷ、峰值功率达到２５ｋＷ的外转子式永磁技术。
同步轮毂电机驱动，最高速度可达１７６ｋｍ／ｈ。国内对电动轮驱动方式的研究也取得了一些１９９６年，该小组联合日本国家环境研究所研制了进展。同济大学研制的“春晖”系列燃料电池概采用电动轮驱动系统的后轮驱动电动汽车ＥＣＯ，
念车就采用了４个直流无刷轮毂电机独立驱动的该车的电动轮驱动系统选用永磁直流无刷电动电动轮模块。比亚迪于２００４年在北京车展上展机，额定功率为６．８ｋＷ，峰值功率为２０ｋＷ，出的ＥＴ概念车也采用了电动汽车这种最新驱动并匹配行星齿轮减速机，该电动轮采用机械制动方式：４个轮边电机独立驱动模式。中国科学院与电机再生制动相结合的方式。２００１年，该小组
北京三环通用电气公司研制的电动轿车用直流无
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刷轮毂电机，又称电动车轮。单个电动车轮功率为
速比行星齿轮减速器，使系统具有较大的调速范围和输出转矩，充分发挥驱动电机的调速特性，克服了电机输出转矩和功率受到车轮尺寸影响的问题。设计中主要应考虑解决齿轮的工作噪声和润滑问题，其非簧载质量也比直接驱动式电动轮电驱动系统的大，对电机及系统内部的结构方案设计要求更高。图１为轮边减速器型电动轮示意图。
７．５ｋＷ，电压２６４Ｖ，双后轮直接驱动。中船总公司７２４研究所的４轮电动汽车，其电动机性能指
标为：额定功率３ｋＷ，额定转速３０００ｒ／ｍｉｎ，额定电压为１１０Ｖ。
２电动轮汽车结构分析
电动轮式电驱动系统有直接驱动式电动轮和带轮边减速器电动轮两种基本形式。这取决于是采用低速外转子还是高速内转子电动机。直接驱动式电动汽车采用低速外转子电动机，电动轮与车轮组成一个完整部件总成，采用电子差速方式，电机布置在车轮内部，直接驱动车轮带动汽车行驶。其主要优点就是电机体积小、质量轻和成本低，系统传动效率高，结构紧凑，既利于整车结构布置和车身设计，也便于改型设计。这种
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电动轮直接将外转子安装在车轮的轮辋上驱动车轮转动。然而电动汽车在起步时需要较大的转矩，也就是说安装在直接驱动型电动轮中的电动机必须能在低速时提供大转矩。为了使汽车能够有较好的动力性，电动机还必须具有很宽的转矩和转速调节范围。由于电机工作产生一定的冲击和振动，还要求车轮轮辋和车轮支承必须坚固、可靠，同时由于非簧载质量大，要保证车辆的舒适性，要求对悬架系统弹性元件和阻尼元件进行优化设计，电机输出转矩和功率也受到车轮尺寸的限制，系统成本高。
带轮边减速器电动轮电驱动系统采用高速内转子电动机，能适合现代高性能电动汽车的运行要求。它起源于矿用车的传统电动轮，属于减速驱动类型，这种电动轮允许电动机在高速下运行，通常电动机的最高转速设计在４０００ｒ／ｍｉｎ￣
１转子２行星３太阳轮４齿圈５定子６车轮
图１
轮边减速器型电动轮示意图
３转向差速控制研究
轮边驱动系统没有传统的减速机构和机械式差速器，因而在转向时需考虑对两个轮边电机的转速和转矩进行重新分配来实现差速控制，从而减少汽车转向时轮胎的磨损和滑移，提高汽车行驶稳定性。
３．１电子差速控制模型分析
在车辆低速转弯时，通常采用图２所示的模型分析车辆的转向差速控制。该模型有如下几个假设条件：状态；
（１）车体刚性；（２）车轮纯滚动，即
不考虑已发生滑移、滑转和轮胎离开地面的运行
２００００ｒ／ｍｉｎ之间，其目的是为了能够获得较高
的比功率，而对电动机的其它性能没有特殊要求，因此可以采用普通的内转子高速电动机。减速机构布置在电动机和车轮之间，起到减速和增矩的作用，从而保证电动汽车在低速时能够获得足够大的转矩。电机输出轴通过减速机构与车轮驱动轴连接，使电机轴承不直接承受车轮与路面的载荷作用，改善了轴承的工作条件；采用固定
（３）轮胎侧向变形与侧向力成正比，即不
图２低速行驶汽车转向模型
