By www.carbonfiber.com.cn

  日本电动汽车(EV)开发公司SIMDrive宣布,2011年1月启动的二期先行开发车项目“SIM-WIL”(以下简称WIL)已经完成(图1)。开发目标是试制出设想2014年前后开始量产的先行开发车,有34家打算涉足EV业务的企业和团体加盟。

  WIL与第一款先行开发车“SIM-LEI”(以下简称LEI)相比增加了电池数量,由此充电一次可行驶351km,此外还实现了与B级车车身和E级车车身相当的宽敞车内空间。另外,0~100km/h的加速时间为5.4秒,可与中级水平的跑车匹敌。



  第一款先行开发车LEI配备容量为24.9kWh的东芝产锂离子充电电池“SCiB”,续航距离在最初发布时为333km(JC08模式,之后以过小估计行驶阻力等为由下调至268km)。而此次的WIL则配备了容量为35.1kWh的松下产锂离子充电电池(18650型),续航距离为351km。即便是与LEI的修正后的数值相比,WIL所配备电池的每kWh行驶距离要短一成左右。

  关于这点,继LEI之后再次担任WIL开发负责人的SIM-Drive执行董事、车辆开发统括部长兼项目经理真贝知志阐述了WIL开发的目的:“SIM-LEI奉行‘唯效率论’,外观设计上也将空气动力特性放在第一位。此次的目标是打造可受到更多消费者青睐的‘B级中档’车辆。”

  原来的LEI重视空气动力特性,结果形成了在左右方向上使车辆后方大幅变窄的特别设计。因此,用户看到LEI后表示“不采用这种设计,就无法成为EV吗?”。

  将WIL和LEI的车身尺寸相比较,可以明白两车的轴距均为2950mm。WIL的尺寸为长4150×宽1715×高1550mm,LEI为4700×1600×1550mm,WIL的长度大幅缩短、宽度更大。这种改变从空气动力学的观点来看是不利的。明知道每单位行驶距离的耗电量会增加,但WIL还是采用了接近B级量产发动机车型的车身尺寸。

电池数量增加后车身仍较轻

  为了在空气阻力增加的情况下也要确保300km以上的实用续航距离,WIL的电池配备量增至LEI的1.4倍左右。即便如此,车身重量还是成功地由LEI的1650kg减轻70kg至1580kg。轻量化是WIL的开发课题之一。

  能够实现轻量化的关键技术是车身构造的改变。WIL的车身构造方面,底部周围与LEI一样采用在钢板冲压构造的底架内部配备电池的“Component Built-in式车架”。此外,车身上层还采用由液压成型闭截面材料构成车架的空间构架,代替了LEI的单体构造(图2)。


图2:SIM-WIL的车身构造

  从前柱到天窗侧、天窗强化材料以及中柱的上半部分等(图中绿色部分),采用了液压成型材料。

  采用液压成型材料的是连接前柱到车顶侧的部件,横跨天窗宽度方向的两根强化材料,以及中柱的上半部分。与原来通过点焊将两张钢板粘在一起时相比,部件个数减少、重量减轻,而且具有高刚性。通过采用空间构架构造,WIL的白车身重量由LEI的409kg减轻49kg至360kg。

  另一个为了实现轻量化而采用的是CFRP(碳纤维增强树脂基复合材料,简称碳纤维复合材料)制车门。采用碳纤维复合材料制作的是车门的外板和内板,窗框与普通汽车一样采用钢板制造。采用碳纤维复合材料制造的内板,根据不同部位需要的强度,粘贴了四种厚度的碳纤维复合材料(图3)。


图3:SIM-WIL采用碳纤维复合材料的车门饰板
图中是内板。可根据需要的强度,因位置而改变厚度。

  另外,WIL将车门防撞梁的部分向外侧突出以减小车门厚度,从而抑制了正面投影面积的增加,同时确保了车内空间,这种方法源自LEI。采用碳纤维复合材料后,WIL四个车门的重量(只有外板,内板和门窗)加起来为33kg,LEI的四个钢制车门为60kg,前者比后者轻27kg,即44%。

