摘 要：綜合汽車、電機(jī)、控制、交通及其技術(shù)經(jīng)濟(jì)多學(xué)科的五大理論，經(jīng)完備的深入分析研究。提出了可極大提高電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)和轉(zhuǎn)向三大執(zhí)行機(jī)構(gòu)快速響應(yīng)性及其性價(jià)比，和基于四大基礎(chǔ)部件的電動(dòng)汽車最佳結(jié)構(gòu)的五項(xiàng)發(fā)明專利；優(yōu)化電動(dòng)汽車性能和交通管理來(lái)綜合解決汽車引起的能源危機(jī)、環(huán)境污染、交通事故、道路擁堵四大負(fù)面效應(yīng)；結(jié)合國(guó)情和現(xiàn)有技術(shù)分析了適于普及的節(jié)源環(huán)保型電動(dòng)微轎車，提出盡快商品化的研發(fā)模式。為此需整合重組新汽車產(chǎn)業(yè)鏈通過(guò)聯(lián)合協(xié)作攻關(guān)以趕超世界領(lǐng)先，從而帶動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)騰飛，以此振興中華。
關(guān)鍵詞：五大理論 快速響應(yīng) 最佳結(jié)構(gòu) 節(jié)源環(huán)保 電動(dòng)微轎車 新產(chǎn)業(yè)鏈
1引言
電動(dòng)汽車是節(jié)能環(huán)保的未來(lái)汽車已被世界所公認(rèn)。盡管各國(guó)投入了大量人力、物力，并為此也推出許多相應(yīng)政策，但其性價(jià)比及實(shí)用性還遲遲未能被廣大民眾所接受，其原因值得分析。
2研發(fā)電動(dòng)汽車需用更完備的理論為基礎(chǔ)
作為新興的機(jī)電一體化電動(dòng)汽車的研發(fā)除了運(yùn)用傳統(tǒng)汽車?yán)碚?/span>--車輛動(dòng)力學(xué)、更應(yīng)以電機(jī)拖動(dòng)理論及其控制理論為基礎(chǔ)，并還需遵循交通管理理論以及技術(shù)與市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)須互為促進(jìn)的規(guī)律。
電動(dòng)汽車的最大不同點(diǎn)是以電機(jī)驅(qū)動(dòng)為動(dòng)力源，所以須按電機(jī)拖動(dòng)理論來(lái)分析比較各類電機(jī)的負(fù)載特性，結(jié)合汽車多變行駛工況的各種特性要求，找出最適合的電機(jī)類型和最佳的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，以充分發(fā)揮電動(dòng)汽車用電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的各種應(yīng)有技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
由于電機(jī)控制及改善整車性能的要求，按控制理論分析，須提高汽車驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)和轉(zhuǎn)向三大執(zhí)行機(jī)構(gòu)的快速響應(yīng)性，利用當(dāng)今迅猛發(fā)展的微電子等技術(shù)，通過(guò)檢測(cè)反饋、微機(jī)運(yùn)算控制來(lái)準(zhǔn)確及時(shí)調(diào)整各車輪的驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力、轉(zhuǎn)向角，以極大提高整車的操控性、穩(wěn)定性和安全性。
為使汽車應(yīng)有的高效、便捷功能真正得以發(fā)揮，必須以交通暢通為前提。根據(jù)我國(guó)城市人均交通資源特為緊缺，按交通管理理論分析，還需從提高交通資源利用率來(lái)考慮車型。
按技術(shù)經(jīng)濟(jì)理論，產(chǎn)品發(fā)展須遵循技術(shù)與市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)互為促進(jìn)，循環(huán)同步發(fā)展的規(guī)律。而技術(shù)的提高還需先易后難、循序漸進(jìn)，所以電動(dòng)汽車研發(fā)也應(yīng)先揚(yáng)長(zhǎng)避短地繞其瓶頸口，按現(xiàn)有技術(shù)和國(guó)情找出可使其盡快普及商品化的突破口，再按技術(shù)進(jìn)步來(lái)解決其瓶頸問(wèn)題以利高效有序發(fā)展。
完備的理論是制勝的法寶或必要前提�？偨Y(jié)多年來(lái)的經(jīng)驗(yàn)，綜合應(yīng)用各相關(guān)理論，結(jié)合實(shí)際，全面深入分析未來(lái)電動(dòng)汽車應(yīng)有的最佳結(jié)構(gòu)和研發(fā)模式，將使當(dāng)前開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車盡早走出困境，盡快向民眾普及推廣，并使我國(guó)在該領(lǐng)域能快速趕超世界領(lǐng)先，這正是本文所研討的最終目標(biāo)。上述所涉及的五大理論在具體應(yīng)用中也互為關(guān)聯(lián)而影響，現(xiàn)就此展開(kāi)分析研討如下。
2.1按控制理論分析提高汽車三大執(zhí)行機(jī)構(gòu)快速響應(yīng)性是改善其性能的關(guān)鍵
根據(jù)控制理論分析整個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)中每一環(huán)節(jié)的時(shí)間響應(yīng)均是決定系統(tǒng)穩(wěn)定及其性能指標(biāo)的重要參數(shù)，通常一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)應(yīng)包含傳感測(cè)量、計(jì)算控制、執(zhí)行機(jī)構(gòu)三大環(huán)節(jié)。隨著電子、傳感、微機(jī)控制技術(shù)發(fā)展，前兩個(gè)環(huán)節(jié)以電子傳輸速度使響應(yīng)均較快，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)往往制約了整個(gè)系統(tǒng)的性能指標(biāo)，并隨所采用的機(jī)械、液壓、電機(jī)執(zhí)行裝置不同，動(dòng)態(tài)響應(yīng)也將相差許多。
以汽車巡航控制所用發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)兩種調(diào)速系統(tǒng)比較為例：發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)需通過(guò)控制節(jié)氣門來(lái)調(diào)節(jié)其噴油量，并經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)燃爆→曲軸連桿→飛輪→變速箱→萬(wàn)向節(jié)→驅(qū)動(dòng)橋及其差速器等多個(gè)環(huán)節(jié)才能傳輸至車輪；而電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)直接控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流的電壓或頻率既能實(shí)現(xiàn)。所日本專家指出發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)的調(diào)速動(dòng)態(tài)響應(yīng)要相差2個(gè)數(shù)量級(jí)。而電動(dòng)汽車若采用“零傳動(dòng)”方式的輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可控車速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)還要快，即能高于數(shù)百倍。由于傳統(tǒng)汽車巡航控制的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速響應(yīng)時(shí)間要比傳感測(cè)量與計(jì)算控制慢幾個(gè)數(shù)量級(jí)，為確保整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定，即使車速不產(chǎn)生忽高忽低的震蕩，俗稱“游車”現(xiàn)象，只能降低穩(wěn)態(tài)精度即調(diào)速誤差和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能等，按控制理論說(shuō)即需增加滯后校正環(huán)節(jié)來(lái)確保系統(tǒng)穩(wěn)定性而降低各性能指標(biāo)。
