摘 要：综合汽车、电机、控制、交通及其技术经济多学科的五大理论，经完备的深入分析研究。提出了可极大提高电动汽车驱动、制动和转向三大执行机构快速响应性及其性价比，和基于四大基础部件的电动汽车最佳结构的五项发明专利；优化电动汽车性能和交通管理来综合解决汽车引起的能源危机、环境污染、交通事故、道路拥堵四大负面效应；结合国情和现有技术分析了适于普及的节源环保型电动微轿车，提出尽快商品化的研发模式。为此需整合重组新汽车产业链通过联合协作攻关以赶超世界领先，从而带动国民经济腾飞，以此振兴中华。
关键词：五大理论 快速响应 最佳结构 节源环保 电动微轿车 新产业链
1引言
电动汽车是节能环保的未来汽车已被世界所公认。尽管各国投入了大量人力、物力，并为此也推出许多相应政策，但其性价比及实用性还迟迟未能被广大民众所接受，其原因值得分析。
2研发电动汽车需用更完备的理论为基础
作为新兴的机电一体化电动汽车的研发除了运用传统汽车理论--车辆动力学、更应以电机拖动理论及其控制理论为基础，并还需遵循交通管理理论以及技术与市场经济须互为促进的规律。
电动汽车的最大不同点是以电机驱动为动力源，所以须按电机拖动理论来分析比较各类电机的负载特性，结合汽车多变行驶工况的各种特性要求，找出最适合的电机类型和最佳的驱动结构形式，以充分发挥电动汽车用电机驱动控制的各种应有技术优势。
由于电机控制及改善整车性能的要求，按控制理论分析，须提高汽车驱动、制动和转向三大执行机构的快速响应性，利用当今迅猛发展的微电子等技术，通过检测反馈、微机运算控制来准确及时调整各车轮的驱动力、制动力、转向角，以极大提高整车的操控性、稳定性和安全性。
为使汽车应有的高效、便捷功能真正得以发挥，必须以交通畅通为前提。根据我国城市人均交通资源特为紧缺，按交通管理理论分析，还需从提高交通资源利用率来考虑车型。
按技术经济理论，产品发展须遵循技术与市场经济互为促进，循环同步发展的规律。而技术的提高还需先易后难、循序渐进，所以电动汽车研发也应先扬长避短地绕其瓶颈口，按现有技术和国情找出可使其尽快普及商品化的突破口，再按技术进步来解决其瓶颈问题以利高效有序发展。
完备的理论是制胜的法宝或必要前提。总结多年来的经验，综合应用各相关理论，结合实际，全面深入分析未来电动汽车应有的最佳结构和研发模式，将使当前开发电动汽车尽早走出困境，尽快向民众普及推广，并使我国在该领域能快速赶超世界领先，这正是本文所研讨的最终目标。上述所涉及的五大理论在具体应用中也互为关联而影响，现就此展开分析研讨如下。
2.1按控制理论分析提高汽车三大执行机构快速响应性是改善其性能的关键
根据控制理论分析整个闭环控制系统中每一环节的时间响应均是决定系统稳定及其性能指标的重要参数，通常一个闭环系统应包含传感测量、计算控制、执行机构三大环节。随着电子、传感、微机控制技术发展，前两个环节以电子传输速度使响应均较快，而执行机构往往制约了整个系统的性能指标，并随所采用的机械、液压、电机执行装置不同，动态响应也将相差许多。
以汽车巡航控制所用发动机或电动机两种调速系统比较为例：发动机调速系统需通过控制节气门来调节其喷油量，并经发动机燃爆→曲轴连杆→飞轮→变速箱→万向节→驱动桥及其差速器等多个环节才能传输至车轮；而电动机调速系统直接控制电机驱动电流的电压或频率既能实现。所日本专家指出发动机与电动机的调速动态响应要相差2个数量级。而电动汽车若采用“零传动”方式的轮毂电机驱动，可控车速的动态响应还要快，即能高于数百倍。由于传统汽车巡航控制的发动机调速响应时间要比传感测量与计算控制慢几个数量级，为确保整个系统的稳定，即使车速不产生忽高忽低的震荡，俗称“游车”现象，只能降低稳态精度即调速误差和动态响应性能等，按控制理论说即需增加滞后校正环节来确保系统稳定性而降低各性能指标。
