摘 要：綜合汽車、電機、控制、交通及其技術經濟多學科的五大理論，經完備的深入分析研究。提出了可極大提高電動汽車驅動、制動和轉向三大執行機構快速響應性及其性價比，和基于四大基礎部件的電動汽車最佳結構的五項發明專利；優化電動汽車性能和交通管理來綜合解決汽車引起的能源危機、環境污染、交通事故、道路擁堵四大負面效應；結合國情和現有技術分析了適于普及的節源環保型電動微轎車，提出盡快商品化的研發模式。為此需整合重組新汽車產業鏈通過聯合協作攻關以趕超世界領先，從而帶動國民經濟騰飛，以此振興中華。
關鍵詞：五大理論 快速響應 最佳結構 節源環保 電動微轎車 新產業鏈
1引言
電動汽車是節能環保的未來汽車已被世界所公認。盡管各國投入了大量人力、物力，并為此也推出許多相應政策，但其性價比及實用性還遲遲未能被廣大民眾所接受，其原因值得分析。
2研發電動汽車需用更完備的理論為基礎
作為新興的機電一體化電動汽車的研發除了運用傳統汽車理論--車輛動力學、更應以電機拖動理論及其控制理論為基礎，并還需遵循交通管理理論以及技術與市場經濟須互為促進的規律。
電動汽車的最大不同點是以電機驅動為動力源，所以須按電機拖動理論來分析比較各類電機的負載特性，結合汽車多變行駛工況的各種特性要求，找出最適合的電機類型和最佳的驅動結構形式，以充分發揮電動汽車用電機驅動控制的各種應有技術優勢。
由于電機控制及改善整車性能的要求，按控制理論分析，須提高汽車驅動、制動和轉向三大執行機構的快速響應性，利用當今迅猛發展的微電子等技術，通過檢測反饋、微機運算控制來準確及時調整各車輪的驅動力、制動力、轉向角，以極大提高整車的操控性、穩定性和安全性。
為使汽車應有的高效、便捷功能真正得以發揮，必須以交通暢通為前提。根據我國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考慮車型。
按技術經濟理論，產品發展須遵循技術與市場經濟互為促進，循環同步發展的規律。而技術的提高還需先易后難、循序漸進，所以電動汽車研發也應先揚長避短地繞其瓶頸口，按現有技術和國情找出可使其盡快普及商品化的突破口，再按技術進步來解決其瓶頸問題以利高效有序發展。
完備的理論是制勝的法寶或必要前提。總結多年來的經驗，綜合應用各相關理論，結合實際，全面深入分析未來電動汽車應有的最佳結構和研發模式，將使當前開發電動汽車盡早走出困境，盡快向民眾普及推廣，并使我國在該領域能快速趕超世界領先，這正是本文所研討的最終目標。上述所涉及的五大理論在具體應用中也互為關聯而影響，現就此展開分析研討如下。
2.1按控制理論分析提高汽車三大執行機構快速響應性是改善其性能的關鍵
根據控制理論分析整個閉環控制系統中每一環節的時間響應均是決定系統穩定及其性能指標的重要參數，通常一個閉環系統應包含傳感測量、計算控制、執行機構三大環節。隨著電子、傳感、微機控制技術發展，前兩個環節以電子傳輸速度使響應均較快，而執行機構往往制約了整個系統的性能指標，并隨所采用的機械、液壓、電機執行裝置不同，動態響應也將相差許多。
以汽車巡航控制所用發動機或電動機兩種調速系統比較為例：發動機調速系統需通過控制節氣門來調節其噴油量，并經發動機燃爆→曲軸連桿→飛輪→變速箱→萬向節→驅動橋及其差速器等多個環節才能傳輸至車輪；而電動機調速系統直接控制電機驅動電流的電壓或頻率既能實現。所日本專家指出發動機與電動機的調速動態響應要相差2個數量級。而電動汽車若采用“零傳動”方式的輪轂電機驅動，可控車速的動態響應還要快，即能高于數百倍。由于傳統汽車巡航控制的發動機調速響應時間要比傳感測量與計算控制慢幾個數量級，為確保整個系統的穩定，即使車速不產生忽高忽低的震蕩，俗稱“游車”現象，只能降低穩態精度即調速誤差和動態響應性能等，按控制理論說即需增加滯后校正環節來確保系統穩定性而降低各性能指標。
汽車執行機構應包含驅動、制動、轉向三大環節，它即是制約整輛汽車性能的主要環節，其快速響應性也是決定操控汽車安全穩定行駛的重要因素。針對傳統汽車的發動機驅動、由液壓等方式制動和轉向助力因摩擦阻尼使動態響應均較慢，從而制約整車性能難以有效提高。為此綜合多項技術的深入分析與研究，利用電機的電與磁轉換是按光速進行的動態響應過程，提出能全面提高電動汽車驅動、制動、轉向三大執行機構的快速響應性和性價比的四項發明專利。簡述如下：
(1)兼有電動、發電回饋和電磁制動多功能的磁阻式輪轂電機[1]