汽車執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)包含驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向三大環(huán)節(jié)，它即是制約整輛汽車性能的主要環(huán)節(jié)，其快速響應(yīng)性也是決定操控汽車安全穩(wěn)定行駛的重要因素。針對(duì)傳統(tǒng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、由液壓等方式制動(dòng)和轉(zhuǎn)向助力因摩擦阻尼使動(dòng)態(tài)響應(yīng)均較慢，從而制約整車性能難以有效提高。為此綜合多項(xiàng)技術(shù)的深入分析與研究，利用電機(jī)的電與磁轉(zhuǎn)換是按光速進(jìn)行的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程，提出能全面提高電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向三大執(zhí)行機(jī)構(gòu)的快速響應(yīng)性和性價(jià)比的四項(xiàng)發(fā)明專利。簡(jiǎn)述如下：
(1)兼有電動(dòng)、發(fā)電回饋和電磁制動(dòng)多功能的磁阻式輪轂電機(jī)[1]
通過(guò)對(duì)車輛起步、加速、爬坡、下坡、高速、低速、滑行、降速、制動(dòng)和停車等各種行駛工況的全面特性分析，總結(jié)出電動(dòng)汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的六項(xiàng)性能要求[2]。按電磁場(chǎng)理論，電機(jī)本身除了電動(dòng)、發(fā)電，還應(yīng)有電磁制動(dòng)功能。為此經(jīng)分析比較各類調(diào)速電機(jī)結(jié)構(gòu)原理后，通過(guò)對(duì)變磁阻電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方程等深入分析和改進(jìn)設(shè)計(jì)，提出兼有電動(dòng)、發(fā)電回饋和電磁制動(dòng)多功能的兩種磁阻式輪轂電機(jī)。由于變磁阻電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固可靠、電機(jī)與控制器綜合成本低、調(diào)速性能好、效率高等優(yōu)點(diǎn)，與目前普遍應(yīng)用的交流變頻或永磁無(wú)刷等電機(jī)相比，特別具有高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、可控起動(dòng)電流和較高的短時(shí)過(guò)載能力，更適于汽車重載起步，頻繁起停、升降速的多變工況和蓄電池需避免大電流輸出等各種特殊要求。通過(guò)結(jié)構(gòu)改進(jìn)又提高了電磁制動(dòng)效能，而發(fā)電回饋-電磁制動(dòng)相結(jié)合反復(fù)進(jìn)行的制動(dòng)過(guò)程，類似于防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ABS或驅(qū)動(dòng)防滑轉(zhuǎn)控制ASR的制動(dòng)過(guò)程，從而可提高車輛行駛的安全性、穩(wěn)定性和操控性。諸多優(yōu)點(diǎn)既能極好地全面滿足電動(dòng)汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的六項(xiàng)基本要求。
(2)具有起動(dòng)繞組的單相開(kāi)關(guān)磁阻式多功能輪轂電機(jī)[3]
又由于輪轂電機(jī)受車輪轂內(nèi)結(jié)構(gòu)體積限制，對(duì)汽車輪轂電機(jī)的單位體積功率提出了特殊的較高要求。而單相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)恰好具有該特點(diǎn)，但缺點(diǎn)是無(wú)自起動(dòng)功能，通過(guò)對(duì)各類電機(jī)起動(dòng)機(jī)理分析比較，提出了用直流電機(jī)原理啟動(dòng)，按變磁阻原理運(yùn)行，具有更好的電磁制動(dòng)等多功能的組合式創(chuàng)新電機(jī)。也使該廉價(jià)而高效電機(jī)所具有的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、堅(jiān)固可靠等各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)得到充分發(fā)揮。
(3)基于直線電機(jī)控制的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)[4]
通過(guò)分析汽車轉(zhuǎn)向系各功能要求與其相應(yīng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行原理的關(guān)系，根據(jù)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)最終帶動(dòng)轉(zhuǎn)向節(jié)臂的橫拉桿均為左右直線運(yùn)動(dòng)等特點(diǎn)，提出了用直線步進(jìn)電機(jī)直接帶動(dòng)左右橫拉桿，使控制更直接，動(dòng)態(tài)響應(yīng)更快，且省去了大量機(jī)械或液壓部件，使結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)捷，利用直線步進(jìn)電機(jī)的控制特點(diǎn)，即可方便地充分滿足轉(zhuǎn)向力隨車速變化的各控制要求，又提高了轉(zhuǎn)向精度和實(shí)施高性能汽車四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性價(jià)比。
(4)四輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)四輪轉(zhuǎn)向電子差速控制系統(tǒng)[5]
鑒于輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)諸多優(yōu)勢(shì)[2]和其功率較難大幅提高，所以可采用四臺(tái)輪轂電機(jī)替代常規(guī)的一臺(tái)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)小馬拉大車。而四輪驅(qū)動(dòng)可充分提高地面附著力，又結(jié)合直線電機(jī)控制轉(zhuǎn)向技術(shù)，更易實(shí)現(xiàn)全面改善轉(zhuǎn)向性能的四輪轉(zhuǎn)向。通過(guò)對(duì)電子差速轉(zhuǎn)向原理分析和數(shù)學(xué)推導(dǎo)，提出四輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)四輪轉(zhuǎn)向的全新電子差速計(jì)算理論及其實(shí)施的結(jié)構(gòu)原理。由于它主要在軟件上增加相關(guān)的算法控制，所需的傳感器等部件均可兼用，硬件成本增加很少。其實(shí)施將極大地減小低速轉(zhuǎn)彎半徑、提高高速轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性和響應(yīng)快速性。
2.2充分發(fā)揮電動(dòng)汽車用電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的各種應(yīng)有技術(shù)優(yōu)勢(shì)
通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率Pe、轉(zhuǎn)矩Ttq和有效燃油消耗率b隨其曲軸轉(zhuǎn)速n的變化曲線即其外特性，以及發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)動(dòng)力特性曲線的比較分析[2]，說(shuō)明傳統(tǒng)汽車為適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)能高效產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)速范圍很窄等特點(diǎn)須采用龐大而復(fù)雜的變速機(jī)構(gòu)。而電動(dòng)機(jī)可在相當(dāng)寬廣的調(diào)速范圍高效產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，現(xiàn)代電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制理論使該技術(shù)已得到越來(lái)越廣應(yīng)用，對(duì)此數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)（從早期的伺服電機(jī)需經(jīng)齒輪減速來(lái)放大扭矩，到后來(lái)均由電機(jī)直接帶動(dòng)絲杠，更有采用直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)機(jī)床拖板以及用電主軸進(jìn)行強(qiáng)力切削等應(yīng)用實(shí)例）早已進(jìn)入實(shí)用化，調(diào)速比可高達(dá)1:20000，遠(yuǎn)高于汽車行駛的變速要求。