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考虑轮胎材质与结构上的非线性和因垂直载荷不转弯时后轮的载荷为
同造成的轮胎侧向弹性系数的变化。
ＮＭｘ３＝Ｎｂ－
Ｒ＝
Ｌ
Ｂ（１１）ｔａｎδ
（１）ＮＭｘＲ＝Ｒ－
Ｂ
ｉｎ２（２）４＝Ｎｂ＋
Ｂ
（１２）ＲＢｏｕｔ＝Ｒ＋２
（３）又
Ｆｍｖ２
ａ＝
ｒ（１３）
Ｃｉｎ＝２πＲｉｎ＝２πＲ－πＢ
（４）ｒ＝
Ｃｏｕｔ＝２πＲｏｕｔ＝２πＲ＋πＢ
（５）$Ｌ
２ｔａｎθ
＋Ｃ#
＋ｂ（１４）
轮距
ｋ＝πＢ
△Ｔ
（６）式中ｖ为汽车速度。对轴距
≤０．７的车体和θ＜３０°
的转弯状况，可以ｒ＝Ｌ
ｖｉｎ＝
Ｃｉｎ
△Ｔ＝２Ｒ△Ｔ－πＢ△Ｔ（７）ｓｉｎθ
代替，且误差小于５％。由此可得驱动轮内外侧的载荷比：
ｖＣｏｕｔＲπＢｏｕｔ＝△Ｔ＝２△Ｔ＋
△Ｔ（８）
Ｌ－ｂ
Ｂｇ－ｖ２ｓｉｎ式中：ＣＫ（ｖ，θ）＝
Ｎ３Ｎ４＝２Ｈθ
Ｌ－ｂ
（１５）
ｉｎ、Ｃｏｕｔ分别为内、外侧车轮轨迹圆的圆周长，ｖｉｎ、ｖｏｕｔ分别为内、外侧车轮的旋转线２Ｈ
Ｂｇ＋ｖ２ｓｉｎθ速度（ｍ／ｓ），ｖｃ为后轮平均旋转线速度（ｍ／ｓ），△Ｔ３．２．２对驱动电机的转矩控制
为对应于轨迹一圈所需要的时间。
控制踏板输入相当于转矩控制指令，采用线性调节负反馈的电流控制，从图３的控制框图得３．２改进的电子差速控制方案
出输出特性如式（１６）所示。
改进后的电子差速控制方案在控制车轮转速的基础上以车轮的滑移率为控制目标，以驱动轮的转矩为控制变量，在保证汽车操纵稳定性和平顺性的前提下，当汽车直线行驶时，平均分配两驱动轮的转速和转矩；在汽车转向时，对两侧车轮输入不同的转速和转矩，使两驱动轮的滑移率图３转矩控制图
最低，确保行驶安全性。
３．２．１转向时的离心力对载荷的影响
Ｔｍ＝ＫＫｉｖ－Ｋｅ!ｔ
Ｒ＋Ｋ（１６）
ｆＫ在汽车转向时，离心力产生的侧翻力矩对驱ｉ
动轮垂直载荷较大影响。沿平直道路行驶的汽车式中：Ｒ为电机相电阻，Ｋｔ为转矩系数，Ｋｅ
可认为两后轮垂直载荷相同。如下式：
为电动势系数。
转弯行驶时内外侧轮的转矩差及内外侧轮实ＮＬ－ｂｂ＝２Ｌ
ｍｇ
（９）
际所需转矩分别为：
式中ｂ为质心到后轮的距离，ｍ为汽车质
△Ｔ＝
１－Ｋ（ｖ，θ）
量。
１＋Ｋ（ｖ，θ）Ｔ
ｍ
（１７）转弯时离心力产生的侧翻力矩为
Ｔ３＝Ｔｍ－△Ｔ，Ｔ４＝Ｔｍ＋△Ｔ（１８）
Ｍｘ＝ＦａＨ
（１０）
式中Ｈ为汽车质心到地面的高度。
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４轮毂式电动汽车关键技术
４．１轮毂电机及其控制技术
目前电动轮所用的低速外转子电动机和高速内转子电动机都是径向磁通永磁轮式电机。高速内转子电机的结构与传统的永磁同步电机或无刷直流电机基本相同。电机的最高转速主要受线圈损耗、摩擦损耗以及变速机构的承受能力等因素的限制。外转子轮式永磁电机作为电动汽车直接驱动的执行器，电机采用外转子表面安装ＮｄＦｅＢ磁钢，定子多极少槽结构。外转子结构在车轮直径固定的约束条件下，使电枢直径增加，提高了电机的出力能力；同时，外转子结构使电机散热条件恶化，对长时间过载能力有一定的不利影响。定子采用多极少槽结构，减小体积、简化结构，并有利于产生所需的电势谐波以提高力能指标。永磁转子位置传感器采用磁阻式多极旋转变压器，与电机本体一体化安装，结构紧凑。
电机驱动采用轴角变换技术，使用轴角变换芯片将旋变输出信号变换为数字位置信号，供相电流指令合成电路产生各相的电流指令；相电流指令与电流负反馈信号经电流调节器行。
轮毂式电动汽车一般有２个或４个轮边电机，因而控制技术的关键就是对多个电机实行协调控制。实现电动汽车驱动的关键技术是驱动电机的运行控制，其中包括车辆行驶的稳定性控制、转向差速控制、系统动力性能优化和节能控制等。在稳定性控制中，以牵引控制为主要研究方向，而系统的综合节能策略在电池技术没有足够的技术进步之前，也是相当重要的。为了更好的对车辆进行研究和优化设计，电动汽车的有效数学模型和快速有效的系统运行控制算法也是当今世界各国的攻关热点。