汽车执行机构应包含驱动、制动、转向三大环节，它即是制约整辆汽车性能的主要环节，其快速响应性也是决定操控汽车安全稳定行驶的重要因素。针对传统汽车的发动机驱动、由液压等方式制动和转向助力因摩擦阻尼使动态响应均较慢，从而制约整车性能难以有效提高。为此综合多项技术的深入分析与研究，利用电机的电与磁转换是按光速进行的动态响应过程，提出能全面提高电动汽车驱动、制动、转向三大执行机构的快速响应性和性价比的四项发明专利。简述如下：
(1)兼有电动、发电回馈和电磁制动多功能的磁阻式轮毂电机[1]
通过对车辆起步、加速、爬坡、下坡、高速、低速、滑行、降速、制动和停车等各种行驶工况的全面特性分析，总结出电动汽车对驱动电机的六项性能要求[2]。按电磁场理论，电机本身除了电动、发电，还应有电磁制动功能。为此经分析比较各类调速电机结构原理后，通过对变磁阻电机的电磁转矩方程等深入分析和改进设计，提出兼有电动、发电回馈和电磁制动多功能的两种磁阻式轮毂电机。由于变磁阻电机具有结构简单、坚固可靠、电机与控制器综合成本低、调速性能好、效率高等优点，与目前普遍应用的交流变频或永磁无刷等电机相比，特别具有高起动转矩、可控起动电流和较高的短时过载能力，更适于汽车重载起步，频繁起停、升降速的多变工况和蓄电池需避免大电流输出等各种特殊要求。通过结构改进又提高了电磁制动效能，而发电回馈-电磁制动相结合反复进行的制动过程，类似于防抱死制动系统ABS或驱动防滑转控制ASR的制动过程，从而可提高车辆行驶的安全性、稳定性和操控性。诸多优点既能极好地全面满足电动汽车对驱动电机的六项基本要求。
(2)具有起动绕组的单相开关磁阻式多功能轮毂电机[3]
又由于轮毂电机受车轮毂内结构体积限制，对汽车轮毂电机的单位体积功率提出了特殊的较高要求。而单相开关磁阻电机恰好具有该特点，但缺点是无自起动功能，通过对各类电机起动机理分析比较，提出了用直流电机原理启动，按变磁阻原理运行，具有更好的电磁制动等多功能的组合式创新电机。也使该廉价而高效电机所具有的结构更简单、坚固可靠等各项优点得到充分发挥。
(3)基于直线电机控制的汽车转向系统[4]
通过分析汽车转向系各功能要求与其相应机构运行原理的关系，根据转向机构最终带动转向节臂的横拉杆均为左右直线运动等特点，提出了用直线步进电机直接带动左右横拉杆，使控制更直接，动态响应更快，且省去了大量机械或液压部件，使结构更简捷，利用直线步进电机的控制特点，即可方便地充分满足转向力随车速变化的各控制要求，又提高了转向精度和实施高性能汽车四轮转向系统的性价比。
(4)四轮毂电机驱动四轮转向电子差速控制系统[5]
鉴于轮毂电机驱动诸多优势[2]和其功率较难大幅提高，所以可采用四台轮毂电机替代常规的一台电机来实现小马拉大车。而四轮驱动可充分提高地面附着力，又结合直线电机控制转向技术，更易实现全面改善转向性能的四轮转向。通过对电子差速转向原理分析和数学推导，提出四轮毂电机驱动四轮转向的全新电子差速计算理论及其实施的结构原理。由于它主要在软件上增加相关的算法控制，所需的传感器等部件均可兼用，硬件成本增加很少。其实施将极大地减小低速转弯半径、提高高速转向稳定性和响应快速性。
2.2充分发挥电动汽车用电机驱动控制的各种应有技术优势