而電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制取消了機(jī)械摩擦損耗，提高了剛性，即節(jié)能減噪、簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，又提高了動(dòng)態(tài)響應(yīng)性。而且電動(dòng)機(jī)又有相當(dāng)?shù)亩虝r(shí)過(guò)載能力，良好電機(jī)能達(dá)數(shù)分鐘內(nèi)過(guò)載額定功率的3倍甚至更高倍數(shù)，滿足汽車頻繁重載起步、短時(shí)加速超車、爬短坡等各種行駛要求。即電動(dòng)汽車用電機(jī)驅(qū)動(dòng)相對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)有數(shù)百倍的快速響應(yīng)、數(shù)千倍的調(diào)速比、相當(dāng)?shù)亩虝r(shí)過(guò)載能力等諸多優(yōu)勢(shì)。因此電動(dòng)汽車需充分發(fā)揮電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)有的各項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，按汽車行駛工況的負(fù)載特性選擇合適的電機(jī)類型，并通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)突破性改進(jìn)變革，達(dá)到簡(jiǎn)化機(jī)械機(jī)構(gòu)、降低車載自重和成本、提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)性及其控制性能，即可提高電動(dòng)汽車性價(jià)比，使其盡快普及商品化。
而分析比較現(xiàn)所研發(fā)的眾多電動(dòng)汽車，結(jié)構(gòu)均沿襲傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式。由于沒(méi)從發(fā)揮電機(jī)驅(qū)動(dòng)優(yōu)勢(shì)來(lái)突破性改進(jìn)其結(jié)構(gòu)，最大特點(diǎn)是為滿足車速、加速及續(xù)駛里程等指標(biāo)，增大了電機(jī)功率和蓄電池容量。如一款定價(jià)30萬(wàn)元的品牌純電動(dòng)轎車，雖采用高性能蓄電池，但由于電動(dòng)機(jī)功率和蓄電池容量增加，使車載自重比一般轎車增加了一倍，其中一半為電池重量。按車輛動(dòng)力學(xué)可知，汽車的滾動(dòng)阻力、坡度阻力、加速阻力均與車載質(zhì)量成正比。因此車載自重的增加不僅使原本為改善汽車動(dòng)力性能而增大的電機(jī)功率和蓄電池容量都大打折扣，也使其性能變差，大量車載自重增加如同載貨汽車，失去了小轎車輕便靈活應(yīng)有優(yōu)勢(shì)。該車為滿足大量電池的空間布局，增大了車身尺寸和車內(nèi)地板高度，外觀看似大氣而豪華，但車內(nèi)地板的增高即影響乘坐舒適性，也增加一定風(fēng)阻。也因大量電池集中安置于車中，增加了電池發(fā)熱與散熱難度，于是也提高了電池管理系統(tǒng)的復(fù)雜性，而增加了體積和重量。并且如此多的蓄電池也難以采用更換法來(lái)確保續(xù)駛里程。
并且按電機(jī)拖動(dòng)理論對(duì)電機(jī)的選型需特別注重負(fù)載特性匹配，由于調(diào)速電機(jī)有直流、交流、永磁無(wú)刷、變磁阻等多種類型[2]，各類電機(jī)帶負(fù)載特性不同，其適用性也各有區(qū)別。因此按汽車行駛工況的負(fù)載特性要求，選擇合適的電機(jī)類型顯得尤其重要。但分析現(xiàn)有電動(dòng)汽車介紹，發(fā)現(xiàn)所選電機(jī)幾乎應(yīng)有盡有，存在盲目選擇的相應(yīng)誤處。有的品牌電動(dòng)汽車竟還采用了永磁同步電機(jī)，而同步電機(jī)的最大特點(diǎn)是調(diào)速精度極高（轉(zhuǎn)速總與電源頻率同步），雖效率較高可提高10%左右，但其過(guò)載能力很差。未能發(fā)揮前述數(shù)分鐘內(nèi)可過(guò)載額定功率，3倍以上的優(yōu)勢(shì)，在滿足起步、加速、爬短坡等短時(shí)過(guò)載要求的同時(shí)，可較大減小電機(jī)功率來(lái)降低成本和車載自重。所以這對(duì)行駛工況多變、調(diào)速精度要求不高的汽車存在顧此失彼。可以說(shuō)因傳統(tǒng)汽車業(yè)的部分設(shè)計(jì)專家，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)及其機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是特別精通，而對(duì)電機(jī)理論會(huì)有所忽視，容易按電機(jī)推銷商的意向產(chǎn)生“拉來(lái)黃牛就作馬”的現(xiàn)象。當(dāng)然，如榮威E1純電動(dòng)概念車已采用了較理想的輪轂電機(jī)、奧迪e-tron為四驅(qū)超跑概念車，其性能均得以較大提升，公司也稱其代表了未來(lái)汽車的發(fā)展方向。
對(duì)于電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)最佳控制方式，前已介紹兩項(xiàng)多功能磁阻式輪轂電機(jī)專利技術(shù)。在此還需按電機(jī)學(xué)，利用開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)獨(dú)特的電磁轉(zhuǎn)矩
方程式來(lái)分析說(shuō)明其控制特性：
由于電機(jī)電流與轉(zhuǎn)速成反比，電磁轉(zhuǎn)矩Tem與電流i又成二次方關(guān)系（而對(duì)于常用的交、直流電機(jī)均為一次方），因而磁阻電機(jī)更易獲得低速大扭矩，即特別適于汽車帶負(fù)載起步等要求。但由于電動(dòng)汽車由蓄電池供電，過(guò)大的峰值電流極易損壞蓄電池，因此電機(jī)低速啟動(dòng)時(shí)須通過(guò)斬波限流控制。即低速時(shí)采用電流斬波恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，高速時(shí)采用角度位置恒功率調(diào)速，以獲得較寬的調(diào)速范圍。并且由于Tem與i2成正比，即電磁轉(zhuǎn)矩的正、負(fù)與電流的方向無(wú)關(guān)，所以每相繞組可通過(guò)單方向的電流供電。如此，每相繞組的電流只要采用一只開(kāi)關(guān)管來(lái)控制，這不僅使整個(gè)驅(qū)動(dòng)變流器所用器件可減少一半，還避免了一般變流器上、下橋臂若同時(shí)導(dǎo)通引起電源短路，提高了系統(tǒng)的可靠性。而對(duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的成本主要是大功率開(kāi)關(guān)管，并且對(duì)單相磁阻電機(jī)其驅(qū)動(dòng)控制器成本還可更低。對(duì)于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)因轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)引起的噪聲及振動(dòng)也已提出了相應(yīng)改進(jìn)方案，這已在數(shù)控發(fā)展初期對(duì)功率步進(jìn)電機(jī)性能改進(jìn)中得以證實(shí)。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是很有發(fā)展前途的新興機(jī)電一體化能量轉(zhuǎn)換裝置，而應(yīng)用需在大功率開(kāi)關(guān)管和高速數(shù)字信號(hào)處理器DSP快速發(fā)展基礎(chǔ)上獨(dú)顯優(yōu)勢(shì)。近已在業(yè)內(nèi)得到重視和深層次研究，而應(yīng)用于電動(dòng)汽車更有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
在此再舉一簡(jiǎn)單實(shí)例，對(duì)于電動(dòng)自行車在相同蓄電池容量前提下，若采用優(yōu)質(zhì)高性能輪轂電機(jī)與劣質(zhì)低性能電機(jī)相比其續(xù)駛里程將相差一倍。如在相同續(xù)駛里程要求下其蓄電池容量即可減少一半，而對(duì)于電動(dòng)汽車若蓄電池減少一半即極大地降低了成本，也使車載自重相應(yīng)減少許多，如此又能進(jìn)一步改善動(dòng)力性，所以驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇對(duì)提高電動(dòng)汽車性價(jià)比是何等的重要。
2.3綜合各相關(guān)理論電動(dòng)汽車的最佳結(jié)構(gòu)應(yīng)由四大基礎(chǔ)部件[6]所組成
數(shù)字化整車 控制系統(tǒng) 含多功能輪轂 電機(jī)的車輪 蓄電池組 直線電機(jī)控制 的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)