通過對車輛起步、加速、爬坡、下坡、高速、低速、滑行、降速、制動和停車等各種行駛工況的全面特性分析，總結出電動汽車對驅動電機的六項性能要求[2]。按電磁場理論，電機本身除了電動、發電，還應有電磁制動功能。為此經分析比較各類調速電機結構原理后，通過對變磁阻電機的電磁轉矩方程等深入分析和改進設計，提出兼有電動、發電回饋和電磁制動多功能的兩種磁阻式輪轂電機。由于變磁阻電機具有結構簡單、堅固可靠、電機與控制器綜合成本低、調速性能好、效率高等優點，與目前普遍應用的交流變頻或永磁無刷等電機相比，特別具有高起動轉矩、可控起動電流和較高的短時過載能力，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。通過結構改進又提高了電磁制動效能，而發電回饋-電磁制動相結合反復進行的制動過程，類似于防抱死制動系統ABS或驅動防滑轉控制ASR的制動過程，從而可提高車輛行駛的安全性、穩定性和操控性。諸多優點既能極好地全面滿足電動汽車對驅動電機的六項基本要求。
(2)具有起動繞組的單相開關磁阻式多功能輪轂電機[3]
又由于輪轂電機受車輪轂內結構體積限制，對汽車輪轂電機的單位體積功率提出了特殊的較高要求。而單相開關磁阻電機恰好具有該特點，但缺點是無自起動功能，通過對各類電機起動機理分析比較，提出了用直流電機原理啟動，按變磁阻原理運行，具有更好的電磁制動等多功能的組合式創新電機。也使該廉價而高效電機所具有的結構更簡單、堅固可靠等各項優點得到充分發揮。
(3)基于直線電機控制的汽車轉向系統[4]
通過分析汽車轉向系各功能要求與其相應機構運行原理的關系，根據轉向機構最終帶動轉向節臂的橫拉桿均為左右直線運動等特點，提出了用直線步進電機直接帶動左右橫拉桿，使控制更直接，動態響應更快，且省去了大量機械或液壓部件，使結構更簡捷，利用直線步進電機的控制特點，即可方便地充分滿足轉向力隨車速變化的各控制要求，又提高了轉向精度和實施高性能汽車四輪轉向系統的性價比。
(4)四輪轂電機驅動四輪轉向電子差速控制系統[5]
鑒于輪轂電機驅動諸多優勢[2]和其功率較難大幅提高，所以可采用四臺輪轂電機替代常規的一臺電機來實現小馬拉大車。而四輪驅動可充分提高地面附著力，又結合直線電機控制轉向技術，更易實現全面改善轉向性能的四輪轉向。通過對電子差速轉向原理分析和數學推導，提出四輪轂電機驅動四輪轉向的全新電子差速計算理論及其實施的結構原理。由于它主要在軟件上增加相關的算法控制，所需的傳感器等部件均可兼用，硬件成本增加很少。其實施將極大地減小低速轉彎半徑、提高高速轉向穩定性和響應快速性。
2.2充分發揮電動汽車用電機驅動控制的各種應有技術優勢
通過對發動機功率Pe、轉矩Ttq和有效燃油消耗率b隨其曲軸轉速n的變化曲線即其外特性，以及發動機與電動機動力特性曲線的比較分析[2]，說明傳統汽車為適應發動機能高效產生轉矩的轉速范圍很窄等特點須采用龐大而復雜的變速機構。而電動機可在相當寬廣的調速范圍高效產生轉矩，現代電機直接轉矩控制理論使該技術已得到越來越廣應用，對此數控伺服驅動（從早期的伺服電機需經齒輪減速來放大扭矩，到后來均由電機直接帶動絲杠，更有采用直線電機直接驅動機床拖板以及用電主軸進行強力切削等應用實例）早已進入實用化，調速比可高達1:20000，遠高于汽車行駛的變速要求。而電機直接轉矩控制取消了機械摩擦損耗，提高了剛性，即節能減噪、簡化機構，又提高了動態響應性。而且電動機又有相當的短時過載能力，良好電機能達數分鐘內過載額定功率的3倍甚至更高倍數，滿足汽車頻繁重載起步、短時加速超車、爬短坡等各種行駛要求。即電動汽車用電機驅動相對發動機有數百倍的快速響應、數千倍的調速比、相當的短時過載能力等諸多優勢。因此電動汽車需充分發揮電機驅動應有的各項技術優勢，按汽車行駛工況的負載特性選擇合適的電機類型，并通過對結構突破性改進變革，達到簡化機械機構、降低車載自重和成本、提高動態響應性及其控制性能，即可提高電動汽車性價比，使其盡快普及商品化。
而分析比較現所研發的眾多電動汽車，結構均沿襲傳統的設計模式。由于沒從發揮電機驅動優勢來突破性改進其結構，最大特點是為滿足車速、加速及續駛里程等指標，增大了電機功率和蓄電池容量。如一款定價30萬元的品牌純電動轎車，雖采用高性能蓄電池，但由于電動機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。按車輛動力學可知，汽車的滾動阻力、坡度阻力、加速阻力均與車載質量成正比。因此車載自重的增加不僅使原本為改善汽車動力性能而增大的電機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有優勢。該車為滿足大量電池的空間布局，增大了車身尺寸和車內地板高度，外觀看似大氣而豪華，但車內地板的增高即影響乘坐舒適性，也增加一定風阻。也因大量電池集中安置于車中，增加了電池發熱與散熱難度，于是也提高了電池管理系統的復雜性，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確保續駛里程。