通过对发动机功率Pe、转矩Ttq和有效燃油消耗率b随其曲轴转速n的变化曲线即其外特性，以及发动机与电动机动力特性曲线的比较分析[2]，说明传统汽车为适应发动机能高效产生转矩的转速范围很窄等特点须采用庞大而复杂的变速机构。而电动机可在相当宽广的调速范围高效产生转矩，现代电机直接转矩控制理论使该技术已得到越来越广应用，对此数控伺服驱动（从早期的伺服电机需经齿轮减速来放大扭矩，到后来均由电机直接带动丝杠，更有采用直线电机直接驱动机床拖板以及用电主轴进行强力切削等应用实例）早已进入实用化，调速比可高达1:20000，远高于汽车行驶的变速要求。而电机直接转矩控制取消了机械摩擦损耗，提高了刚性，即节能减噪、简化机构，又提高了动态响应性。而且电动机又有相当的短时过载能力，良好电机能达数分钟内过载额定功率的3倍甚至更高倍数，满足汽车频繁重载起步、短时加速超车、爬短坡等各种行驶要求。即电动汽车用电机驱动相对发动机有数百倍的快速响应、数千倍的调速比、相当的短时过载能力等诸多优势。因此电动汽车需充分发挥电机驱动应有的各项技术优势，按汽车行驶工况的负载特性选择合适的电机类型，并通过对结构突破性改进变革，达到简化机械机构、降低车载自重和成本、提高动态响应性及其控制性能，即可提高电动汽车性价比，使其尽快普及商品化。
而分析比较现所研发的众多电动汽车，结构均沿袭传统的设计模式。由于没从发挥电机驱动优势来突破性改进其结构，最大特点是为满足车速、加速及续驶里程等指标，增大了电机功率和蓄电池容量。如一款定价30万元的品牌纯电动轿车，虽采用高性能蓄电池，但由于电动机功率和蓄电池容量增加，使车载自重比一般轿车增加了一倍，其中一半为电池重量。按车辆动力学可知，汽车的滚动阻力、坡度阻力、加速阻力均与车载质量成正比。因此车载自重的增加不仅使原本为改善汽车动力性能而增大的电机功率和蓄电池容量都大打折扣，也使其性能变差，大量车载自重增加如同载货汽车，失去了小轿车轻便灵活应有优势。该车为满足大量电池的空间布局，增大了车身尺寸和车内地板高度，外观看似大气而豪华，但车内地板的增高即影响乘坐舒适性，也增加一定风阻。也因大量电池集中安置于车中，增加了电池发热与散热难度，于是也提高了电池管理系统的复杂性，而增加了体积和重量。并且如此多的蓄电池也难以采用更换法来确保续驶里程。
并且按电机拖动理论对电机的选型需特别注重负载特性匹配，由于调速电机有直流、交流、永磁无刷、变磁阻等多种类型[2]，各类电机带负载特性不同，其适用性也各有区别。因此按汽车行驶工况的负载特性要求，选择合适的电机类型显得尤其重要。但分析现有电动汽车介绍，发现所选电机几乎应有尽有，存在盲目选择的相应误处。有的品牌电动汽车竟还采用了永磁同步电机，而同步电机的最大特点是调速精度极高（转速总与电源频率同步），虽效率较高可提高10%左右，但其过载能力很差。未能发挥前述数分钟内可过载额定功率，3倍以上的优势，在满足起步、加速、爬短坡等短时过载要求的同时，可较大减小电机功率来降低成本和车载自重。所以这对行驶工况多变、调速精度要求不高的汽车存在顾此失彼。可以说因传统汽车业的部分设计专家，对发动机及其机械传动机构是特别精通，而对电机理论会有所忽视，容易按电机推销商的意向产生“拉来黄牛就作马”的现象。当然，如荣威E1纯电动概念车已采用了较理想的轮毂电机、奥迪e-tron为四驱超跑概念车，其性能均得以较大提升，公司也称其代表了未来汽车的发展方向。
对于电动汽车电机驱动最佳控制方式，前已介绍两项多功能磁阻式轮毂电机专利技术。在此还需按电机学，利用开关磁阻电机独特的电磁转矩
方程式来分析说明其控制特性：
由于电机电流与转速成反比，电磁转矩Tem与电流i又成二次方关系（而对于常用的交、直流电机均为一次方），因而磁阻电机更易获得低速大扭矩，即特别适于汽车带负载起步等要求。但由于电动汽车由蓄电池供电，过大的峰值电流极易损坏蓄电池，因此电机低速启动时须通过斩波限流控制。即低速时采用电流斩波恒转矩调速，高速时采用角度位置恒功率调速，以获得较宽的调速范围。并且由于Tem与i2成正比，即电磁转矩的正、负与电流的方向无关，所以每相绕组可通过单方向的电流供电。如此，每相绕组的电流只要采用一只开关管来控制，这不仅使整个驱动变流器所用器件可减少一半，还避免了一般变流器上、下桥臂若同时导通引起电源短路，提高了系统的可靠性。而对于电机驱动控制器的成本主要是大功率开关管，并且对单相磁阻电机其驱动控制器成本还可更低。对于开关磁阻电机因转矩脉动引起的噪声及振动也已提出了相应改进方案，这已在数控发展初期对功率步进电机性能改进中得以证实。开关磁阻电机是很有发展前途的新兴机电一体化能量转换装置，而应用需在大功率开关管和高速数字信号处理器DSP快速发展基础上独显优势。近已在业内得到重视和深层次研究，而应用于电动汽车更有独特优势。