綜合汽車?yán)碚�、控制理論和電機(jī)拖動(dòng)理論等各相關(guān)理論分析，并充分利用高速發(fā)展的微機(jī)控制、傳感測(cè)量和電機(jī)驅(qū)動(dòng)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。提出了電動(dòng)汽車的最佳結(jié)構(gòu)應(yīng)由含多功能輪轂電機(jī)的車輪、高儲(chǔ)能裝置、高性能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和數(shù)字化高性能整車控制系統(tǒng)四大基礎(chǔ)部件加車身與內(nèi)飾組成。這將極大簡(jiǎn)化汽車結(jié)構(gòu)以降低車載自重、提高整車控制動(dòng)態(tài)響應(yīng)性及其性價(jià)比。附圖所示為四大基礎(chǔ)部件在純電動(dòng)汽車上的結(jié)構(gòu)布局示意圖�，F(xiàn)對(duì)四大基礎(chǔ)部件分別簡(jiǎn)述如下。
附圖 四大基礎(chǔ)部件在純電動(dòng)汽車上的結(jié)構(gòu)布局示意圖
(1)含多功能輪轂電機(jī)的車輪
即為采用四臺(tái)含兼有電動(dòng)、發(fā)電回饋和電磁制動(dòng)多功能輪轂電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制模塊的車輪，它利用前述兩項(xiàng)專利結(jié)合輪轂電機(jī)的諸多優(yōu)勢(shì)，為電動(dòng)汽車確立了最佳的電機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)[2]。微機(jī)多CPU總線控制已是現(xiàn)代汽車較多采用的控制方式。對(duì)于四輪轂電機(jī)控制運(yùn)用CPU總線技術(shù)，將驅(qū)動(dòng)控制模塊集成在車輪內(nèi)，可極大簡(jiǎn)化電動(dòng)汽車內(nèi)部線路布局，即提高可靠性，也便于故障診斷和維修。實(shí)施該機(jī)電一體模塊化控制結(jié)構(gòu)有利提高性價(jià)比。采用輪轂電機(jī)“零傳動(dòng)”方式直接驅(qū)動(dòng)車輪，使汽車結(jié)構(gòu)發(fā)生脫胎換骨的變革。機(jī)械傳動(dòng)鏈的縮短，即極大提高對(duì)車輪控制的快速響應(yīng)性，也降低大量機(jī)械部件成本和車載自重，提高整車驅(qū)動(dòng)效率，有利于節(jié)能減噪，還騰出許多空間便于汽車總體布局。由于只有驅(qū)動(dòng)輪才能實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量回收，省去機(jī)械傳動(dòng)損耗對(duì)車輪動(dòng)能回收又更直接，采用四臺(tái)兼有發(fā)電回饋等功能的輪轂電機(jī)，在汽車滑行、降速和下坡行駛中可成倍提高動(dòng)能回收率。如同高檔轎車采用4WD四輪驅(qū)動(dòng)又可充分利用車輪對(duì)地面附著力，極大改善車輛的越野通過(guò)性、防滑制動(dòng)、快速轉(zhuǎn)向等性能。
(2)高儲(chǔ)能裝置
高儲(chǔ)能裝置包括燃料電池和各類高性能蓄電池等。氫燃料電池因氫原料問(wèn)題，現(xiàn)階段還難以推廣應(yīng)用。對(duì)于蓄電池雖可采用目前成熟、價(jià)格低的鉛酸蓄電池。但按技術(shù)發(fā)展應(yīng)盡可能采用對(duì)我國(guó)有得天獨(dú)厚資源優(yōu)勢(shì)的鋰電池，如磷酸鐵鋰電池、聚合物鋰離子蓄電池等�；虿捎酶�比功率、低比能量的超級(jí)電容與高比能量、低比功率鋁空氣電池相結(jié)合，以及其他的多種組合形式，通過(guò)揚(yáng)長(zhǎng)避短、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，來(lái)綜合提高加速、爬坡以及續(xù)駛里程等性能。近據(jù)報(bào)道，一種即可用作充電電池，也可用作燃料電池的鋰-空氣電池在技術(shù)上已獲得突破性進(jìn)展。該電池作充電電池用時(shí)，比能量可高于現(xiàn)有鋰離子電池十幾～數(shù)十倍。如作為燃料電池用，采用更換正極的水性電解液和負(fù)極的金屬鋰，其能量密度和更換時(shí)間均有望優(yōu)于傳統(tǒng)的加油方式。因此，該鋰-空氣電池若進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用，傳統(tǒng)汽車和處于過(guò)渡期的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車就有可能被淘汰，而各類純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車將被很快普及應(yīng)用。據(jù)預(yù)估該鋰-空氣電池還需10年有望能進(jìn)入商用，當(dāng)然國(guó)家也需投巨資來(lái)加快該鋰-空氣電池研究以促使盡早進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用。而對(duì)于汽車等相關(guān)企業(yè)更應(yīng)為各類電動(dòng)汽車都需應(yīng)用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)最佳方式，未來(lái)各類電動(dòng)汽車最佳結(jié)構(gòu)組成的四大基礎(chǔ)部件做好技術(shù)儲(chǔ)備，掌握該四大核心部件的關(guān)鍵技術(shù)即可迎接新的更大挑戰(zhàn)。
(3)高性能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
即指能極大改善轉(zhuǎn)向性能由直線電機(jī)控制的四輪驅(qū)動(dòng)四輪轉(zhuǎn)向電子差速轉(zhuǎn)向系統(tǒng)[2]。它是在四輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)上，結(jié)合前述兩項(xiàng)相關(guān)專利技術(shù)而組成。其成熟應(yīng)用也將為未來(lái)各類汽車的轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展打下極好基礎(chǔ)。
(4)數(shù)字化整車控制系統(tǒng)
即采用數(shù)字化液晶顯示、多CPU微機(jī)總線控制方式，可分為基本型和高性能型�；拘蛢H滿足電動(dòng)汽車基本控制要求，使其盡快進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用。高性能型需采用多傳感器進(jìn)行四輪驅(qū)動(dòng)四輪轉(zhuǎn)向與電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESP相結(jié)合的控制方式，對(duì)此，利用多功能輪轂電機(jī)四輪驅(qū)動(dòng)結(jié)合直線電機(jī)控制四輪轉(zhuǎn)向可極大地提高汽車驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向三大執(zhí)行機(jī)構(gòu)快速響應(yīng)性，避免現(xiàn)有高檔轎車采用傳統(tǒng)方式執(zhí)行機(jī)構(gòu)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢使性能難以有效發(fā)揮。而采用能進(jìn)行數(shù)控插補(bǔ)實(shí)現(xiàn)多軸伺服聯(lián)動(dòng)，控制機(jī)床精確行走各種曲線、曲面軌跡的微機(jī)控制，用來(lái)控制多功能輪轂電機(jī)實(shí)現(xiàn)四輪驅(qū)動(dòng)四輪轉(zhuǎn)向，按所測(cè)信號(hào)及時(shí)準(zhǔn)確調(diào)整前、后、左、右各車輪的驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力、轉(zhuǎn)向角將會(huì)更易實(shí)施。并利用四輪驅(qū)動(dòng)提高了地面附著力（俗稱抓地能力），這可全面提高汽車行駛的穩(wěn)定性、操控性、安全性以及轉(zhuǎn)向性能，還將極大提高整車性價(jià)比。
采用該四大基礎(chǔ)部件也更便于實(shí)施專業(yè)化流水生產(chǎn)模式來(lái)極大提高性價(jià)比。這也是未來(lái)各類電動(dòng)汽車的最佳結(jié)構(gòu)，掌握該四大核心部件的關(guān)鍵技術(shù)是趕超世界領(lǐng)先，提升未來(lái)汽車業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的基本前提，以此即可擺脫我國(guó)汽車業(yè)長(zhǎng)期受國(guó)外技術(shù)的束縛。
2.4優(yōu)化電動(dòng)汽車性能和交通管理以消除其四大負(fù)面效應(yīng)