要性能指标是比能量（Ｅ）、能量密度（Ｅｄ）、比功率（Ｐ）、循环寿命（Ｌ）和成本（Ｃ）等。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争，关键就是要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长的高效电池。
到目前为止，电动汽车用电池经过了３代的发展，已取得了突破的进展。第１代是铅酸电池，目前主要是阀控铅酸电池（ＶＲＬＡ），由于其比能量较高、价格低和能高倍率放电，因此是目前唯一能大批量生产的电动汽车用电池。第２代是碱性电池，主要有Ｎｉ－Ｃｄ、Ｎｉ－ＭＨ、Ｎａ－Ｓ、
Ｌｉ－ｉｏｎ和Ｚｎ／Ａｉｒ等多种电池，其比能量和比功率
都比铅酸电池高，因此大大提高了电动汽车的动力性能和续驶里程，但其价格却比铅酸电池高。第３代是以燃料电池为主的电池。燃料电池直接将燃料的化学能转变为电能，能量转变效率高，比能量和比功率都高，并且可以控制反应过程，能量转化过程可以连续进行，因此是理想的汽车用电池，但目前还处于研制阶段，一些关键技术还有待突破。
由于电动汽车的车载能量有限，其行驶里程远远达不到燃油车的水平，能量管理系统的目的就是最大限度地利用有限的车载能量，增加行驶里程。智能能量管理系统采集从各个子系统输入的传感器信息，这些传感器包括车内外气温传感器、充／放电时电源电流和电压传感器、电动机电流和电压传感器、速度和加速度传感器以及车外环境和气候传感器等。能量管理系统能实现以下基本功能：优化系统的能量分配；预测电动汽车电源的剩余能量和还能继续行驶的里程；提供最佳的驾驶模式；再生制动时，合理地调整再生能量；自动调整温度控制方式。智能管理系统如同电动汽车的大脑，同时具有功能多、灵活性好、适应性强的特点，它能智能地利用有限的车载能量。
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（ＣＲ）处
理，控制ＳＰＷＭ型逆变功率电路，驱动电机运
５结论
本文介绍了轮毂式电动汽车发展现状及结构特点，说明了轮毂式电动汽车的转向控制模型及其关键技术。与传统电动汽车相比，轮毂式电动汽车的整车结构、传动效率、动力性能、续驶里
（下转第４１页）
４．２能源及能量管理系统
电池是电动汽车的动力源泉，也是一直制约电动汽车发展的关键因素。电动汽车用电池的主
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全符合ＧＡ３０７－２００１标准的燃料电池型酒精测试仪，否则被执法或被处罚者如果提出异议，将会４结束语
造成不必要的法律麻烦。
本文对多种呼气式酒精测试仪的技术性能、酒精测试仪用的吹管是一个容易被忽视的问实际应用以及诸多相关问题做了综述和分析，希题。ＧＡ３０７－２００１标准对吹管也作了规定。吹管望能够对相关警务部门在正确评价和选择呼气式虽小，但对保证检测精度非常重要。被测者口含酒精测试仪时有所借鉴和帮助。
吹管呼气，进入吹管的气体几乎全部是被测者呼出的气体。如果从一个喇叭口送入气体，被测者参考文献
不接触喇叭口而对喇叭口吹气，根据流体力学的［１］岳睿．警用呼气式酒精传感器的研究进展［Ｊ］，化学传
原理，气体流动时压力减小，这就把周围的空气感器，２００６，３．
一起带进仪器内（喷雾器就是根据这个原理制成［２］王化祥．传感器原理及应用［Ｍ］，天津：天津大学出的），相当于把呼气中的酒精浓度稀释了，检测版社，１９９２．
到的酒精浓度就会比被测者实际的呼气酒精浓度［５］岳睿，王小强，等．自感式传感器零点残余电压的消除［Ｊ］，电气开关，２００６，４４（６）：２２－２７．
低，这显然是不能容许的。另一个必须注意的是［６］中华人民共和国公安部安全行业标准ＧＡ３０７－２００１呼出吹管一定要是单向性的，在吹气的时候才能进行气体酒精含量探测器［Ｓ］．