在此再举一简单实例，对于电动自行车在相同蓄电池容量前提下，若采用优质高性能轮毂电机与劣质低性能电机相比其续驶里程将相差一倍。如在相同续驶里程要求下其蓄电池容量即可减少一半，而对于电动汽车若蓄电池减少一半即极大地降低了成本，也使车载自重相应减少许多，如此又能进一步改善动力性，所以驱动电机的选择对提高电动汽车性价比是何等的重要。
2.3综合各相关理论电动汽车的最佳结构应由四大基础部件[6]所组成
数字化整车 控制系统 含多功能轮毂 电机的车轮 蓄电池组 直线电机控制 的转向机构
综合汽车理论、控制理论和电机拖动理论等各相关理论分析，并充分利用高速发展的微机控制、传感测量和电机驱动等技术优势。提出了电动汽车的最佳结构应由含多功能轮毂电机的车轮、高储能装置、高性能转向系统和数字化高性能整车控制系统四大基础部件加车身与内饰组成。这将极大简化汽车结构以降低车载自重、提高整车控制动态响应性及其性价比。附图所示为四大基础部件在纯电动汽车上的结构布局示意图。现对四大基础部件分别简述如下。
附图 四大基础部件在纯电动汽车上的结构布局示意图
(1)含多功能轮毂电机的车轮
即为采用四台含兼有电动、发电回馈和电磁制动多功能轮毂电机及其驱动控制模块的车轮，它利用前述两项专利结合轮毂电机的诸多优势，为电动汽车确立了最佳的电机驱动结构[2]。微机多CPU总线控制已是现代汽车较多采用的控制方式。对于四轮毂电机控制运用CPU总线技术，将驱动控制模块集成在车轮内，可极大简化电动汽车内部线路布局，即提高可靠性，也便于故障诊断和维修。实施该机电一体模块化控制结构有利提高性价比。采用轮毂电机“零传动”方式直接驱动车轮，使汽车结构发生脱胎换骨的变革。机械传动链的缩短，即极大提高对车轮控制的快速响应性，也降低大量机械部件成本和车载自重，提高整车驱动效率，有利于节能减噪，还腾出许多空间便于汽车总体布局。由于只有驱动轮才能实现制动能量回收，省去机械传动损耗对车轮动能回收又更直接，采用四台兼有发电回馈等功能的轮毂电机，在汽车滑行、降速和下坡行驶中可成倍提高动能回收率。如同高档轿车采用4WD四轮驱动又可充分利用车轮对地面附着力，极大改善车辆的越野通过性、防滑制动、快速转向等性能。
(2)高储能装置
高储能装置包括燃料电池和各类高性能蓄电池等。氢燃料电池因氢原料问题，现阶段还难以推广应用。对于蓄电池虽可采用目前成熟、价格低的铅酸蓄电池。但按技术发展应尽可能采用对我国有得天独厚资源优势的锂电池，如磷酸铁锂电池、聚合物锂离子蓄电池等。或采用高比功率、低比能量的超级电容与高比能量、低比功率铝空气电池相结合，以及其他的多种组合形式，通过扬长避短、优势互补，来综合提高加速、爬坡以及续驶里程等性能。近据报道，一种即可用作充电电池，也可用作燃料电池的锂-空气电池在技术上已获得突破性进展。该电池作充电电池用时，比能量可高于现有锂离子电池十几～数十倍。如作为燃料电池用，采用更换正极的水性电解液和负极的金属锂，其能量密度和更换时间均有望优于传统的加油方式。因此，该锂-空气电池若进入实际应用，传统汽车和处于过渡期的混合动力电动汽车就有可能被淘汰，而各类纯电动汽车和燃料电池汽车将被很快普及应用。据预估该锂-空气电池还需10年有望能进入商用，当然国家也需投巨资来加快该锂-空气电池研究以促使尽早进入实际应用。而对于汽车等相关企业更应为各类电动汽车都需应用的电机驱动最佳方式，未来各类电动汽车最佳结构组成的四大基础部件做好技术储备，掌握该四大核心部件的关键技术即可迎接新的更大挑战。
