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    比亚迪仰望轮边驱动技术有百年历史,为什么没有车企量产?

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    汽车控制逻辑2023-01-07


    一:轮边驱动历史悠久

    轮边驱动的优点很早就有人发现,研究历史超过百年。

    1900年,保时捷就推出了第一辆轮边驱动电动车。(注:纯概念工程状态)

    1968年,通用电气公司将轮毂电机应用在大型矿用自卸车上。

    2005年,通用汽车推出后轮采用轮边驱动系统的燃料电池电动车Sequel底盘系统。(注:纯概念工程状态)

    2009年,清华大学学报刊登了《四轮独立电驱动车辆全轮纵向力优化分配方法》文章,在国内较早研究四轮矢量控制。近20年来,以车辆工程为王牌专业的工科高校,如吉林大学,同济大学,湖南大学,清华大学等,对分布式驱动的各个方面控制理论的研究也一直在做。

    2018年11月,自主品牌华人运通便推出了RE05的工程车,具备四轮毂电机+四轮转向。(注:纯概念工程状态)

    2021年美国电动皮卡制造商Rivian发布 R1四电机版本量产车型,据悉2023年该四电机配置仍无法量产交付。(注:量产发布车型已延迟交付)

    2023年,比亚迪发布易四方平台,正式推出仰望品牌下第一款四轮独立驱动SUV车型仰望U8。

    二:轮边驱动有诸多优点

    轮边驱动系统四轮驱动汽车.与传统机械传动系统相比动力驱动传递由集中式硬连接变为软连接,四轮扭矩完全解耦。整体系统优势非常明显:

    1. 省却了传统的机械换档,离合器,变速器.传动轴和机械差速器等装置,使得驱动系统和整车结构简洁,可利用空间增大,传动效率提高.
    2. 电机旋变对轮速及轮加速度的测量相对传统SCS的霍尔式轮速传感器,有300倍的精度 ,显著提升TCS,ESP 系统的响应.
    3. 各轮扭矩独立可控,响应快捷,正反转灵活,瞬时动力性能更为优越,显著提高了适应恶劣路面条件的行驶能力.

    详见比亚迪仰望发布会回顾视频。

    三:轮边驱动的难点在哪

    四轮独立驱动有大量优点是集中式驱动(单驱动源+差速器)所不能比拟的,而且理论研究基础也非常充分(国内都有仅20年的研究),然而市场上还没有真正量产车型上市,比如特斯拉,Rivian都没有量产车交付。

    这里从汽车工程师角度总结了以下难点,可以解释为什么四轮独立驱动只有试验车,场景有限的商用车。主要是控制稳定性问题,也有性价比考虑。

    对于没有机械差速器的轮边驱动系统而言,原先机械的差速功能,完全依赖电控系统实现。因此主要的难点不在越野驾驶,低附着力驾驶等特殊路况,而在超长里程常规高速驾驶的稳定性、精确性。一旦出错,容易造成车辆失稳。

    第一:中央控制器电机矢量控制目标扭矩的计算

    四轮独立驱动系统,直线行驶及转弯时的,四电机矢量控制目标扭矩F1,F2,F3,F4需要同步、准确的计算,对中央控制器硬件及算法软件运算的鲁棒性要求极高。任何一个扭矩计算出现问题,都可能导致车辆失稳。

    对于前后桥双电机系统(含差速器)而言,前后电机计算出现问题(shutdown),只会有动力上的影响(动力丢失)。

    第二:通讯传递的延时问题

    中央控制器准确计算后,需要通过网络(CANFD或以太网)传递给执行器(电机控制器)。

    四轮矢量控制时,通讯传递的延时会导致前后四电机的实时矢量扭矩控制达不到控制预期,出现失稳(手脚接收到的命令与大脑预期不同步,大脑与手脚不协调)。

    易四方采用以太网作为通讯介质,可以大幅减轻通讯延时,但网络稳定性还需进一步观察。

    第三:电机的精确控制

    因此,在主控制器计算准确,指令传输高速稳定无延时后,剩下的就是电机的响应问题。

    四轮驱动时,要求四电机的实际输出均响应准确,快速

    两轮驱动时,要求双电机系统的输出协同,步调一致。

    达到以上效果,对电机控制的稳定性、响应准确性要求极高。

    比亚迪仰望在前后桥使用一个二合一的控制器进行左右两个电机的控制,预计使用一个主控芯片,给左右电机的协调控制提供了电子层面的硬件保障。

    第四:四电机系统的性价比较低

    前后双电机+差速器的控制系统足够优秀稳定,对于绝大多数厂家而言,没有必要投入大量精力去做四电机系统的量产。

    1. 有差速机械的结构保障,失稳概率极低;
    2. 动力很强可达3s左右跑车级的加速;
    3. 已经具备相当的越野能力,控制成熟;

    四电机系统增加的两个套电机系统:电机+电控+减速器,物料成本上升。且需要专用整车平台去设计匹配

    四电机整体上性价比偏低,需要高端豪华品牌去支撑这个成本,且承担风险。

    后记:

    比亚迪是第一个把四电机独立驱动系统推向量产的中国车企。

    新事物,必然存在风险及大量需要解决的难点,大家需要给比亚迪一点时间。

    或许前路漫漫,比亚迪在技术创新上的勇气值得中国汽车品牌学习。

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