四个轮子采用未使用减速器的外转子式轮内马达,这点与LEI相同(图4)。虽然LEI追求全球最大级别的700N·m扭矩和高效率,但存在扭矩波动(由启动时的旋转不稳造成的振动)较大这个课题。据悉,WIL中配备的新型马达沿袭了LEI马达的基本构造,在维持效率和扭矩的同时,改进了磁铁的配置等,从而大幅减少了振动。


图4:外转子方式的轮内马达

  前悬挂也进行了大幅改进。虽然与LEI同为双横臂形式,但是原本为两根的上摇臂改成了高位A臂,从而提高了前后方向的刚性(图5)。


 图5:前悬挂
 将上摇臂改为高位A臂,从而提高了刚性。

  此次将配备的锂离子充电电池由东芝SCiB改成松下18650型,是因为更加注重能量密度。WIL的电池容量为LEI的1.4倍,而电池的容积却“基本没变”。


外转子方式的轮内马达



东洋电机制造株式会社(社长 甲斐邦朗)开发了采用新构思的电气汽车用直接驱动方式的《东洋轮内电机》。这是一种划时代的驱动系统。 为了把电气汽车的能源损耗控制在最低限度,本系统省略了传动装置、主动轴和差速传动机构等,把电机主体安装在轮辋内,是一种理想的电气汽车用电机。 此外在车轮内,还可以和过去的汽车一样安装盘式制动器和鼓式制动器。一般的电机是固定外框,只回转内侧。但这种电机却相反地转动外侧,在结构上称作外转子。



最近,环保成为社会上极受关注的问题。 在1997年的防止地球暖化的京都会议上,2010年的目标是必须减少CO2排量6%(1990年度比)。 为了达到这个目标,本公司开发了这种轮内电机。它以善待环境的《镶嵌型永磁铁同步电机(ED电机)》为基础研制而成,运转效率极高,是一种多极外转子型的永磁铁电机。 此外,通过轴承可安装的位置,这种电机可用于商用车、巴士等中型车的《轮毂支撑型》以及轿车等小型车的《中空轴型》的汽车上。



轮内电机具有下述的特点。

(1) 轮内电机是轴承内置的外转子型,可安装在制动装置和车轮之间,是一种自冷式的超薄型电机。
· 电机主体安装在轮辋内。电机及其结构物不会在辋外突出。和过去的型式一样,鼓式制动器和盘式制动器等可安装在辋内, 不用变更轴机构部分,也可适用于后轮和需要转向的前轮。

(2) 轮内电机是永磁铁型的同步电机,采用了集中绕组线圈的结构,是一种小型、高转矩的直接驱动电机。
· 由于采用直接驱动,因此可作完全的4轮独立驱动。减速齿轮和差速机构是电气汽车损失能量的原因。 轮内电机完全不需要这些机构,噪音低并可得到极高的传动效率。

(3) 采用超薄型变频器,可自由地进行配置。
· 控制电机驱动的变频器属超薄型,在配置上不受限制,从而可自由地布置车身。

(4) 从停止到高速行驶都可作高性能控制。
· 采用变频器进行高精度速度控制,从停止到高速行驶,加速都十分顺利。

(5) 可作高速转扭控制。
· 各电机可以分别在一瞬之间控制转扭,即使在有雪或泥泞的道路上也能保持最佳的夹持力。高速旋转时, 车身的旋转也较少,可理想地控制车身的姿势。

此外还设有《回生能源吸收用断路器》, 把车辆减速时因使用电气制动器而得到的回生能源存储在电容器内,以便在加速时用。这样就能谋求能源的高效率选用。


直接驱动方式的东洋轮内电机可广泛地应用于混合动力汽车,是一种今后具有巨大可能性的驱动系统。

等到高性能的燃料电池和锂离子蓄电池等实用化,本系统能实际安装在汽车上时,汽车的布置就有可能出现巨大的变化。

就是说,当发动机、传动装置、差速齿轮和驱动轴等被高性能的燃料电池和蓄电池取代时,汽车的布置将没有限制,各车轮可以完全独立安装, 这样就会出现打破现在的常识的汽车。