(3)高性能转向系统
即指能极大改善转向性能由直线电机控制的四轮驱动四轮转向电子差速转向系统[2]。它是在四轮毂电机驱动基础上，结合前述两项相关专利技术而组成。其成熟应用也将为未来各类汽车的转向技术发展打下极好基础。
(4)数字化整车控制系统
即采用数字化液晶显示、多CPU微机总线控制方式，可分为基本型和高性能型。基本型仅满足电动汽车基本控制要求，使其尽快进入实际应用。高性能型需采用多传感器进行四轮驱动四轮转向与电子稳定系统ESP相结合的控制方式，对此，利用多功能轮毂电机四轮驱动结合直线电机控制四轮转向可极大地提高汽车驱动、制动、转向三大执行机构快速响应性，避免现有高档轿车采用传统方式执行机构，动态响应较慢使性能难以有效发挥。而采用能进行数控插补实现多轴伺服联动，控制机床精确行走各种曲线、曲面轨迹的微机控制，用来控制多功能轮毂电机实现四轮驱动四轮转向，按所测信号及时准确调整前、后、左、右各车轮的驱动力、制动力、转向角将会更易实施。并利用四轮驱动提高了地面附着力（俗称抓地能力），这可全面提高汽车行驶的稳定性、操控性、安全性以及转向性能，还将极大提高整车性价比。
采用该四大基础部件也更便于实施专业化流水生产模式来极大提高性价比。这也是未来各类电动汽车的最佳结构，掌握该四大核心部件的关键技术是赶超世界领先，提升未来汽车业竞争力的基本前提，以此即可摆脱我国汽车业长期受国外技术的束缚。
2.4优化电动汽车性能和交通管理以消除其四大负面效应
汽车百年多来为经济发展、社会进步、改善生活等均起着巨大的作用。但于此同时也引起了能源危机、环境污染、交通事故和道路拥堵四大负面效应。消除或极大减小四大负面效应是当今社会须可持续发展对汽车及交通业界提出的新挑战。在高新技术日新月异发展的今天，作为发明创造汽车的人类即有责任，也有能力来极大减小此四大负面效应。优化电动汽车性能并结合改进交通服务设施有望承担起此重任。毋庸置疑，电动汽车为解决能源危机和环境污染起到显著作用，这已引起世界各国政府和汽车业界高度重视，但关键是选用更有效措施，提高其性价比来尽快推广应用，这在前述已从理论与技术上进行了分析，后述还将从方法措施上进行探讨。在此，主要针对交通事故和道路拥堵进行分析，提出相应解决措施。且这四者间也互为关联，如按现有技术和国情即刻可使性价比满足民众需求，又提高交通资源利用率1倍多的节源环保型电动微轿车[2]作为普及型私家车予以实施，即缓解了能源危机和环境污染，又为改善交通建立必要前提，并且所提各项性能优化更易于在该小而全的电动微轿车上实施从而即可减少交通事故。
交通事故使全球每年致死人数近50万，致人残疾和给家庭带来不幸的数额更是巨大，对此人们已称其为旷日持久的“交通战争”。为减少交通事故，除了加强交通管理、规范制度规则、改善路况及道路安全设施等外，还更需提高汽车本身的安全性能。为此，业界也提出了多项主动安全性与被动安全性技术措施。对于汽车主动安全性措施主要有防抱死制动系统ABS、驱动防滑转控制ASR、电子稳定系统ESP、各种转向系优化及电子差速控制、安全测距防撞控制系统、电子控制悬架系统ECSS和汽车电子巡航控制系统CCS等[2]。有的已成熟应用，有的还待提高性价比来推广。但其性能的有效性主要还需取决于汽车执行机构的快速响应性。如其中电子稳定系统ESP是最能全面改善汽车行驶的安全性、操控性和稳定性，目前虽在高档轿车上被较多采用，但由于所需控制的驱动、制动及转向三项执行机构采用了传统方式，其动态响应均不快，所其性能也较难有效全面发挥。而前述提出的四项发明专利即能极大地提高该三项执行机构的快速响应性，并采用由四大基础部件组成的电动汽车最佳结构，通过前述高性能型数字化整车控制系统的控制方法就能更有效发挥。所以充分发挥电动汽车用电机驱动的各种技术优势，利用当今高速发展的微电子、传感器等控制技术，即能实施传统汽车难以达到的性能更好、性价比更高的各种优化技术。将极大地提高汽车行驶的安全性、操控性和稳定性，从而大大减小交通事故和其危害程度。