检测，吸气时不能进行检测，因为吸气时吹管中［７］万吉高，张国庆．燃料电池型酒精传感器的制备［Ｊ］，的气体不来自人体，检测的结果自然不能反映人贵金属，２００４，９．
体内的酒精含量。在选择警用酒精测试仪时必须［８］张志勇，王雪文．传感器原理及应用［Ｍ］，北京航空航天大学出版社，２００４，３．
注意这个问题。
收稿日期：２００６－０７－２５
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
（上接第３８页）
程等都具有非常明显的优势，是未来电动汽车的ｌ，２０００．
发展方向。目前，对低质量、高功率的轮毂电机［３］葛英辉，倪光正．新的轮式驱动电动车电子差速控制算的研究仍是热点。同时，轮毂式电动汽车转向、法的研究［Ｊ］．汽车工程，２００５，３．
驱动、制动时对电机转矩与转速的控制是未来研［４］葛英辉，倪光正．新型电动车电子差速控制策略研究［Ｊ］．浙江大学学报（工学版），２００５，１２．
究的重点和难点。
［５］宋佑川，金国栋．电动轮的类型与特点［Ｊ］．城市公共交通，２００４，４．
参考文献
［６］葛英辉，等．新的轮毂电机驱动电动车电子差速控制系［１］ＫａｔｓｕｈｉｋｏＫａｍｉｙａ，ＪｕｎｉｃｈｉＯｋｕｓｅ，ＫａｚｕｆｕｍｉＯｏｉｓｈｉ，ｅｔａｌ．
统研究［Ｊ］．中小型电机，２００３，６．
ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＩｎ－ＷｈｅｅｌＭｏｔｏｒＳｙｓｔｅｍｆｏｒＭｉｃｒｏＥＶ：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ［７］宋佑川．新一代电动汽车中电动轮设计方法的研究．［Ｄ］ｏｆｔｈｅ１８ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅＳｙｍｐｏｓｉｕｍ．Ｂｅｒｌｉｎ，Ｇｅｒ－武汉：华中科技大学，２００４．
ｍａｎｙ．２００１．
［８］赵辉，等．
电动汽车用轮式永磁电机驱动系统的研究
［２］Ｊｕ－ＳａｎｇＬｅｅ，Ｙｏｕｎｇ－ＪａｅＲｙｏｏ，Ｙｏｕｎｇ－ＣｈｅｏｌＬｉｍｅｔｃ．Ａ
［Ｊ］．电工技能新技术，２０００．２．
ｎｅｕｒａｌＮｅｔｗｏｒｋＭｏｄｅｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＳｙｓｔｅｍｆｏｒＥｌｅｃｔｒｉｃ［９］陈清泉，等．现代电动汽车技术［Ｍ］．北京：北京理工Ｖｅｈｉｃｌｅ．ＩＥＥＥＩｎｄｕ．ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＳｏｃｉｅｔｙ，２６Ａｎｎｕ－ａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｖｏｌ．
大学出版社，２００２．
收稿日期：２００６－０９－１１
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轮毂式电动汽车驱动系统发展综述
王玲珑，黄妙华
ＷＡＮＧＬｉｎｇ－ｌｏｎｇ，ＨＵＡＮＧＭｉａｏ－ｈｕａ
（武汉理工大学汽车工程学院，湖北武汉４３００７０）
摘要：轮毂式电动汽车是直接将电机安装在车轮轮毂内的新型电动汽车。轮毂式电动汽车的关键技术就在于对轮
边电机的控制，特别是转向时的差速控制。文中介绍了轮毂式电动汽车的发展历程，转向电子差速控制和关键技术。
关键词：轮毂电机；差速控制；电动汽车
中图分类号：Ｕ４６９．７２文献标识码：Ａ
１轮毂式电动汽车发展现状
又推出了以锂电池为动力源，采用８个大功率交流同步轮毂电机独立驱动的电动轿车ＫＡＺ。该车轮毂式电动汽车是新兴的一种电动汽车驱动安装了８个车轮，大大增加了该车的动力，从而形式。轮毂式电驱动系统有直接驱动式电动轮和使该车的最高速度可以达到惊人的３１１ｋｍ／ｈ。