汽車百年多來(lái)為經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步、改善生活等均起著巨大的作用。但于此同時(shí)也引起了能源危機(jī)、環(huán)境污染、交通事故和道路擁堵四大負(fù)面效應(yīng)。消除或極大減小四大負(fù)面效應(yīng)是當(dāng)今社會(huì)須可持續(xù)發(fā)展對(duì)汽車及交通業(yè)界提出的新挑戰(zhàn)。在高新技術(shù)日新月異發(fā)展的今天，作為發(fā)明創(chuàng)造汽車的人類即有責(zé)任，也有能力來(lái)極大減小此四大負(fù)面效應(yīng)。優(yōu)化電動(dòng)汽車性能并結(jié)合改進(jìn)交通服務(wù)設(shè)施有望承擔(dān)起此重任。毋庸置疑，電動(dòng)汽車為解決能源危機(jī)和環(huán)境污染起到顯著作用，這已引起世界各國(guó)政府和汽車業(yè)界高度重視，但關(guān)鍵是選用更有效措施，提高其性價(jià)比來(lái)盡快推廣應(yīng)用，這在前述已從理論與技術(shù)上進(jìn)行了分析，后述還將從方法措施上進(jìn)行探討。在此，主要針對(duì)交通事故和道路擁堵進(jìn)行分析，提出相應(yīng)解決措施。且這四者間也互為關(guān)聯(lián)，如按現(xiàn)有技術(shù)和國(guó)情即刻可使性價(jià)比滿足民眾需求，又提高交通資源利用率1倍多的節(jié)源環(huán)保型電動(dòng)微轎車[2]作為普及型私家車予以實(shí)施，即緩解了能源危機(jī)和環(huán)境污染，又為改善交通建立必要前提，并且所提各項(xiàng)性能優(yōu)化更易于在該小而全的電動(dòng)微轎車上實(shí)施從而即可減少交通事故。
交通事故使全球每年致死人數(shù)近50萬(wàn)，致人殘疾和給家庭帶來(lái)不幸的數(shù)額更是巨大，對(duì)此人們已稱其為曠日持久的“交通戰(zhàn)爭(zhēng)”。為減少交通事故，除了加強(qiáng)交通管理、規(guī)范制度規(guī)則、改善路況及道路安全設(shè)施等外，還更需提高汽車本身的安全性能。為此，業(yè)界也提出了多項(xiàng)主動(dòng)安全性與被動(dòng)安全性技術(shù)措施。對(duì)于汽車主動(dòng)安全性措施主要有防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ABS、驅(qū)動(dòng)防滑轉(zhuǎn)控制ASR、電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESP、各種轉(zhuǎn)向系優(yōu)化及電子差速控制、安全測(cè)距防撞控制系統(tǒng)、電子控制懸架系統(tǒng)ECSS和汽車電子巡航控制系統(tǒng)CCS等[2]。有的已成熟應(yīng)用，有的還待提高性價(jià)比來(lái)推廣。但其性能的有效性主要還需取決于汽車執(zhí)行機(jī)構(gòu)的快速響應(yīng)性。如其中電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESP是最能全面改善汽車行駛的安全性、操控性和穩(wěn)定性，目前雖在高檔轎車上被較多采用，但由于所需控制的驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)及轉(zhuǎn)向三項(xiàng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用了傳統(tǒng)方式，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)均不快，所其性能也較難有效全面發(fā)揮。而前述提出的四項(xiàng)發(fā)明專利即能極大地提高該三項(xiàng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的快速響應(yīng)性，并采用由四大基礎(chǔ)部件組成的電動(dòng)汽車最佳結(jié)構(gòu)，通過(guò)前述高性能型數(shù)字化整車控制系統(tǒng)的控制方法就能更有效發(fā)揮。所以充分發(fā)揮電動(dòng)汽車用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的各種技術(shù)優(yōu)勢(shì)，利用當(dāng)今高速發(fā)展的微電子、傳感器等控制技術(shù)，即能實(shí)施傳統(tǒng)汽車難以達(dá)到的性能更好、性價(jià)比更高的各種優(yōu)化技術(shù)。將極大地提高汽車行駛的安全性、操控性和穩(wěn)定性，從而大大減小交通事故和其危害程度。
道路擁堵使汽車應(yīng)有的快捷、舒適、高效無(wú)法發(fā)揮，即增加了油耗和排污，也造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重影響了城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。合理有效治理交通需以交通管理理論為基礎(chǔ)，針對(duì)我國(guó)城市人均交通資源(據(jù)分析比發(fā)達(dá)國(guó)家相差十幾至幾十倍)緊缺的實(shí)情，須從提高汽車對(duì)交通資源的人均利用率和改進(jìn)交通服務(wù)設(shè)施兩者雙管齊下地進(jìn)行。兩者雖主要涉及汽車和交通兩個(gè)專業(yè)，并也關(guān)聯(lián)其他而互為影響�，F(xiàn)簡(jiǎn)述各有關(guān)措施：通過(guò)汽車性能優(yōu)化來(lái)減小其轉(zhuǎn)彎半徑及滯留時(shí)間、提高汽車通過(guò)性和道路通行能力；推廣可提高交通資源利用率1倍多的節(jié)源環(huán)保型電動(dòng)微轎車作為普及型私家車；推出增加相應(yīng)輔助設(shè)施與服務(wù)功能的高效出租車以提高其車載率；并通過(guò)優(yōu)化公交線路布局、多形式快速公交專車及其改善公交設(shè)施等多項(xiàng)改進(jìn)公交服務(wù)措施來(lái)提高公交車的載坐率；通過(guò)互通交叉立交橋、環(huán)島形交叉路口、智能交通燈控制、經(jīng)喇叭形延伸擴(kuò)展交叉路口等多項(xiàng)措施解決最易引起擁堵的交叉十字路瓶頸口；推出可專載行人和非機(jī)動(dòng)車的低平板輪轂式電動(dòng)過(guò)渡車以解決交叉路口機(jī)非交織混行問(wèn)題；建造占地面積小的立體車庫(kù)以解決市區(qū)停車難；充分發(fā)揮交警在交通管理中的重要作用，將工作變被動(dòng)為主動(dòng)來(lái)提高實(shí)效性。上述所提各項(xiàng)措施均有如何實(shí)施的具體內(nèi)容[2]，作者多年來(lái)通過(guò)對(duì)各種交通問(wèn)題的長(zhǎng)期觀察和結(jié)合相關(guān)理論的深入分析研究而提出，在此限于篇幅不再一一細(xì)述。由于具體實(shí)施涉及到多個(gè)部門的協(xié)調(diào)，存在相應(yīng)難度，但為全面解決當(dāng)前日益突出的交通難題，希望政府及相關(guān)部門能盡早研究實(shí)施。
2.5按國(guó)情和現(xiàn)有技術(shù)找出即刻可使電動(dòng)汽車普及商品化的突破口
根據(jù)各類電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合國(guó)情（利用電動(dòng)汽車在我國(guó)應(yīng)有的三大優(yōu)勢(shì)）找出按現(xiàn)有技術(shù)即刻可普及商品化的突破口，即先揚(yáng)長(zhǎng)避短地繞其瓶頸口，再以技術(shù)與經(jīng)濟(jì)良性循環(huán)來(lái)促進(jìn)電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展，是盡快緩解能源危機(jī)、環(huán)境污染的有效策略。并也為我國(guó)在未來(lái)汽車業(yè)趕超世界建立極好戰(zhàn)機(jī)，若錯(cuò)失必會(huì)很遺憾。而當(dāng)今汽車業(yè)決策層總以追求高檔豪華為目標(biāo)，殊不知這也恰是目前發(fā)展電動(dòng)汽車的瓶頸。值得分析的是盡管多年來(lái)為此已投入上千億，但電動(dòng)汽車的性價(jià)比遲遲未能滿足民眾之需求。
