與內(nèi)燃機(jī)汽車一樣，電動(dòng)汽車全輪驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)從一開(kāi)始就很明顯，并且有可能提供多個(gè)電機(jī)，理想情況下每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪一個(gè)電機(jī)。此類車輛已變得越來(lái)越普遍，但它們繼續(xù)給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)挑戰(zhàn)。

• 控制四電機(jī)電動(dòng)汽車的主要電氣挑戰(zhàn)包括：

• 用于管理單個(gè)車輪扭矩的復(fù)雜扭矩矢量算法

• 布線復(fù)雜性增加

• 在某些情況下，對(duì)電池和控制系統(tǒng)的功率要求可能更高

• 電機(jī)控制精確同步的需求

最后一個(gè)挑戰(zhàn)是由于電機(jī)甚至電機(jī)之間可能存在不均勻的負(fù)載分配，如果不仔細(xì)儀表和控制，實(shí)際上會(huì)相互對(duì)抗。最后，由于電機(jī)控制電路和潛在故障點(diǎn)的數(shù)量增加，因此需要先進(jìn)的故障檢測(cè)和緩解策略。

多電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題是什么？

• 扭矩矢量復(fù)雜性：將扭矩精確地獨(dú)立地分配到每個(gè)車輪需要復(fù)雜的算法來(lái)優(yōu)化牽引力和控性，尤其是在低牽引力條件下，這可能是計(jì)算密集型的。

• 布線復(fù)雜性：管理從四個(gè)或更多電機(jī)到控制單元的電線數(shù)量增加會(huì)增加整體系統(tǒng)的復(fù)雜性、成本和故障點(diǎn)的可能性。

• 電力需求：同時(shí)作多個(gè)電機(jī)對(duì)電池和電力電子設(shè)備提出了更高的要求，需要精心設(shè)計(jì)來(lái)管理電流消耗和散熱。

• 同步問(wèn)題：確保所有四個(gè)電機(jī)以最佳同步運(yùn)行，以避免生澀運(yùn)動(dòng)并保持平穩(wěn)的駕駛體驗(yàn)，這對(duì)于用戶體驗(yàn)和安全至關(guān)重要。當(dāng)面對(duì)路面和駕駛需求的潛在巨大差異時(shí)，它變得具有挑戰(zhàn)性。

• 負(fù)載分布不均：不平坦的路況或駕駛動(dòng)態(tài)會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的負(fù)載分布不均勻，從而可能影響效率和性能。

• 故障檢測(cè)和緩解：隨著電機(jī)控制電路的增加，實(shí)施強(qiáng)大的故障檢測(cè)和緩解系統(tǒng)，甚至故障預(yù)測(cè)對(duì)于確保安全和防止系統(tǒng)故障至關(guān)重要。

四電機(jī)電動(dòng)汽車的潛在好處是什么？

這種設(shè)計(jì)的幾個(gè)明顯好處解釋了為什么許多制造商都朝著這個(gè)方向發(fā)展：

• 增強(qiáng)的控性：精確的扭矩矢量分配可實(shí)現(xiàn)卓越的轉(zhuǎn)彎穩(wěn)定性和敏捷性。

• 提高牽引力：?jiǎn)为?dú)的車輪扭矩控制可以在具有挑戰(zhàn)性的路況下優(yōu)化牽引力。

• 提高性能：具有更高的加速度和改進(jìn)的動(dòng)態(tài)控制的潛力。

扭矩矢量控制涉及哪些問(wèn)題？

扭矩矢量控制是許多挑戰(zhàn)的交匯點(diǎn)，尤其是保持電動(dòng)汽車的效率。

在多電機(jī)電動(dòng)汽車 （EV） 中，“扭矩矢量化”是指利用多個(gè)電機(jī)獨(dú)立控制傳遞給每個(gè)車輪的扭矩的能力，允許通過(guò)改變車輪之間的動(dòng)力分配來(lái)精確調(diào)整控性和穩(wěn)定性，尤其是在轉(zhuǎn)彎時(shí)，顯著提高轉(zhuǎn)向響應(yīng)和轉(zhuǎn)彎敏捷性。

核心概念依賴于擁有多個(gè)電動(dòng)機(jī)，通常每個(gè)車軸一個(gè)電機(jī)，甚至每個(gè)車輪一個(gè)電動(dòng)機(jī)，從而在每個(gè)車輪上實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的扭矩控制。通過(guò)調(diào)整車輪之間的扭矩分配，車輛可以主動(dòng)抵消轉(zhuǎn)向不足或轉(zhuǎn)向過(guò)度的趨勢(shì)，從而提高轉(zhuǎn)彎穩(wěn)定性和響應(yīng)能力。

軟件控制是扭矩矢量分配的核心。扭矩分配由復(fù)雜的車輛控制軟件管理。它在支持實(shí)時(shí)的硬件上執(zhí)行，該硬件分析轉(zhuǎn)向角、車速和路況等輸入，以確定每個(gè)車輪的最佳扭矩分配。

扭矩矢量控制如何工作？

扭矩矢量控制有兩個(gè)主要特征：通過(guò)減少扭矩或再生/摩擦制動(dòng)實(shí)現(xiàn)的輪內(nèi)制動(dòng)，以及偏航力矩控制。