带轮边减速器电动轮两种基本形式。它直接将电ＫＡＺ的电动轮系统中采用高转速的高性能内转子机安装在车轮轮毂中，省略了传统的离合器、变型电动机，其峰值功率可达５５ｋＷ，提高了ＫＡＺ速箱、主减速器及差速器等部件，大大简化了整轿车的极限加速能力，使其０￣１００ｋｍ／ｈ加速时车结构，提高了传动效率，并且能通过控制技术间达到８ｓ。为了使电动机输出转速符合车轮的实实现对电动轮的电子差速控制。因而电动轮成为际转速要求，ＫＡＺ的电动轮系统匹配行星齿轮减未来电动汽车的发展方向。
速机构。ＫＡＺ前轮采用盘式制动器，后轮采用鼓目前国际上对轮毂式电动汽车的研究主要以式制动器。２００３年日本丰田汽车公司在东京车展日本为主。日本庆应义塾大学环境信息学部清水上推出的燃料电池概念车ＦＩＮＥ－Ｎ也采用了电动浩教授领导的电动汽车研究小组在过去的十几年轮驱动技术。美国通用汽车公司２００１年试制的中已试制了５种不同形式的样车。其中，１９９１年全新线控４轮驱动燃料电池概念车Ａｕｔｏｎｏｍｙ同
与东京电力公司共同开发的４座电动汽车ＩＺＡ，样也采用电动轮驱动型式，电动轮驱动系统灵活采用Ｎｉ－Ｃｄ电池为动力源，以４个额定功率为
的控制与布置方式，使得该车能更好地实现线控６．８ｋＷ、峰值功率达到２５ｋＷ的外转子式永磁技术。
同步轮毂电机驱动，最高速度可达１７６ｋｍ／ｈ。国内对电动轮驱动方式的研究也取得了一些１９９６年，该小组联合日本国家环境研究所研制了进展。同济大学研制的“春晖”系列燃料电池概采用电动轮驱动系统的后轮驱动电动汽车ＥＣＯ，
念车就采用了４个直流无刷轮毂电机独立驱动的该车的电动轮驱动系统选用永磁直流无刷电动电动轮模块。比亚迪于２００４年在北京车展上展机，额定功率为６．８ｋＷ，峰值功率为２０ｋＷ，出的ＥＴ概念车也采用了电动汽车这种最新驱动并匹配行星齿轮减速机，该电动轮采用机械制动方式：４个轮边电机独立驱动模式。中国科学院与电机再生制动相结合的方式。２００１年，该小组
北京三环通用电气公司研制的电动轿车用直流无
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刷轮毂电机，又称电动车轮。单个电动车轮功率为
速比行星齿轮减速器，使系统具有较大的调速范围和输出转矩，充分发挥驱动电机的调速特性，克服了电机输出转矩和功率受到车轮尺寸影响的问题。设计中主要应考虑解决齿轮的工作噪声和润滑问题，其非簧载质量也比直接驱动式电动轮电驱动系统的大，对电机及系统内部的结构方案设计要求更高。图１为轮边减速器型电动轮示意图。
７．５ｋＷ，电压２６４Ｖ，双后轮直接驱动。中船总公司７２４研究所的４轮电动汽车，其电动机性能指
标为：额定功率３ｋＷ，额定转速３０００ｒ／ｍｉｎ，额定电压为１１０Ｖ。
２电动轮汽车结构分析
电动轮式电驱动系统有直接驱动式电动轮和带轮边减速器电动轮两种基本形式。这取决于是采用低速外转子还是高速内转子电动机。直接驱动式电动汽车采用低速外转子电动机，电动轮与车轮组成一个完整部件总成，采用电子差速方式，电机布置在车轮内部，直接驱动车轮带动汽车行驶。其主要优点就是电机体积小、质量轻和成本低，系统传动效率高，结构紧凑，既利于整车结构布置和车身设计，也便于改型设计。这种
北京汽车
电动轮直接将外转子安装在车轮的轮辋上驱动车轮转动。然而电动汽车在起步时需要较大的转矩，也就是说安装在直接驱动型电动轮中的电动机必须能在低速时提供大转矩。为了使汽车能够有较好的动力性，电动机还必须具有很宽的转矩和转速调节范围。由于电机工作产生一定的冲击和振动，还要求车轮轮辋和车轮支承必须坚固、可靠，同时由于非簧载质量大，要保证车辆的舒适性，要求对悬架系统弹性元件和阻尼元件进行优化设计，电机输出转矩和功率也受到车轮尺寸的限制，系统成本高。
带轮边减速器电动轮电驱动系统采用高速内转子电动机，能适合现代高性能电动汽车的运行要求。它起源于矿用车的传统电动轮，属于减速驱动类型，这种电动轮允许电动机在高速下运行，通常电动机的最高转速设计在４０００ｒ／ｍｉｎ￣
１转子２行星３太阳轮４齿圈５定子６车轮
图１
轮边减速器型电动轮示意图
３转向差速控制研究