道路拥堵使汽车应有的快捷、舒适、高效无法发挥，即增加了油耗和排污，也造成了巨大的经济损失，严重影响了城市经济的发展。合理有效治理交通需以交通管理理论为基础，针对我国城市人均交通资源(据分析比发达国家相差十几至几十倍)紧缺的实情，须从提高汽车对交通资源的人均利用率和改进交通服务设施两者双管齐下地进行。两者虽主要涉及汽车和交通两个专业，并也关联其他而互为影响。现简述各有关措施：通过汽车性能优化来减小其转弯半径及滞留时间、提高汽车通过性和道路通行能力；推广可提高交通资源利用率1倍多的节源环保型电动微轿车作为普及型私家车；推出增加相应辅助设施与服务功能的高效出租车以提高其车载率；并通过优化公交线路布局、多形式快速公交专车及其改善公交设施等多项改进公交服务措施来提高公交车的载坐率；通过互通交叉立交桥、环岛形交叉路口、智能交通灯控制、经喇叭形延伸扩展交叉路口等多项措施解决最易引起拥堵的交叉十字路瓶颈口；推出可专载行人和非机动车的低平板轮毂式电动过渡车以解决交叉路口机非交织混行问题；建造占地面积小的立体车库以解决市区停车难；充分发挥交警在交通管理中的重要作用，将工作变被动为主动来提高实效性。上述所提各项措施均有如何实施的具体内容[2]，作者多年来通过对各种交通问题的长期观察和结合相关理论的深入分析研究而提出，在此限于篇幅不再一一细述。由于具体实施涉及到多个部门的协调，存在相应难度，但为全面解决当前日益突出的交通难题，希望政府及相关部门能尽早研究实施。
2.5按国情和现有技术找出即刻可使电动汽车普及商品化的突破口
根据各类电动汽车结构特点，结合国情（利用电动汽车在我国应有的三大优势）找出按现有技术即刻可普及商品化的突破口，即先扬长避短地绕其瓶颈口，再以技术与经济良性循环来促进电动汽车技术发展，是尽快缓解能源危机、环境污染的有效策略。并也为我国在未来汽车业赶超世界建立极好战机，若错失必会很遗憾。而当今汽车业决策层总以追求高档豪华为目标，殊不知这也恰是目前发展电动汽车的瓶颈。值得分析的是尽管多年来为此已投入上千亿，但电动汽车的性价比迟迟未能满足民众之需求。
电动汽车三大类间关系为：纯电动汽车是技术基础；混合动力电动汽车是发展中过渡模式；燃料电池汽车是理想目标。且三类电动汽车都要用电机作驱动，所发展电机技术是基础之基础。发展混合动力电动汽车相对我国技术优势不大，成本也总难以下降。燃料电池汽车虽是理想目标，但目前在氢原料成本及氢安全等问题还有待作大量研究提高。而抓好纯电动汽车技术基础在我国有市场、资源、技术三大优势：纯电动汽车主要存在能量不富裕特点，特别适于微型车制作，而我国家庭也正呈小型化结构，随生活水平提高私家车销量将占最大部分。作为车载能源蓄电池最具发展潜力是锂电池，而材料锂的储存量约一半在中国。并且我国近几年随电动自行车、手机、笔记本电脑等的发展也极大地带动了电池产业，据去年深圳国际电池会议获悉，世界三分之二的电池产自中国，中国已成为世界第一电池大国。对电动汽车电机驱动最具发展前途的是轮毂电机，而轮毂电机目前应用最多又在我国，我国处于技术领先且产销量占全球90%的电动自行车均大量应用了轮毂电机，且技术发展需先易后难、循序渐进，所为纯电动汽车发展打下相应基础，但在电动汽车上应用关键还需在增大功率和提高性能上下功夫，为此提出了前述相关的两项发明专利。