電動(dòng)汽車三大類間關(guān)系為：純電動(dòng)汽車是技術(shù)基礎(chǔ)；混合動(dòng)力電動(dòng)汽車是發(fā)展中過(guò)渡模式；燃料電池汽車是理想目標(biāo)。且三類電動(dòng)汽車都要用電機(jī)作驅(qū)動(dòng)，所發(fā)展電機(jī)技術(shù)是基礎(chǔ)之基礎(chǔ)。發(fā)展混合動(dòng)力電動(dòng)汽車相對(duì)我國(guó)技術(shù)優(yōu)勢(shì)不大，成本也總難以下降。燃料電池汽車雖是理想目標(biāo)，但目前在氫原料成本及氫安全等問(wèn)題還有待作大量研究提高。而抓好純電動(dòng)汽車技術(shù)基礎(chǔ)在我國(guó)有市場(chǎng)、資源、技術(shù)三大優(yōu)勢(shì)：純電動(dòng)汽車主要存在能量不富裕特點(diǎn)，特別適于微型車制作，而我國(guó)家庭也正呈小型化結(jié)構(gòu)，隨生活水平提高私家車銷量將占最大部分。作為車載能源蓄電池最具發(fā)展?jié)摿κ卿囯姵兀牧箱嚨膬?chǔ)存量約一半在中國(guó)。并且我國(guó)近幾年隨電動(dòng)自行車、手機(jī)、筆記本電腦等的發(fā)展也極大地帶動(dòng)了電池產(chǎn)業(yè)，據(jù)去年深圳國(guó)際電池會(huì)議獲悉，世界三分之二的電池產(chǎn)自中國(guó)，中國(guó)已成為世界第一電池大國(guó)。對(duì)電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)最具發(fā)展前途的是輪轂電機(jī)，而輪轂電機(jī)目前應(yīng)用最多又在我國(guó)，我國(guó)處于技術(shù)領(lǐng)先且產(chǎn)銷量占全球90%的電動(dòng)自行車均大量應(yīng)用了輪轂電機(jī)，且技術(shù)發(fā)展需先易后難、循序漸進(jìn)，所為純電動(dòng)汽車發(fā)展打下相應(yīng)基礎(chǔ)，但在電動(dòng)汽車上應(yīng)用關(guān)鍵還需在增大功率和提高性能上下功夫，為此提出了前述相關(guān)的兩項(xiàng)發(fā)明專利。
在汽車業(yè)圍繞“國(guó)民車”論壇中，各專家權(quán)威的共識(shí)是：國(guó)民車應(yīng)是能圓國(guó)民(大眾)汽車夢(mèng)的車，即讓所有老百姓均能享受汽車文明。而隨著我國(guó)城市擴(kuò)展、生活水平提高，汽車銷量最大的私家車已成為城市交通供需矛盾急劇上升的主要因素。由于我國(guó)城市人均交通資源緊缺的實(shí)情，隨私家車的全面普及推廣，將帶來(lái)巨大交通的問(wèn)題，使汽車應(yīng)有的高效便捷無(wú)法發(fā)揮，交通擁堵不僅堵了車流，到時(shí)也會(huì)堵了私家車的大量銷路。因此設(shè)法減小私家車占用人均交通資源也應(yīng)為汽車設(shè)計(jì)所考慮。而現(xiàn)實(shí)中私家車在高峰期均為1~2人載坐，極低的車載率對(duì)緊缺交通資源是極大浪費(fèi)。所謂私家車應(yīng)是專供家庭享用的車，針對(duì)我國(guó)家庭普遍為2~3人的小型化特點(diǎn)，又結(jié)合純電動(dòng)汽車能量不富裕特點(diǎn)，提出可提高交通資源利用率1倍多的3人座節(jié)源環(huán)保型電動(dòng)微轎車作為普及型私家車。即私家車設(shè)置為前排駕駛1人座，后排2人座，駕駛位于車前正中央，對(duì)車兩邊瞭望視覺(jué)一致，更便于把握方向和安全行駛。車寬定為0.8~
電動(dòng)汽車未能及時(shí)推廣的主要原因是性價(jià)比。現(xiàn)所研發(fā)的電動(dòng)汽車由于受傳統(tǒng)汽車設(shè)計(jì)思路束縛，結(jié)構(gòu)基本在傳統(tǒng)汽車基礎(chǔ)上改裝而成。如純電動(dòng)汽車把原有發(fā)動(dòng)機(jī)換成蓄電池和驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制器，其余結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)變。這從設(shè)計(jì)制造來(lái)講是最簡(jiǎn)單方便，也是眾多汽車廠家快速研發(fā)所謂新能源汽車的捷徑，分析其原因與目的也就不言而喻。分析現(xiàn)所研發(fā)的電動(dòng)汽車因沒(méi)從結(jié)構(gòu)上作突破性改進(jìn)，使性價(jià)比也難有突破性提高以滿足民眾要求。為此，國(guó)家近期推出私人購(gòu)買新能源汽車實(shí)施財(cái)政補(bǔ)貼的相關(guān)措施。這雖說(shuō)明國(guó)家對(duì)節(jié)能環(huán)保的重視，但由于沒(méi)從根本上解決問(wèn)題，所以即為被動(dòng)，也只能為短期。前述通過(guò)綜合分析各相關(guān)理論，已充分說(shuō)明未來(lái)電動(dòng)汽車的最佳結(jié)構(gòu)應(yīng)由所述四大基礎(chǔ)部件組成，這也更便于實(shí)施專業(yè)化流水生產(chǎn)模式來(lái)極大提高性價(jià)比。但針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)：最佳驅(qū)動(dòng)方式的輪轂電機(jī)由于受結(jié)構(gòu)體積限制，功率還一時(shí)難能達(dá)到較大汽車動(dòng)力要求；而各類蓄電池比能量、比功率還未能大幅度提高，增大更多蓄電池組合勢(shì)必存在增加成本和車載自重等弊端。針對(duì)純電動(dòng)汽車存在能量不富裕的瓶頸口，采取前述小而全的節(jié)源環(huán)保型電動(dòng)微轎車即可較容易地實(shí)施由四大基礎(chǔ)部件組成的電動(dòng)汽車最佳結(jié)構(gòu)及各種性能優(yōu)化措施，通過(guò)結(jié)構(gòu)上的突破性改進(jìn)來(lái)極大提高性價(jià)比。它按技術(shù)發(fā)展需先易后難、循序漸進(jìn)，即先用相對(duì)較低的經(jīng)費(fèi)來(lái)盡快研發(fā)以利推廣，再經(jīng)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)互為促進(jìn)良性循環(huán)來(lái)發(fā)展，以達(dá)到技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益雙贏。因此該電動(dòng)微轎車是未來(lái)電動(dòng)汽車最佳結(jié)構(gòu)的發(fā)展雛形，以安全經(jīng)濟(jì)實(shí)用適于向民眾推廣為前提，是一種高起點(diǎn)、低要求的現(xiàn)實(shí)型發(fā)展模式。即為電動(dòng)汽車商品化找到突破口。也為盡快掌握未來(lái)汽車關(guān)鍵技術(shù)建立必要的技術(shù)儲(chǔ)備。并且按我國(guó)家庭小型化和交通資源緊缺的國(guó)情，其普及推廣均有利于解決能源、環(huán)保、交通以及改善民眾生活品質(zhì)等諸多問(wèn)題。
對(duì)于微型車的適用面，由于恰好我國(guó)家庭呈小型化結(jié)構(gòu)，隨生活水平提高，私家車銷量將占最大部分。例如我國(guó)電動(dòng)自行車幾乎在沒(méi)有任何政府資助，甚至在某些地方限制政策的壓力下，頑強(qiáng)地發(fā)展成產(chǎn)銷量占全球90%以上，技術(shù)已處世界領(lǐng)先的全球最大電動(dòng)自行車生產(chǎn)國(guó)、消費(fèi)國(guó)和出口國(guó)。該眾所周知的不爭(zhēng)事實(shí)也說(shuō)明它與我國(guó)百姓需求和國(guó)情特點(diǎn)緊密相關(guān)。而電動(dòng)微轎車與電動(dòng)自行車相比，安全性、舒適性都要好許多。坐在車內(nèi)也可免遭日曬雨淋風(fēng)吹塵土之苦。并采用最佳結(jié)構(gòu)的四大基礎(chǔ)部件布局，極大提高汽車的安全性、穩(wěn)定性和操控性，使成本按專業(yè)化流水生產(chǎn)模式可極大降低。電動(dòng)微轎車的安全車速和載坐人數(shù)都比電動(dòng)自行車高，因此人均占用交通資源的“面積·時(shí)數(shù)”比電動(dòng)自行車或傳統(tǒng)轎車都更經(jīng)濟(jì)。更適于向全民普及推廣，隨電動(dòng)微轎車性價(jià)比提高，將同時(shí)取代傳統(tǒng)私家車和有爭(zhēng)議的大量電動(dòng)自行車。
值得可慶的是：即將出臺(tái)《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》的意見(jiàn)征詢稿，其中也已提到：“要建立和完善小型低速純電動(dòng)汽車標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)體系”。針對(duì)該類所謂非道路車輛，從反對(duì)到鼓勵(lì)的過(guò)程，也說(shuō)明國(guó)家已切實(shí)體驗(yàn)到：純電動(dòng)微轎車即有適合我國(guó)家庭小型化的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，又可打開(kāi)純電動(dòng)汽車能量不富裕的瓶頸口。對(duì)純電動(dòng)汽車車速和續(xù)駛里程兩項(xiàng)指標(biāo)，按現(xiàn)有技術(shù)，它與電機(jī)功率和蓄電池容量確是一對(duì)矛盾。兩項(xiàng)指標(biāo)提高必增加車載自重和成本，且車載自重增加也使動(dòng)力性大打折扣，即會(huì)引起相應(yīng)的惡性循環(huán)。而所提出的由四大基礎(chǔ)部件組成電動(dòng)汽車最佳結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)之一是簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)而減輕車重，相對(duì)動(dòng)力性起到相應(yīng)的良性循環(huán)。所以該兩項(xiàng)指標(biāo)的提升也應(yīng)遵循技術(shù)與市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)須互為促進(jìn)的規(guī)律。回顧當(dāng)初發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)還不成熟時(shí)，其車速也均較低。反過(guò)來(lái)目前要人們?cè)賮?lái)接受較低車速確有難度，但在城市區(qū)域現(xiàn)可行駛的實(shí)際車速也只能是