并且按電機拖動理論對電機的選型需特別注重負載特性匹配，由于調速電機有直流、交流、永磁無刷、變磁阻等多種類型[2]，各類電機帶負載特性不同，其適用性也各有區別。因此按汽車行駛工況的負載特性要求，選擇合適的電機類型顯得尤其重要。但分析現有電動汽車介紹，發現所選電機幾乎應有盡有，存在盲目選擇的相應誤處。有的品牌電動汽車竟還采用了永磁同步電機，而同步電機的最大特點是調速精度極高（轉速總與電源頻率同步），雖效率較高可提高10%左右，但其過載能力很差。未能發揮前述數分鐘內可過載額定功率，3倍以上的優勢，在滿足起步、加速、爬短坡等短時過載要求的同時，可較大減小電機功率來降低成本和車載自重。所以這對行駛工況多變、調速精度要求不高的汽車存在顧此失彼。可以說因傳統汽車業的部分設計專家，對發動機及其機械傳動機構是特別精通，而對電機理論會有所忽視，容易按電機推銷商的意向產生“拉來黃牛就作馬”的現象。當然，如榮威E1純電動概念車已采用了較理想的輪轂電機、奧迪e-tron為四驅超跑概念車，其性能均得以較大提升，公司也稱其代表了未來汽車的發展方向。
對于電動汽車電機驅動最佳控制方式，前已介紹兩項多功能磁阻式輪轂電機專利技術。在此還需按電機學，利用開關磁阻電機獨特的電磁轉矩
方程式來分析說明其控制特性：
由于電機電流與轉速成反比，電磁轉矩Tem與電流i又成二次方關系（而對于常用的交、直流電機均為一次方），因而磁阻電機更易獲得低速大扭矩，即特別適于汽車帶負載起步等要求。但由于電動汽車由蓄電池供電，過大的峰值電流極易損壞蓄電池，因此電機低速啟動時須通過斬波限流控制。即低速時采用電流斬波恒轉矩調速，高速時采用角度位置恒功率調速，以獲得較寬的調速范圍。并且由于Tem與i2成正比，即電磁轉矩的正、負與電流的方向無關，所以每相繞組可通過單方向的電流供電。如此，每相繞組的電流只要采用一只開關管來控制，這不僅使整個驅動變流器所用器件可減少一半，還避免了一般變流器上、下橋臂若同時導通引起電源短路，提高了系統的可靠性。而對于電機驅動控制器的成本主要是大功率開關管，并且對單相磁阻電機其驅動控制器成本還可更低。對于開關磁阻電機因轉矩脈動引起的噪聲及振動也已提出了相應改進方案，這已在數控發展初期對功率步進電機性能改進中得以證實。開關磁阻電機是很有發展前途的新興機電一體化能量轉換裝置，而應用需在大功率開關管和高速數字信號處理器DSP快速發展基礎上獨顯優勢。近已在業內得到重視和深層次研究，而應用于電動汽車更有獨特優勢。
在此再舉一簡單實例，對于電動自行車在相同蓄電池容量前提下，若采用優質高性能輪轂電機與劣質低性能電機相比其續駛里程將相差一倍。如在相同續駛里程要求下其蓄電池容量即可減少一半，而對于電動汽車若蓄電池減少一半即極大地降低了成本，也使車載自重相應減少許多，如此又能進一步改善動力性，所以驅動電機的選擇對提高電動汽車性價比是何等的重要。
2.3綜合各相關理論電動汽車的最佳結構應由四大基礎部件[6]所組成
數字化整車 控制系統 含多功能輪轂 電機的車輪 蓄電池組 直線電機控制 的轉向機構
綜合汽車理論、控制理論和電機拖動理論等各相關理論分析，并充分利用高速發展的微機控制、傳感測量和電機驅動等技術優勢。提出了電動汽車的最佳結構應由含多功能輪轂電機的車輪、高儲能裝置、高性能轉向系統和數字化高性能整車控制系統四大基礎部件加車身與內飾組成。這將極大簡化汽車結構以降低車載自重、提高整車控制動態響應性及其性價比。附圖所示為四大基礎部件在純電動汽車上的結構布局示意圖。現對四大基礎部件分別簡述如下。
附圖 四大基礎部件在純電動汽車上的結構布局示意圖
(1)含多功能輪轂電機的車輪
即為采用四臺含兼有電動、發電回饋和電磁制動多功能輪轂電機及其驅動控制模塊的車輪，它利用前述兩項專利結合輪轂電機的諸多優勢，為電動汽車確立了最佳的電機驅動結構[2]。微機多CPU總線控制已是現代汽車較多采用的控制方式。對于四輪轂電機控制運用CPU總線技術，將驅動控制模塊集成在車輪內，可極大簡化電動汽車內部線路布局，即提高可靠性，也便于故障診斷和維修。實施該機電一體模塊化控制結構有利提高性價比。采用輪轂電機“零傳動”方式直接驅動車輪，使汽車結構發生脫胎換骨的變革。機械傳動鏈的縮短，即極大提高對車輪控制的快速響應性，也降低大量機械部件成本和車載自重，提高整車驅動效率，有利于節能減噪，還騰出許多空間便于汽車總體布局。由于只有驅動輪才能實現制動能量回收，省去機械傳動損耗對車輪動能回收又更直接，采用四臺兼有發電回饋等功能的輪轂電機，在汽車滑行、降速和下坡行駛中可成倍提高動能回收率。如同高檔轎車采用4WD四輪驅動又可充分利用車輪對地面附著力，極大改善車輛的越野通過性、防滑制動、快速轉向等性能。