轮边驱动系统没有传统的减速机构和机械式差速器，因而在转向时需考虑对两个轮边电机的转速和转矩进行重新分配来实现差速控制，从而减少汽车转向时轮胎的磨损和滑移，提高汽车行驶稳定性。
３．１电子差速控制模型分析
在车辆低速转弯时，通常采用图２所示的模型分析车辆的转向差速控制。该模型有如下几个假设条件：状态；
（１）车体刚性；（２）车轮纯滚动，即
不考虑已发生滑移、滑转和轮胎离开地面的运行
２００００ｒ／ｍｉｎ之间，其目的是为了能够获得较高
的比功率，而对电动机的其它性能没有特殊要求，因此可以采用普通的内转子高速电动机。减速机构布置在电动机和车轮之间，起到减速和增矩的作用，从而保证电动汽车在低速时能够获得足够大的转矩。电机输出轴通过减速机构与车轮驱动轴连接，使电机轴承不直接承受车轮与路面的载荷作用，改善了轴承的工作条件；采用固定
（３）轮胎侧向变形与侧向力成正比，即不
图２低速行驶汽车转向模型
・３６・
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考虑轮胎材质与结构上的非线性和因垂直载荷不转弯时后轮的载荷为
同造成的轮胎侧向弹性系数的变化。
ＮＭｘ３＝Ｎｂ－
Ｒ＝
Ｌ
Ｂ（１１）ｔａｎδ
（１）ＮＭｘＲ＝Ｒ－
Ｂ
ｉｎ２（２）４＝Ｎｂ＋
Ｂ
（１２）ＲＢｏｕｔ＝Ｒ＋２
（３）又
Ｆｍｖ２
ａ＝
ｒ（１３）
Ｃｉｎ＝２πＲｉｎ＝２πＲ－πＢ
（４）ｒ＝
Ｃｏｕｔ＝２πＲｏｕｔ＝２πＲ＋πＢ
（５）$Ｌ
２ｔａｎθ
＋Ｃ#
＋ｂ（１４）
轮距
ｋ＝πＢ
△Ｔ
（６）式中ｖ为汽车速度。对轴距
≤０．７的车体和θ＜３０°
的转弯状况，可以ｒ＝Ｌ
ｖｉｎ＝
Ｃｉｎ
△Ｔ＝２Ｒ△Ｔ－πＢ△Ｔ（７）ｓｉｎθ
代替，且误差小于５％。由此可得驱动轮内外侧的载荷比：
ｖＣｏｕｔＲπＢｏｕｔ＝△Ｔ＝２△Ｔ＋
△Ｔ（８）
Ｌ－ｂ
Ｂｇ－ｖ２ｓｉｎ式中：ＣＫ（ｖ，θ）＝
Ｎ３Ｎ４＝２Ｈθ
Ｌ－ｂ
（１５）
ｉｎ、Ｃｏｕｔ分别为内、外侧车轮轨迹圆的圆周长，ｖｉｎ、ｖｏｕｔ分别为内、外侧车轮的旋转线２Ｈ
Ｂｇ＋ｖ２ｓｉｎθ速度（ｍ／ｓ），ｖｃ为后轮平均旋转线速度（ｍ／ｓ），△Ｔ３．２．２对驱动电机的转矩控制
为对应于轨迹一圈所需要的时间。
控制踏板输入相当于转矩控制指令，采用线性调节负反馈的电流控制，从图３的控制框图得３．２改进的电子差速控制方案
出输出特性如式（１６）所示。
改进后的电子差速控制方案在控制车轮转速的基础上以车轮的滑移率为控制目标，以驱动轮的转矩为控制变量，在保证汽车操纵稳定性和平顺性的前提下，当汽车直线行驶时，平均分配两驱动轮的转速和转矩；在汽车转向时，对两侧车轮输入不同的转速和转矩，使两驱动轮的滑移率图３转矩控制图
最低，确保行驶安全性。
３．２．１转向时的离心力对载荷的影响
Ｔｍ＝ＫＫｉｖ－Ｋｅ!ｔ
Ｒ＋Ｋ（１６）
ｆＫ在汽车转向时，离心力产生的侧翻力矩对驱ｉ
动轮垂直载荷较大影响。沿平直道路行驶的汽车式中：Ｒ为电机相电阻，Ｋｔ为转矩系数，Ｋｅ
可认为两后轮垂直载荷相同。如下式：
为电动势系数。
转弯行驶时内外侧轮的转矩差及内外侧轮实ＮＬ－ｂｂ＝２Ｌ
ｍｇ
（９）
际所需转矩分别为：
式中ｂ为质心到后轮的距离，ｍ为汽车质
△Ｔ＝
１－Ｋ（ｖ，θ）
量。
１＋Ｋ（ｖ，θ）Ｔ
ｍ
（１７）转弯时离心力产生的侧翻力矩为
Ｔ３＝Ｔｍ－△Ｔ，Ｔ４＝Ｔｍ＋△Ｔ（１８）
Ｍｘ＝ＦａＨ
（１０）
式中Ｈ为汽车质心到地面的高度。
《北京汽车》２００７．Ｎｏ．１
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北京汽车
・学术论坛（ＲＥＳＥＡＲＣＨＦＯＲＵＭＳ）・
４轮毂式电动汽车关键技术
４．１轮毂电机及其控制技术