在內(nèi)角輪制動(dòng)時(shí)，在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中，內(nèi)側(cè)車輪可能會(huì)因降低扭矩而略微減慢速度，而外側(cè)車輪則獲得更多扭矩以保持抓地力。雖然傳統(tǒng)的汽車差速器通過(guò)純機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)扭矩傳遞的“平均”，但在多電機(jī)電動(dòng)汽車中，類似或更好的適當(dāng)扭矩傳遞可以通過(guò)傳感器和控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。

同樣，通過(guò)調(diào)整單個(gè)車輪的扭矩，車輛可以產(chǎn)生“偏航力矩”，以主動(dòng)控制車輛圍繞其垂直軸的旋轉(zhuǎn)。偏航力矩控制被認(rèn)為是在劇烈駕駛機(jī)動(dòng)期間控制車輛橫向運(yùn)動(dòng)的一種方式。這與成熟且廣泛使用的電子穩(wěn)定控制 （ESC） 技術(shù)密切相關(guān)，但單個(gè)車輪電機(jī)的控制挑戰(zhàn)和潛在優(yōu)勢(shì)更大。

目前有哪些具有扭矩矢量的多電機(jī) EV 應(yīng)用示例？

這項(xiàng)技術(shù)主要來(lái)自高性能電動(dòng)賽車，這些賽車通常配備四個(gè)獨(dú)立的電機(jī)，每個(gè)車輪一個(gè)，以最大限度地提高轉(zhuǎn)彎性能。特斯拉 Model X Plaid 等量產(chǎn)車使用三電機(jī)系統(tǒng)，Rimac Nevera 超級(jí)跑車每個(gè)車輪使用一個(gè)內(nèi)側(cè)電機(jī)，六輪軒尼詩(shī) Hyper-GT 每個(gè)車輪有一個(gè)電機(jī)（見(jiàn)文章頂部的圖片和下面的軒尼詩(shī)視頻），獨(dú)立控制每個(gè)電機(jī)以實(shí)現(xiàn)高級(jí)扭矩矢量。

構(gòu)建多電機(jī) EV 控制系統(tǒng)面臨哪些挑戰(zhàn)？

“多電機(jī) EV 控制電路”管理和控制多個(gè)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，以提供精確的扭矩分配和增強(qiáng)的牽引力控制。多電機(jī) EV 控制電路的關(guān)鍵方面包括電機(jī)類型，由于其高效率和精確控制能力，通常是無(wú)刷直流 （BLDC） 或永磁同步電機(jī) （PMSM）。

中央控制單元 （MCU） 需要是一個(gè)功能強(qiáng)大的微控制器，可以處理來(lái)自各種傳感器（如車速、輪速、轉(zhuǎn)向角）的輸入，并計(jì)算必要的電機(jī)命令以實(shí)現(xiàn)最佳性能。磁場(chǎng)定向控制 （FOC） 算法實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)磁場(chǎng)的精確調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)精確的扭矩控制和平穩(wěn)運(yùn)行。如前所述，扭矩矢量分配根據(jù)路況和駕駛員輸入獨(dú)立分配扭矩，從而提高控性和穩(wěn)定性。

最后，需要適當(dāng)?shù)耐ㄐ艆f(xié)議來(lái)確保中央控制單元和各個(gè)電機(jī)控制器之間有效和及時(shí)的數(shù)據(jù)交換，從而協(xié)調(diào)整個(gè)車輛的電機(jī)作。

設(shè)計(jì)多電機(jī) EV 控制電路有哪些挑戰(zhàn)？

需要準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)計(jì)算來(lái)優(yōu)化扭矩分配并確保不同駕駛條件之間的平滑過(guò)渡。然后，保持精確的電機(jī)同步對(duì)于避免振動(dòng)和不均勻的功率輸出至關(guān)重要。當(dāng)然，這種能源應(yīng)用意味著管理電機(jī)控制器內(nèi)熱量產(chǎn)生的工程方法不容忽視。

部署單個(gè)車輪電機(jī)的另一個(gè)問(wèn)題是，現(xiàn)代和起亞等公司目前正在開(kāi)發(fā)“車輪內(nèi)”電動(dòng)汽車技術(shù)，其“Uni Wheel”設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是將電機(jī)直接集成到每個(gè)車輪中。據(jù)報(bào)道，其他公司也在探索類似的電動(dòng)汽車輪轂電機(jī)技術(shù)（見(jiàn)圖）。

從許多方面來(lái)看，四電機(jī)電動(dòng)汽車是提供安全且響應(yīng)迅速的車輛的理想安排，但復(fù)雜性使實(shí)施具有挑戰(zhàn)性。[與 R. Srikanth、Sharath S、Suhas R Holla、V Kishore（2016 年 7 月）“電動(dòng)汽車中的單獨(dú)車輪驅(qū)動(dòng)”的圖 2 有關(guān)，國(guó)際電氣、電子和儀器儀表工程高級(jí)研究雜志檔案——根據(jù)知識(shí)共享許可提供]

車輪技術(shù)具有多個(gè)電機(jī)所涉及的所有挑戰(zhàn)，以及潛在的減震問(wèn)題，因?yàn)殡姍C(jī)直接暴露在道路缺陷中。同樣，這種設(shè)計(jì)可能會(huì)增加“簧下重量”，從而在舒適度和控性方面產(chǎn)生不理想的物理效果。

雖然公司積極研究和開(kāi)發(fā)輪轂電機(jī)技術(shù)以及 Uni Wheel 的相關(guān)機(jī)械功能，但它尚未在商業(yè)生產(chǎn)的電動(dòng)汽車中廣泛使用。