(2)高儲能裝置
高儲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題，現階段還難以推廣應用。對于蓄電池雖可采用目前成熟、價格低的鉛酸蓄電池。但按技術發展應盡可能采用對我國有得天獨厚資源優勢的鋰電池，如磷酸鐵鋰電池、聚合物鋰離子蓄電池等。或采用高比功率、低比能量的超級電容與高比能量、低比功率鋁空氣電池相結合，以及其他的多種組合形式，通過揚長避短、優勢互補，來綜合提高加速、爬坡以及續駛里程等性能。近據報道，一種即可用作充電電池，也可用作燃料電池的鋰-空氣電池在技術上已獲得突破性進展。該電池作充電電池用時，比能量可高于現有鋰離子電池十幾～數十倍。如作為燃料電池用，采用更換正極的水性電解液和負極的金屬鋰，其能量密度和更換時間均有望優于傳統的加油方式。因此，該鋰-空氣電池若進入實際應用，傳統汽車和處于過渡期的混合動力電動汽車就有可能被淘汰，而各類純電動汽車和燃料電池汽車將被很快普及應用。據預估該鋰-空氣電池還需10年有望能進入商用，當然國家也需投巨資來加快該鋰-空氣電池研究以促使盡早進入實際應用。而對于汽車等相關企業更應為各類電動汽車都需應用的電機驅動最佳方式，未來各類電動汽車最佳結構組成的四大基礎部件做好技術儲備，掌握該四大核心部件的關鍵技術即可迎接新的更大挑戰。
(3)高性能轉向系統
即指能極大改善轉向性能由直線電機控制的四輪驅動四輪轉向電子差速轉向系統[2]。它是在四輪轂電機驅動基礎上，結合前述兩項相關專利技術而組成。其成熟應用也將為未來各類汽車的轉向技術發展打下極好基礎。
(4)數字化整車控制系統
即采用數字化液晶顯示、多CPU微機總線控制方式，可分為基本型和高性能型。基本型僅滿足電動汽車基本控制要求，使其盡快進入實際應用。高性能型需采用多傳感器進行四輪驅動四輪轉向與電子穩定系統ESP相結合的控制方式，對此，利用多功能輪轂電機四輪驅動結合直線電機控制四輪轉向可極大地提高汽車驅動、制動、轉向三大執行機構快速響應性，避免現有高檔轎車采用傳統方式執行機構，動態響應較慢使性能難以有效發揮。而采用能進行數控插補實現多軸伺服聯動，控制機床精確行走各種曲線、曲面軌跡的微機控制，用來控制多功能輪轂電機實現四輪驅動四輪轉向，按所測信號及時準確調整前、后、左、右各車輪的驅動力、制動力、轉向角將會更易實施。并利用四輪驅動提高了地面附著力（俗稱抓地能力），這可全面提高汽車行駛的穩定性、操控性、安全性以及轉向性能，還將極大提高整車性價比。
采用該四大基礎部件也更便于實施專業化流水生產模式來極大提高性價比。這也是未來各類電動汽車的最佳結構，掌握該四大核心部件的關鍵技術是趕超世界領先，提升未來汽車業競爭力的基本前提，以此即可擺脫我國汽車業長期受國外技術的束縛。
2.4優化電動汽車性能和交通管理以消除其四大負面效應
汽車百年多來為經濟發展、社會進步、改善生活等均起著巨大的作用。但于此同時也引起了能源危機、環境污染、交通事故和道路擁堵四大負面效應。消除或極大減小四大負面效應是當今社會須可持續發展對汽車及交通業界提出的新挑戰。在高新技術日新月異發展的今天，作為發明創造汽車的人類即有責任，也有能力來極大減小此四大負面效應。優化電動汽車性能并結合改進交通服務設施有望承擔起此重任。毋庸置疑，電動汽車為解決能源危機和環境污染起到顯著作用，這已引起世界各國政府和汽車業界高度重視，但關鍵是選用更有效措施，提高其性價比來盡快推廣應用，這在前述已從理論與技術上進行了分析，后述還將從方法措施上進行探討。在此，主要針對交通事故和道路擁堵進行分析，提出相應解決措施。且這四者間也互為關聯，如按現有技術和國情即刻可使性價比滿足民眾需求，又提高交通資源利用率1倍多的節源環保型電動微轎車[2]作為普及型私家車予以實施，即緩解了能源危機和環境污染，又為改善交通建立必要前提，并且所提各項性能優化更易于在該小而全的電動微轎車上實施從而即可減少交通事故。