目前电动轮所用的低速外转子电动机和高速内转子电动机都是径向磁通永磁轮式电机。高速内转子电机的结构与传统的永磁同步电机或无刷直流电机基本相同。电机的最高转速主要受线圈损耗、摩擦损耗以及变速机构的承受能力等因素的限制。外转子轮式永磁电机作为电动汽车直接驱动的执行器，电机采用外转子表面安装ＮｄＦｅＢ磁钢，定子多极少槽结构。外转子结构在车轮直径固定的约束条件下，使电枢直径增加，提高了电机的出力能力；同时，外转子结构使电机散热条件恶化，对长时间过载能力有一定的不利影响。定子采用多极少槽结构，减小体积、简化结构，并有利于产生所需的电势谐波以提高力能指标。永磁转子位置传感器采用磁阻式多极旋转变压器，与电机本体一体化安装，结构紧凑。
电机驱动采用轴角变换技术，使用轴角变换芯片将旋变输出信号变换为数字位置信号，供相电流指令合成电路产生各相的电流指令；相电流指令与电流负反馈信号经电流调节器行。
轮毂式电动汽车一般有２个或４个轮边电机，因而控制技术的关键就是对多个电机实行协调控制。实现电动汽车驱动的关键技术是驱动电机的运行控制，其中包括车辆行驶的稳定性控制、转向差速控制、系统动力性能优化和节能控制等。在稳定性控制中，以牵引控制为主要研究方向，而系统的综合节能策略在电池技术没有足够的技术进步之前，也是相当重要的。为了更好的对车辆进行研究和优化设计，电动汽车的有效数学模型和快速有效的系统运行控制算法也是当今世界各国的攻关热点。
要性能指标是比能量（Ｅ）、能量密度（Ｅｄ）、比功率（Ｐ）、循环寿命（Ｌ）和成本（Ｃ）等。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争，关键就是要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长的高效电池。
到目前为止，电动汽车用电池经过了３代的发展，已取得了突破的进展。第１代是铅酸电池，目前主要是阀控铅酸电池（ＶＲＬＡ），由于其比能量较高、价格低和能高倍率放电，因此是目前唯一能大批量生产的电动汽车用电池。第２代是碱性电池，主要有Ｎｉ－Ｃｄ、Ｎｉ－ＭＨ、Ｎａ－Ｓ、
Ｌｉ－ｉｏｎ和Ｚｎ／Ａｉｒ等多种电池，其比能量和比功率
都比铅酸电池高，因此大大提高了电动汽车的动力性能和续驶里程，但其价格却比铅酸电池高。第３代是以燃料电池为主的电池。燃料电池直接将燃料的化学能转变为电能，能量转变效率高，比能量和比功率都高，并且可以控制反应过程，能量转化过程可以连续进行，因此是理想的汽车用电池，但目前还处于研制阶段，一些关键技术还有待突破。
由于电动汽车的车载能量有限，其行驶里程远远达不到燃油车的水平，能量管理系统的目的就是最大限度地利用有限的车载能量，增加行驶里程。智能能量管理系统采集从各个子系统输入的传感器信息，这些传感器包括车内外气温传感器、充／放电时电源电流和电压传感器、电动机电流和电压传感器、速度和加速度传感器以及车外环境和气候传感器等。能量管理系统能实现以下基本功能：优化系统的能量分配；预测电动汽车电源的剩余能量和还能继续行驶的里程；提供最佳的驾驶模式；再生制动时，合理地调整再生能量；自动调整温度控制方式。智能管理系统如同电动汽车的大脑，同时具有功能多、灵活性好、适应性强的特点，它能智能地利用有限的车载能量。
北京汽车
（ＣＲ）处
理，控制ＳＰＷＭ型逆变功率电路，驱动电机运
５结论
本文介绍了轮毂式电动汽车发展现状及结构特点，说明了轮毂式电动汽车的转向控制模型及其关键技术。与传统电动汽车相比，轮毂式电动汽车的整车结构、传动效率、动力性能、续驶里
（下转第４１页）
４．２能源及能量管理系统
电池是电动汽车的动力源泉，也是一直制约电动汽车发展的关键因素。电动汽车用电池的主
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全符合ＧＡ３０７－２００１标准的燃料电池型酒精测试仪，否则被执法或被处罚者如果提出异议，将会４结束语
造成不必要的法律麻烦。
本文对多种呼气式酒精测试仪的技术性能、酒精测试仪用的吹管是一个容易被忽视的问实际应用以及诸多相关问题做了综述和分析，希题。ＧＡ３０７－２００１标准对吹管也作了规定。吹管望能够对相关警务部门在正确评价和选择呼气式虽小，但对保证检测精度非常重要。被测者口含酒精测试仪时有所借鉴和帮助。