附表 現(xiàn)有單排兩座微型轎車與節(jié)源環(huán)保型電動(dòng)微轎車比較
對(duì)于電動(dòng)微轎車因輪距減小會(huì)降低側(cè)翻閾值，需通過(guò)四輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電子差速轉(zhuǎn)向等措施來(lái)降低車輛質(zhì)心高度，使其具有與豪華轎車相同或更好的側(cè)向穩(wěn)定性�，F(xiàn)以3人座的基本型為例，說(shuō)明其規(guī)格和成本等。它由最佳結(jié)構(gòu)的四大基礎(chǔ)部件加車身與內(nèi)飾組成，結(jié)構(gòu)與造型可參考前述附圖，車門為兩邊單開(kāi)，即前排為左開(kāi)門，后排為右開(kāi)門。車的長(zhǎng)/寬/高約為2800×900×
而現(xiàn)所研發(fā)的電動(dòng)轎車由于性價(jià)比，遲遲未能被廣大民眾接受，盡管多年來(lái)各國(guó)為此已投入上千億。除了主要因汽車結(jié)構(gòu)未能發(fā)揮電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)有優(yōu)勢(shì)作突破性改進(jìn)外，還有是未能繞開(kāi)由于蓄電池等因素使純電動(dòng)汽車能量受限的瓶頸口。也正好我國(guó)家庭呈小型化，該節(jié)源環(huán)保型電動(dòng)微轎車即可繞開(kāi)瓶頸口而快速商品化。并且它介于電動(dòng)自行車與傳統(tǒng)轎車之間，更適于隨生活水平提高大量工薪階層和欲添置第二輛車的家庭需求，市場(chǎng)潛力巨大。并為私家車普及帶來(lái)嚴(yán)重的交通供需矛盾，按交通需求管理TDM提供了合理有效的解決途徑。即按市場(chǎng)規(guī)律以民眾需求來(lái)促進(jìn)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)同步發(fā)展，如同國(guó)內(nèi)外也有許多先從造老百姓買得起的經(jīng)濟(jì)實(shí)用型車發(fā)展成為造高檔精品車的業(yè)界巨頭。
當(dāng)然該四大基礎(chǔ)部件組成的電動(dòng)汽車最佳結(jié)構(gòu)也可用于單排兩座的微型轎車以改善整車性能(但交通資源問(wèn)題仍不能解決)。而用于常規(guī)的兩排五座電動(dòng)轎車，其實(shí)施難度主要在多功能輪轂電機(jī)的功率一次性提升上。用類比法估計(jì)該類車的每臺(tái)輪轂電機(jī)功率需大于1.6kW，蓄電池容量增加為11kW•h。該車自重約為
由于交通資源緊缺也是世界許多城市擴(kuò)展中通病，多款式節(jié)源環(huán)保型電動(dòng)微轎車隨性價(jià)比的提高，也有望推向如印度、日本、新加坡等一些人口密集型的國(guó)家，使節(jié)源環(huán)保的中國(guó)“國(guó)民車”成為走向世界的國(guó)民車。電動(dòng)微轎車的推廣對(duì)節(jié)能減排、改善交通、發(fā)展經(jīng)濟(jì)、增強(qiáng)國(guó)力、提高國(guó)民生活品質(zhì)、盡快縮小貧富差別等都大有好處。即為電動(dòng)汽車發(fā)展打好所需的技術(shù)基礎(chǔ)，也為能源的綜合利用開(kāi)辟較好前景。按技術(shù)經(jīng)濟(jì)互為促進(jìn)良性循環(huán)規(guī)律，純電動(dòng)汽車的推廣也將促使蓄電池技術(shù)發(fā)展，而蓄電池性價(jià)比提高為太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能等一類時(shí)續(xù)時(shí)斷的能源利用打下必要基礎(chǔ)。利用大量蓄電池經(jīng)削峰填谷既能解決電力盈缺。
3整合重組新汽車產(chǎn)業(yè)鏈通過(guò)聯(lián)合協(xié)作攻關(guān)以趕超世界領(lǐng)先
從傳統(tǒng)汽車向電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)變，如同普通機(jī)床向數(shù)控機(jī)床的演變，其結(jié)構(gòu)的機(jī)械與電氣所占復(fù)雜系數(shù)比例將發(fā)生根本變化。回顧1642年法國(guó)科學(xué)家帕斯卡發(fā)明第一臺(tái)機(jī)械計(jì)算機(jī)，歷經(jīng)了幾百年的緩慢發(fā)展，而由電子計(jì)算機(jī)取代后，經(jīng)數(shù)十年快速發(fā)展，已成為當(dāng)今人類不可或缺，應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。隨著電子、電機(jī)等技術(shù)的迅猛發(fā)展，未來(lái)電動(dòng)汽車也需充分利用極高快速響應(yīng)性的電子、電機(jī)等元器件來(lái)取代大量響應(yīng)滯后、龐大而笨重的機(jī)械、液壓裝置，使結(jié)構(gòu)發(fā)生脫胎換骨的革命性變化。而且電氣產(chǎn)品價(jià)格逐年下降的趨勢(shì)也正好與機(jī)械相反，這從電腦、手機(jī)等性價(jià)比的快速提高足以證明。所以采用能充分發(fā)揮電子、電機(jī)各種技術(shù)優(yōu)勢(shì)的四大基礎(chǔ)部件是未來(lái)電動(dòng)汽車的最佳結(jié)構(gòu)，誰(shuí)首先掌握其核心技術(shù)，誰(shuí)就有可能在未來(lái)汽車業(yè)趕超世界領(lǐng)先。我國(guó)在傳統(tǒng)汽車業(yè)錯(cuò)失了很多機(jī)會(huì)，我國(guó)90%的汽車市場(chǎng)曾被外國(guó)公司占領(lǐng)。而電動(dòng)汽車是我國(guó)汽車業(yè)趕超世界先進(jìn)的絕好機(jī)遇。我國(guó)有可能由此從汽車進(jìn)口國(guó)轉(zhuǎn)變?yōu)槌隹趪?guó)。如目前我國(guó)電動(dòng)自行車就已成為全球的最大出口國(guó)，其原因值得借鑒。過(guò)去中國(guó)用市場(chǎng)潛力換技術(shù)，中國(guó)市場(chǎng)世界車的階段將被改變；我國(guó)將借助新技術(shù)發(fā)展和企業(yè)成本優(yōu)勢(shì)，進(jìn)入世界市場(chǎng)中國(guó)車的時(shí)代。從而又可利用汽車龍頭產(chǎn)業(yè)來(lái)帶動(dòng)整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)騰飛，以此振興中華。對(duì)此我們絕不能再錯(cuò)失這極好良機(jī)。
隨著新能源汽車及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，其產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)鏈也將發(fā)生重大變化。如由四大基礎(chǔ)部件構(gòu)成的電動(dòng)汽車。所需新增的上游產(chǎn)業(yè)有電池、電機(jī)、電子(集成芯片)、傳感測(cè)量、電氣控制等科研企業(yè)，要求緊隨其需要與之配合，就能得到相應(yīng)同步發(fā)展；而鋼鐵、部分機(jī)械(包括發(fā)動(dòng)機(jī)、齒輪箱、萬(wàn)向節(jié)等機(jī)械傳動(dòng)件以及為發(fā)動(dòng)機(jī)配套的各類輔助裝置)等產(chǎn)業(yè)將會(huì)受到?jīng)_擊或需作相應(yīng)調(diào)整。對(duì)下游產(chǎn)業(yè)更要求充電或換電的配套設(shè)施、配有刷卡自助充電設(shè)施的停車場(chǎng)、相應(yīng)的售后服務(wù)和交通管理等均需緊隨其后而得到相應(yīng)發(fā)展；而傳統(tǒng)汽車維修服務(wù)、石油及其加油站等產(chǎn)業(yè)將會(huì)受到?jīng)_擊或需相應(yīng)調(diào)整。對(duì)于上下游產(chǎn)業(yè)鏈中將受影響的部門，可能會(huì)因其利益而進(jìn)行阻撓，而有眼光的決策者就能及時(shí)調(diào)整來(lái)適應(yīng)市場(chǎng)變化。作為與多個(gè)行業(yè)關(guān)聯(lián)度極大的機(jī)電一體化新興產(chǎn)物，為確保其有效順利推廣應(yīng)用，電動(dòng)汽車從研發(fā)生產(chǎn)到銷售使用每個(gè)環(huán)節(jié)都需要新產(chǎn)業(yè)鏈的上下游企業(yè)密切配合。因此新型汽車產(chǎn)業(yè)鏈的上下游企業(yè)也需盡快得到合理的重新組合。