交通事故使全球每年致死人數近50萬，致人殘疾和給家庭帶來不幸的數額更是巨大，對此人們已稱其為曠日持久的“交通戰爭”。為減少交通事故，除了加強交通管理、規范制度規則、改善路況及道路安全設施等外，還更需提高汽車本身的安全性能。為此，業界也提出了多項主動安全性與被動安全性技術措施。對于汽車主動安全性措施主要有防抱死制動系統ABS、驅動防滑轉控制ASR、電子穩定系統ESP、各種轉向系優化及電子差速控制、安全測距防撞控制系統、電子控制懸架系統ECSS和汽車電子巡航控制系統CCS等[2]。有的已成熟應用，有的還待提高性價比來推廣。但其性能的有效性主要還需取決于汽車執行機構的快速響應性。如其中電子穩定系統ESP是最能全面改善汽車行駛的安全性、操控性和穩定性，目前雖在高檔轎車上被較多采用，但由于所需控制的驅動、制動及轉向三項執行機構采用了傳統方式，其動態響應均不快，所其性能也較難有效全面發揮。而前述提出的四項發明專利即能極大地提高該三項執行機構的快速響應性，并采用由四大基礎部件組成的電動汽車最佳結構，通過前述高性能型數字化整車控制系統的控制方法就能更有效發揮。所以充分發揮電動汽車用電機驅動的各種技術優勢，利用當今高速發展的微電子、傳感器等控制技術，即能實施傳統汽車難以達到的性能更好、性價比更高的各種優化技術。將極大地提高汽車行駛的安全性、操控性和穩定性，從而大大減小交通事故和其危害程度。
道路擁堵使汽車應有的快捷、舒適、高效無法發揮，即增加了油耗和排污，也造成了巨大的經濟損失，嚴重影響了城市經濟的發展。合理有效治理交通需以交通管理理論為基礎，針對我國城市人均交通資源(據分析比發達國家相差十幾至幾十倍)緊缺的實情，須從提高汽車對交通資源的人均利用率和改進交通服務設施兩者雙管齊下地進行。兩者雖主要涉及汽車和交通兩個專業，并也關聯其他而互為影響。現簡述各有關措施：通過汽車性能優化來減小其轉彎半徑及滯留時間、提高汽車通過性和道路通行能力；推廣可提高交通資源利用率1倍多的節源環保型電動微轎車作為普及型私家車；推出增加相應輔助設施與服務功能的高效出租車以提高其車載率；并通過優化公交線路布局、多形式快速公交專車及其改善公交設施等多項改進公交服務措施來提高公交車的載坐率；通過互通交叉立交橋、環島形交叉路口、智能交通燈控制、經喇叭形延伸擴展交叉路口等多項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動車的低平板輪轂式電動過渡車以解決交叉路口機非交織混行問題；建造占地面積小的立體車庫以解決市區停車難；充分發揮交警在交通管理中的重要作用，將工作變被動為主動來提高實效性。上述所提各項措施均有如何實施的具體內容[2]，作者多年來通過對各種交通問題的長期觀察和結合相關理論的深入分析研究而提出，在此限于篇幅不再一一細述。由于具體實施涉及到多個部門的協調，存在相應難度，但為全面解決當前日益突出的交通難題，希望政府及相關部門能盡早研究實施。
2.5按國情和現有技術找出即刻可使電動汽車普及商品化的突破口
根據各類電動汽車結構特點，結合國情（利用電動汽車在我國應有的三大優勢）找出按現有技術即刻可普及商品化的突破口，即先揚長避短地繞其瓶頸口，再以技術與經濟良性循環來促進電動汽車技術發展，是盡快緩解能源危機、環境污染的有效策略。并也為我國在未來汽車業趕超世界建立極好戰機，若錯失必會很遺憾。而當今汽車業決策層總以追求高檔豪華為目標，殊不知這也恰是目前發展電動汽車的瓶頸。值得分析的是盡管多年來為此已投入上千億，但電動汽車的性價比遲遲未能滿足民眾之需求。
電動汽車三大類間關系為：純電動汽車是技術基礎；混合動力電動汽車是發展中過渡模式；燃料電池汽車是理想目標。且三類電動汽車都要用電機作驅動，所發展電機技術是基礎之基礎。發展混合動力電動汽車相對我國技術優勢不大，成本也總難以下降。燃料電池汽車雖是理想目標，但目前在氫原料成本及氫安全等問題還有待作大量研究提高。而抓好純電動汽車技術基礎在我國有市場、資源、技術三大優勢：純電動汽車主要存在能量不富裕特點，特別適于微型車制作，而我國家庭也正呈小型化結構，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展潛力是鋰電池，而材料鋰的儲存量約一半在中國。并且我國近幾年隨電動自行車、手機、筆記本電腦等的發展也極大地帶動了電池產業，據去年深圳國際電池會議獲悉，世界三分之二的電池產自中國，中國已成為世界第一電池大國。對電動汽車電機驅動最具發展前途的是輪轂電機，而輪轂電機目前應用最多又在我國，我國處于技術領先且產銷量占全球90%的電動自行車均大量應用了輪轂電機，且技術發展需先易后難、循序漸進，所為純電動汽車發展打下相應基礎，但在電動汽車上應用關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的兩項發明專利。