吹管呼气，进入吹管的气体几乎全部是被测者呼出的气体。如果从一个喇叭口送入气体，被测者参考文献
不接触喇叭口而对喇叭口吹气，根据流体力学的［１］岳睿．警用呼气式酒精传感器的研究进展［Ｊ］，化学传
原理，气体流动时压力减小，这就把周围的空气感器，２００６，３．
一起带进仪器内（喷雾器就是根据这个原理制成［２］王化祥．传感器原理及应用［Ｍ］，天津：天津大学出的），相当于把呼气中的酒精浓度稀释了，检测版社，１９９２．
到的酒精浓度就会比被测者实际的呼气酒精浓度［５］岳睿，王小强，等．自感式传感器零点残余电压的消除［Ｊ］，电气开关，２００６，４４（６）：２２－２７．
低，这显然是不能容许的。另一个必须注意的是［６］中华人民共和国公安部安全行业标准ＧＡ３０７－２００１呼出吹管一定要是单向性的，在吹气的时候才能进行气体酒精含量探测器［Ｓ］．
检测，吸气时不能进行检测，因为吸气时吹管中［７］万吉高，张国庆．燃料电池型酒精传感器的制备［Ｊ］，的气体不来自人体，检测的结果自然不能反映人贵金属，２００４，９．
体内的酒精含量。在选择警用酒精测试仪时必须［８］张志勇，王雪文．传感器原理及应用［Ｍ］，北京航空航天大学出版社，２００４，３．
注意这个问题。
收稿日期：２００６－０７－２５
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（上接第３８页）
程等都具有非常明显的优势，是未来电动汽车的ｌ，２０００．
发展方向。目前，对低质量、高功率的轮毂电机［３］葛英辉，倪光正．新的轮式驱动电动车电子差速控制算的研究仍是热点。同时，轮毂式电动汽车转向、法的研究［Ｊ］．汽车工程，２００５，３．
驱动、制动时对电机转矩与转速的控制是未来研［４］葛英辉，倪光正．新型电动车电子差速控制策略研究［Ｊ］．浙江大学学报（工学版），２００５，１２．
究的重点和难点。
［５］宋佑川，金国栋．电动轮的类型与特点［Ｊ］．城市公共交通，２００４，４．
参考文献
［６］葛英辉，等．新的轮毂电机驱动电动车电子差速控制系［１］ＫａｔｓｕｈｉｋｏＫａｍｉｙａ，ＪｕｎｉｃｈｉＯｋｕｓｅ，ＫａｚｕｆｕｍｉＯｏｉｓｈｉ，ｅｔａｌ．
统研究［Ｊ］．中小型电机，２００３，６．
ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＩｎ－ＷｈｅｅｌＭｏｔｏｒＳｙｓｔｅｍｆｏｒＭｉｃｒｏＥＶ：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ［７］宋佑川．新一代电动汽车中电动轮设计方法的研究．［Ｄ］ｏｆｔｈｅ１８ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅＳｙｍｐｏｓｉｕｍ．Ｂｅｒｌｉｎ，Ｇｅｒ－武汉：华中科技大学，２００４．
ｍａｎｙ．２００１．
［８］赵辉，等．
电动汽车用轮式永磁电机驱动系统的研究
［２］Ｊｕ－ＳａｎｇＬｅｅ，Ｙｏｕｎｇ－ＪａｅＲｙｏｏ，Ｙｏｕｎｇ－ＣｈｅｏｌＬｉｍｅｔｃ．Ａ
［Ｊ］．电工技能新技术，２０００．２．
ｎｅｕｒａｌＮｅｔｗｏｒｋＭｏｄｅｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＳｙｓｔｅｍｆｏｒＥｌｅｃｔｒｉｃ［９］陈清泉，等．现代电动汽车技术［Ｍ］．北京：北京理工Ｖｅｈｉｃｌｅ．ＩＥＥＥＩｎｄｕ．ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＳｏｃｉｅｔｙ，２６Ａｎｎｕ－ａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｖｏｌ．
大学出版社，２００２．
收稿日期：２００６－０９－１１
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北京汽车