對(duì)于產(chǎn)業(yè)鏈的上游單位不僅是日后正常的配套提供，更必須在研發(fā)、試制及改進(jìn)的初期予以緊密配合。為此首先需要選擇合適的科研企業(yè)建立完善的協(xié)作機(jī)制，就四大基礎(chǔ)部件的研發(fā)特別需要電機(jī)、電子(集成芯片)、微機(jī)控制和傳感測(cè)量等多家密切配合，各家也需要電動(dòng)汽車廠及時(shí)提供并經(jīng)共同研討，確定合理可行的具體技術(shù)方案、結(jié)構(gòu)原理、控制要求以及各相關(guān)規(guī)格參數(shù)等。為全面提高電動(dòng)汽車性價(jià)比，四大基礎(chǔ)部件還需由專業(yè)廠以流水線加工、裝配方式生產(chǎn)，再經(jīng)整車廠以流水線方式將其各部件及車身、內(nèi)飾等裝配而成。為此需要通過(guò)聯(lián)合協(xié)作研發(fā)建立完備而永固的友好合作關(guān)系，為確保新產(chǎn)業(yè)鏈各相關(guān)企業(yè)從聯(lián)合攻關(guān)研制到長(zhǎng)期協(xié)作均能高效有序進(jìn)行，還須制定切實(shí)可行、合理有效的長(zhǎng)期合作協(xié)議，做到分工有序、各展己長(zhǎng)、同心協(xié)力、資源共享、有賞轉(zhuǎn)讓、共享成果，還須避免重復(fù)研究、重復(fù)引進(jìn)。通過(guò)聯(lián)協(xié)攻關(guān)即可極大地加快研制步伐，使各項(xiàng)工作有計(jì)劃地同步展開(kāi)、有序銜接、連續(xù)進(jìn)行。也可充分利用各協(xié)作單位現(xiàn)有的科技力量和設(shè)備，以相對(duì)較小的投入來(lái)獲得極高的效益。通過(guò)聯(lián)合協(xié)作研發(fā)在加快電動(dòng)汽車普及商品化的同時(shí)，即能使各相關(guān)產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期共享電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)鏈的大蛋糕，也能盡快掌握電動(dòng)汽車最佳結(jié)構(gòu)的四大基礎(chǔ)部件的核心技術(shù)以趕超世界領(lǐng)先，從而擺脫我國(guó)汽車業(yè)長(zhǎng)期受國(guó)外技術(shù)的束縛。
對(duì)于產(chǎn)業(yè)鏈的下游企業(yè)要求及時(shí)做好售后服務(wù)以及充電配套設(shè)施等對(duì)其推廣應(yīng)用至關(guān)重要。對(duì)此，除了利用現(xiàn)有傳統(tǒng)汽車維修站進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)配套改進(jìn)外，更需為解決純電動(dòng)汽車最棘手的續(xù)駛里程問(wèn)題制定合理有效的措施。為此經(jīng)分析特提出相應(yīng)方案：針對(duì)現(xiàn)有蓄電池雖可采用快、中、慢三種充電方法，但快速充電影響其壽命，中、慢速充電不宜在現(xiàn)有加油站實(shí)施，而前述對(duì)電動(dòng)微轎車采用鋰電池由專用器具更換2分鐘就可完成，在現(xiàn)有加油站只需少量投資設(shè)施就可配套服務(wù)，還能對(duì)所換下的電池及時(shí)維護(hù)以延長(zhǎng)壽命，和盡可能采用谷時(shí)充電。它通過(guò)少裝蓄電池即能輕載快跑還能快速多次更換相結(jié)合的方法，即確保續(xù)駛里程，還可極大降低汽車售價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用。并且通過(guò)仔細(xì)分析蓄電池還必須采用租賃方式經(jīng)營(yíng)，這不僅是蓄電池需要定期檢測(cè)和維護(hù)，更主要蓄電池在報(bào)廢前還有較長(zhǎng)衰退期，而在衰退期繼續(xù)使用時(shí)會(huì)影響車速及續(xù)駛里程，這對(duì)于大部分私家車主由于更換整組蓄電池需較大費(fèi)用，未能馬上及時(shí)更換，會(huì)采用降低車速、甚至在夜間以降低車前照明來(lái)行駛，如此在電動(dòng)汽車普及應(yīng)用時(shí)，即會(huì)產(chǎn)生引起交通擁堵及事故的所謂蝴蝶效應(yīng)。如此可以想象國(guó)家為普及應(yīng)用將投巨資在現(xiàn)有加油站等處籌建眾多充電站，將會(huì)有何結(jié)果。而對(duì)于換電站可將衰退期蓄電池集中用于太陽(yáng)能蓄電或電網(wǎng)削峰填谷之用。所以對(duì)蓄電池的充電配套設(shè)施應(yīng)在住宅、單位及有關(guān)公共場(chǎng)所的停車場(chǎng)配以谷時(shí)自控和刷卡自助兩種充電設(shè)施，對(duì)此可采用與房產(chǎn)商、住宅物管委及單位進(jìn)行聯(lián)營(yíng)銷售，通過(guò)買房送車等優(yōu)惠方式來(lái)擴(kuò)大銷路的同時(shí)，在其所在地車庫(kù)設(shè)置上述充電設(shè)施，及售后維護(hù)服務(wù)站，如此即可全面解決對(duì)新能源汽車購(gòu)車者的后顧之憂。為擴(kuò)大其應(yīng)用可增設(shè)電動(dòng)微轎車自助租用服務(wù)，憑具有數(shù)年無(wú)相關(guān)違章駕駛記錄的駕照和身份證，預(yù)交相應(yīng)保證金辦理其自動(dòng)租用信用卡，利用低廉的車價(jià)和比加油還快的蓄電池更換法就更便于實(shí)施，用戶最終按所駛里程數(shù)繳納租金，租用點(diǎn)主要設(shè)置在火車站、飛機(jī)場(chǎng)等地，該車須配有GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，使外地游客也能方便地自駕游，為各種遠(yuǎn)途出行的換乘帶來(lái)極大方便，即推廣了電動(dòng)汽車應(yīng)用，也有利于資源共享和發(fā)展相應(yīng)的服務(wù)產(chǎn)業(yè)。
4結(jié)束語(yǔ)
上述綜合了汽車、電機(jī)、控制、交通及技術(shù)經(jīng)濟(jì)多學(xué)科的五大理論，經(jīng)完備的深入分析研究。提出了可極大提高電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)和轉(zhuǎn)向三大執(zhí)行機(jī)構(gòu)快速響應(yīng)性及其性價(jià)比，和基于四大基礎(chǔ)部件的電動(dòng)汽車最佳結(jié)構(gòu)的五項(xiàng)發(fā)明專利；優(yōu)化電動(dòng)汽車性能和交通管理來(lái)綜合解決汽車引起的能源危機(jī)、環(huán)境污染、交通事故、道路擁堵四大負(fù)面效應(yīng)；結(jié)合國(guó)情和現(xiàn)有技術(shù)分析了適于普及的節(jié)源環(huán)保型電動(dòng)微轎車，提出盡快商品化的研發(fā)模式。分析目前雖已投入大量人力、物力，但電動(dòng)汽車性價(jià)比遲遲未能被民眾所接受。且將化巨資投入說(shuō)明了國(guó)家對(duì)其是何等重視，但技術(shù)實(shí)施的正確性對(duì)其效果又是何等重要。由于前述所提措施極其周全完善，進(jìn)一步具體技術(shù)說(shuō)明在參考文獻(xiàn)資料中均有詳細(xì)介紹，是我們經(jīng)8年來(lái)對(duì)電動(dòng)汽車、智能交通等相關(guān)技術(shù)深入分析研究，結(jié)合曾從事30年的數(shù)控技術(shù)積累，將數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)用于電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)，綜合多學(xué)科理論所提出的目前世界上最新、考慮最全面、最具獨(dú)創(chuàng)性的技術(shù)措施。可化相對(duì)較少投資獲得極優(yōu)越的效果，這將為當(dāng)前正在全面展開(kāi)的新能源汽車產(chǎn)業(yè)化，并為盡快在電動(dòng)汽車領(lǐng)域趕超世界領(lǐng)先，提供極好的可實(shí)施技術(shù)方案。但由于具體實(shí)施需整合電動(dòng)汽車新產(chǎn)業(yè)鏈，通過(guò)聯(lián)合協(xié)作研發(fā)加快實(shí)施步伐，又涉及到多個(gè)政府部門。所以該項(xiàng)國(guó)家級(jí)系統(tǒng)工程急需得到中央政府國(guó)務(wù)院及其所屬相關(guān)部委領(lǐng)導(dǎo)的切實(shí)有效支持，經(jīng)統(tǒng)籌規(guī)劃和組織協(xié)調(diào)來(lái)具體落實(shí)。使黨中央一直在強(qiáng)調(diào)的“以科技創(chuàng)新提高生產(chǎn)力、創(chuàng)新是挽救企業(yè)的根本出路、以科技振興中華”能真正落實(shí)到實(shí)處。
作者簡(jiǎn)介
王貴明（1950-）男 高級(jí)工程師/研究生，現(xiàn)就職于浙江工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院車輛工程研究所。自1984年以來(lái)先后獲國(guó)家、機(jī)械部、省市多項(xiàng)科技成果獎(jiǎng)。編寫技術(shù)專著兩部，發(fā)表論文30余篇。
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