在汽車業圍繞“國民車”論壇中，各專家權威的共識是：國民車應是能圓國民(大眾)汽車夢的車，即讓所有老百姓均能享受汽車文明。而隨著我國城市擴展、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。由于我國城市人均交通資源緊缺的實情，隨私家車的全面普及推廣，將帶來巨大交通的問題，使汽車應有的高效便捷無法發揮，交通擁堵不僅堵了車流，到時也會堵了私家車的大量銷路。因此設法減小私家車占用人均交通資源也應為汽車設計所考慮。而現實中私家車在高峰期均為1~2人載坐，極低的車載率對緊缺交通資源是極大浪費。所謂私家車應是專供家庭享用的車，針對我國家庭普遍為2~3人的小型化特點，又結合純電動汽車能量不富裕特點，提出可提高交通資源利用率1倍多的3人座節源環保型電動微轎車作為普及型私家車。即私家車設置為前排駕駛1人座，后排2人座，駕駛位于車前正中央，對車兩邊瞭望視覺一致，更便于把握方向和安全行駛。車寬定為0.8~
電動汽車未能及時推廣的主要原因是性價比。現所研發的電動汽車由于受傳統汽車設計思路束縛，結構基本在傳統汽車基礎上改裝而成。如純電動汽車把原有發動機換成蓄電池和驅動電機及控制器，其余結構幾乎沒變。這從設計制造來講是最簡單方便，也是眾多汽車廠家快速研發所謂新能源汽車的捷徑，分析其原因與目的也就不言而喻。分析現所研發的電動汽車因沒從結構上作突破性改進，使性價比也難有突破性提高以滿足民眾要求。為此，國家近期推出私人購買新能源汽車實施財政補貼的相關措施。這雖說明國家對節能環保的重視，但由于沒從根本上解決問題，所以即為被動，也只能為短期。前述通過綜合分析各相關理論，已充分說明未來電動汽車的最佳結構應由所述四大基礎部件組成，這也更便于實施專業化流水生產模式來極大提高性價比。但針對現有技術：最佳驅動方式的輪轂電機由于受結構體積限制，功率還一時難能達到較大汽車動力要求；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必存在增加成本和車載自重等弊端。針對純電動汽車存在能量不富裕的瓶頸口，采取前述小而全的節源環保型電動微轎車即可較容易地實施由四大基礎部件組成的電動汽車最佳結構及各種性能優化措施，通過結構上的突破性改進來極大提高性價比。它按技術發展需先易后難、循序漸進，即先用相對較低的經費來盡快研發以利推廣，再經技術與經濟互為促進良性循環來發展，以達到技術進步和經濟效益雙贏。因此該電動微轎車是未來電動汽車最佳結構的發展雛形，以安全經濟實用適于向民眾推廣為前提，是一種高起點、低要求的現實型發展模式。即為電動汽車商品化找到突破口。也為盡快掌握未來汽車關鍵技術建立必要的技術儲備。并且按我國家庭小型化和交通資源緊缺的國情，其普及推廣均有利于解決能源、環保、交通以及改善民眾生活品質等諸多問題。
對于微型車的適用面，由于恰好我國家庭呈小型化結構，隨生活水平提高，私家車銷量將占最大部分。例如我國電動自行車幾乎在沒有任何政府資助，甚至在某些地方限制政策的壓力下，頑強地發展成產銷量占全球90%以上，技術已處世界領先的全球最大電動自行車生產國、消費國和出口國。該眾所周知的不爭事實也說明它與我國百姓需求和國情特點緊密相關。而電動微轎車與電動自行車相比，安全性、舒適性都要好許多。坐在車內也可免遭日曬雨淋風吹塵土之苦。并采用最佳結構的四大基礎部件布局，極大提高汽車的安全性、穩定性和操控性，使成本按專業化流水生產模式可極大降低。電動微轎車的安全車速和載坐人數都比電動自行車高，因此人均占用交通資源的“面積·時數”比電動自行車或傳統轎車都更經濟。更適于向全民普及推廣，隨電動微轎車性價比提高，將同時取代傳統私家車和有爭議的大量電動自行車。
值得可慶的是：即將出臺《新能源汽車產業發展規劃》的意見征詢稿，其中也已提到：“要建立和完善小型低速純電動汽車標準法規體系”。針對該類所謂非道路車輛，從反對到鼓勵的過程，也說明國家已切實體驗到：純電動微轎車即有適合我國家庭小型化的市場優勢，又可打開純電動汽車能量不富裕的瓶頸口。對純電動汽車車速和續駛里程兩項指標，按現有技術，它與電機功率和蓄電池容量確是一對矛盾。兩項指標提高必增加車載自重和成本，且車載自重增加也使動力性大打折扣，即會引起相應的惡性循環。而所提出的由四大基礎部件組成電動汽車最佳結構的優點之一是簡化結構而減輕車重，相對動力性起到相應的良性循環。所以該兩項指標的提升也應遵循技術與市場經濟須互為促進的規律。回顧當初發動機技術還不成熟時，其車速也均較低。反過來目前要人們再來接受較低車速確有難度，但在城市區域現可行駛的實際車速也只能是
附表 現有單排兩座微型轎車與節源環保型電動微轎車比較
對于電動微轎車因輪距減小會降低側翻閾值，需通過四輪轂電機驅動電子差速轉向等措施來降低車輛質心高度，使其具有與豪華轎車相同或更好的側向穩定性。現以3人座的基本型為例，說明其規格和成本等。它由最佳結構的四大基礎部件加車身與內飾組成，結構與造型可參考前述附圖，車門為兩邊單開，即前排為左開門，后排為右開門。車的長/寬/高約為2800×900×
而現所研發的電動轎車由于性價比，遲遲未能被廣大民眾接受，盡管多年來各國為此已投入上千億。除了主要因汽車結構未能發揮電機驅動應有優勢作突破性改進外，還有是未能繞開由于蓄電池等因素使純電動汽車能量受限的瓶頸口。也正好我國家庭呈小型化，該節源環保型電動微轎車即可繞開瓶頸口而快速商品化。并且它介于電動自行車與傳統轎車之間，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，市場潛力巨大。并為私家車普及帶來嚴重的交通供需矛盾，按交通需求管理TDM提供了合理有效的解決途徑。即按市場規律以民眾需求來促進技術與經濟同步發展，如同國內外也有許多先從造老百姓買得起的經濟實用型車發展成為造高檔精品車的業界巨頭。
當然該四大基礎部件組成的電動汽車最佳結構也可用于單排兩座的微型轎車以改善整車性能(但交通資源問題仍不能解決)。而用于常規的兩排五座電動轎車，其實施難度主要在多功能輪轂電機的功率一次性提升上。用類比法估計該類車的每臺輪轂電機功率需大于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展中通病，多款式節源環保型電動微轎車隨性價比的提高，也有望推向如印度、日本、新加坡等一些人口密集型的國家，使節源環保的中國“國民車”成為走向世界的國民車。電動微轎車的推廣對節能減排、改善交通、發展經濟、增強國力、提高國民生活品質、盡快縮小貧富差別等都大有好處。即為電動汽車發展打好所需的技術基礎，也為能源的綜合利用開辟較好前景。按技術經濟互為促進良性循環規律，純電動汽車的推廣也將促使蓄電池技術發展，而蓄電池性價比提高為太陽能、風能、潮汐能等一類時續時斷的能源利用打下必要基礎。利用大量蓄電池經削峰填谷既能解決電力盈缺。
3整合重組新汽車產業鏈通過聯合協作攻關以趕超世界領先
從傳統汽車向電動汽車的轉變，如同普通機床向數控機床的演變，其結構的機械與電氣所占復雜系數比例將發生根本變化。回顧1642年法國科學家帕斯卡發明第一臺機械計算機，歷經了幾百年的緩慢發展，而由電子計算機取代后，經數十年快速發展，已成為當今人類不可或缺，應用于各個領域。隨著電子、電機等技術的迅猛發展，未來電動汽車也需充分利用極高快速響應性的電子、電機等元器件來取代大量響應滯后、龐大而笨重的機械、液壓裝置，使結構發生脫胎換骨的革命性變化。而且電氣產品價格逐年下降的趨勢也正好與機械相反，這從電腦、手機等性價比的快速提高足以證明。所以采用能充分發揮電子、電機各種技術優勢的四大基礎部件是未來電動汽車的最佳結構，誰首先掌握其核心技術，誰就有可能在未來汽車業趕超世界領先。我國在傳統汽車業錯失了很多機會，我國90%的汽車市場曾被外國公司占領。而電動汽車是我國汽車業趕超世界先進的絕好機遇。我國有可能由此從汽車進口國轉變為出口國。如目前我國電動自行車就已成為全球的最大出口國，其原因值得借鑒。過去中國用市場潛力換技術，中國市場世界車的階段將被改變；我國將借助新技術發展和企業成本優勢，進入世界市場中國車的時代。從而又可利用汽車龍頭產業來帶動整個國民經濟騰飛，以此振興中華。對此我們絕不能再錯失這極好良機。
隨著新能源汽車及相關技術的發展，其產業的結構鏈也將發生重大變化。如由四大基礎部件構成的電動汽車。所需新增的上游產業有電池、電機、電子(集成芯片)、傳感測量、電氣控制等科研企業，要求緊隨其需要與之配合，就能得到相應同步發展；而鋼鐵、部分機械(包括發動機、齒輪箱、萬向節等機械傳動件以及為發動機配套的各類輔助裝置)等產業將會受到沖擊或需作相應調整。對下游產業更要求充電或換電的配套設施、配有刷卡自助充電設施的停車場、相應的售后服務和交通管理等均需緊隨其后而得到相應發展；而傳統汽車維修服務、石油及其加油站等產業將會受到沖擊或需相應調整。對于上下游產業鏈中將受影響的部門，可能會因其利益而進行阻撓，而有眼光的決策者就能及時調整來適應市場變化。作為與多個行業關聯度極大的機電一體化新興產物，為確保其有效順利推廣應用，電動汽車從研發生產到銷售使用每個環節都需要新產業鏈的上下游企業密切配合。因此新型汽車產業鏈的上下游企業也需盡快得到合理的重新組合。
對于產業鏈的上游單位不僅是日后正常的配套提供，更必須在研發、試制及改進的初期予以緊密配合。為此首先需要選擇合適的科研企業建立完善的協作機制，就四大基礎部件的研發特別需要電機、電子(集成芯片)、微機控制和傳感測量等多家密切配合，各家也需要電動汽車廠及時提供并經共同研討，確定合理可行的具體技術方案、結構原理、控制要求以及各相關規格參數等。為全面提高電動汽車性價比，四大基礎部件還需由專業廠以流水線加工、裝配方式生產，再經整車廠以流水線方式將其各部件及車身、內飾等裝配而成。為此需要通過聯合協作研發建立完備而永固的友好合作關系，為確保新產業鏈各相關企業從聯合攻關研制到長期協作均能高效有序進行，還須制定切實可行、合理有效的長期合作協議，做到分工有序、各展己長、同心協力、資源共享、有賞轉讓、共享成果，還須避免重復研究、重復引進。通過聯協攻關即可極大地加快研制步伐，使各項工作有計劃地同步展開、有序銜接、連續進行。也可充分利用各協作單位現有的科技力量和設備，以相對較小的投入來獲得極高的效益。通過聯合協作研發在加快電動汽車普及商品化的同時，即能使各相關產業長期共享電動汽車產業鏈的大蛋糕，也能盡快掌握電動汽車最佳結構的四大基礎部件的核心技術以趕超世界領先，從而擺脫我國汽車業長期受國外技術的束縛。
對于產業鏈的下游企業要求及時做好售后服務以及充電配套設施等對其推廣應用至關重要。對此，除了利用現有傳統汽車維修站進行相應的技術配套改進外，更需為解決純電動汽車最棘手的續駛里程問題制定合理有效的措施。為此經分析特提出相應方案：針對現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、慢速充電不宜在現有加油站實施，而前述對電動微轎車采用鋰電池由專用器具更換2分鐘就可完成，在現有加油站只需少量投資設施就可配套服務，還能對所換下的電池及時維護以延長壽命，和盡可能采用谷時充電。它通過少裝蓄電池即能輕載快跑還能快速多次更換相結合的方法，即確保續駛里程，還可極大降低汽車售價和運行費用。并且通過仔細分析蓄電池還必須采用租賃方式經營，這不僅是蓄電池需要定期檢測和維護，更主要蓄電池在報廢前還有較長衰退期，而在衰退期繼續使用時會影響車速及續駛里程，這對于大部分私家車主由于更換整組蓄電池需較大費用，未能馬上及時更換，會采用降低車速、甚至在夜間以降低車前照明來行駛，如此在電動汽車普及應用時，即會產生引起交通擁堵及事故的所謂蝴蝶效應。如此可以想象國家為普及應用將投巨資在現有加油站等處籌建眾多充電站，將會有何結果。而對于換電站可將衰退期蓄電池集中用于太陽能蓄電或電網削峰填谷之用。所以對蓄電池的充電配套設施應在住宅、單位及有關公共場所的停車場配以谷時自控和刷卡自助兩種充電設施，對此可采用與房產商、住宅物管委及單位進行聯營銷售，通過買房送車等優惠方式來擴大銷路的同時，在其所在地車庫設置上述充電設施，及售后維護服務站，如此即可全面解決對新能源汽車購車者的后顧之憂。為擴大其應用可增設電動微轎車自助租用服務，憑具有數年無相關違章駕駛記錄的駕照和身份證，預交相應保證金辦理其自動租用信用卡，利用低廉的車價和比加油還快的蓄電池更換法就更便于實施，用戶最終按所駛里程數繳納租金，租用點主要設置在火車站、飛機場等地，該車須配有GPS導航系統，使外地游客也能方便地自駕游，為各種遠途出行的換乘帶來極大方便，即推廣了電動汽車應用，也有利于資源共享和發展相應的服務產業。
4結束語
上述綜合了汽車、電機、控制、交通及技術經濟多學科的五大理論，經完備的深入分析研究。提出了可極大提高電動汽車驅動、制動和轉向三大執行機構快速響應性及其性價比，和基于四大基礎部件的電動汽車最佳結構的五項發明專利；優化電動汽車性能和交通管理來綜合解決汽車引起的能源危機、環境污染、交通事故、道路擁堵四大負面效應；結合國情和現有技術分析了適于普及的節源環保型電動微轎車，提出盡快商品化的研發模式。分析目前雖已投入大量人力、物力，但電動汽車性價比遲遲未能被民眾所接受。且將化巨資投入說明了國家對其是何等重視，但技術實施的正確性對其效果又是何等重要。由于前述所提措施極其周全完善，進一步具體技術說明在參考文獻資料中均有詳細介紹，是我們經8年來對電動汽車、智能交通等相關技術深入分析研究，結合曾從事30年的數控技術積累，將數控伺服驅動技術用于電動汽車電機驅動，綜合多學科理論所提出的目前世界上最新、考慮最全面、最具獨創性的技術措施。可化相對較少投資獲得極優越的效果，這將為當前正在全面展開的新能源汽車產業化，并為盡快在電動汽車領域趕超世界領先，提供極好的可實施技術方案。但由于具體實施需整合電動汽車新產業鏈，通過聯合協作研發加快實施步伐，又涉及到多個政府部門。所以該項國家級系統工程急需得到中央政府國務院及其所屬相關部委領導的切實有效支持，經統籌規劃和組織協調來具體落實。使黨中央一直在強調的“以科技創新提高生產力、創新是挽救企業的根本出路、以科技振興中華”能真正落實到實處。
作者簡介
王貴明（1950-）男 高級工程師/研究生，現就職于浙江工業大學機電學院車輛工程研究所。自1984年以來先后獲國家、機械部、省市多項科技成果獎。編寫技術專著兩部，發表論文30余篇。
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