在汽车业围绕“国民车”论坛中，各专家权威的共识是：国民车应是能圆国民(大众)汽车梦的车，即让所有老百姓均能享受汽车文明。而随着我国城市扩展、生活水平提高，汽车销量最大的私家车已成为城市交通供需矛盾急剧上升的主要因素。由于我国城市人均交通资源紧缺的实情，随私家车的全面普及推广，将带来巨大交通的问题，使汽车应有的高效便捷无法发挥，交通拥堵不仅堵了车流，到时也会堵了私家车的大量销路。因此设法减小私家车占用人均交通资源也应为汽车设计所考虑。而现实中私家车在高峰期均为1~2人载坐，极低的车载率对紧缺交通资源是极大浪费。所谓私家车应是专供家庭享用的车，针对我国家庭普遍为2~3人的小型化特点，又结合纯电动汽车能量不富裕特点，提出可提高交通资源利用率1倍多的3人座节源环保型电动微轿车作为普及型私家车。即私家车设置为前排驾驶1人座，后排2人座，驾驶位于车前正中央，对车两边瞭望视觉一致，更便于把握方向和安全行驶。车宽定为0.8~
电动汽车未能及时推广的主要原因是性价比。现所研发的电动汽车由于受传统汽车设计思路束缚，结构基本在传统汽车基础上改装而成。如纯电动汽车把原有发动机换成蓄电池和驱动电机及控制器，其余结构几乎没变。这从设计制造来讲是最简单方便，也是众多汽车厂家快速研发所谓新能源汽车的捷径，分析其原因与目的也就不言而喻。分析现所研发的电动汽车因没从结构上作突破性改进，使性价比也难有突破性提高以满足民众要求。为此，国家近期推出私人购买新能源汽车实施财政补贴的相关措施。这虽说明国家对节能环保的重视，但由于没从根本上解决问题，所以即为被动，也只能为短期。前述通过综合分析各相关理论，已充分说明未来电动汽车的最佳结构应由所述四大基础部件组成，这也更便于实施专业化流水生产模式来极大提高性价比。但针对现有技术：最佳驱动方式的轮毂电机由于受结构体积限制，功率还一时难能达到较大汽车动力要求；而各类蓄电池比能量、比功率还未能大幅度提高，增大更多蓄电池组合势必存在增加成本和车载自重等弊端。针对纯电动汽车存在能量不富裕的瓶颈口，采取前述小而全的节源环保型电动微轿车即可较容易地实施由四大基础部件组成的电动汽车最佳结构及各种性能优化措施，通过结构上的突破性改进来极大提高性价比。它按技术发展需先易后难、循序渐进，即先用相对较低的经费来尽快研发以利推广，再经技术与经济互为促进良性循环来发展，以达到技术进步和经济效益双赢。因此该电动微轿车是未来电动汽车最佳结构的发展雏形，以安全经济实用适于向民众推广为前提，是一种高起点、低要求的现实型发展模式。即为电动汽车商品化找到突破口。也为尽快掌握未来汽车关键技术建立必要的技术储备。并且按我国家庭小型化和交通资源紧缺的国情，其普及推广均有利于解决能源、环保、交通以及改善民众生活品质等诸多问题。
对于微型车的适用面，由于恰好我国家庭呈小型化结构，随生活水平提高，私家车销量将占最大部分。例如我国电动自行车几乎在没有任何政府资助，甚至在某些地方限制政策的压力下，顽强地发展成产销量占全球90%以上，技术已处世界领先的全球最大电动自行车生产国、消费国和出口国。该众所周知的不争事实也说明它与我国百姓需求和国情特点紧密相关。而电动微轿车与电动自行车相比，安全性、舒适性都要好许多。坐在车内也可免遭日晒雨淋风吹尘土之苦。并采用最佳结构的四大基础部件布局，极大提高汽车的安全性、稳定性和操控性，使成本按专业化流水生产模式可极大降低。电动微轿车的安全车速和载坐人数都比电动自行车高，因此人均占用交通资源的“面积·时数”比电动自行车或传统轿车都更经济。更适于向全民普及推广，随电动微轿车性价比提高，将同时取代传统私家车和有争议的大量电动自行车。
值得可庆的是：即将出台《新能源汽车产业发展规划》的意见征询稿，其中也已提到：“要建立和完善小型低速纯电动汽车标准法规体系”。针对该类所谓非道路车辆，从反对到鼓励的过程，也说明国家已切实体验到：纯电动微轿车即有适合我国家庭小型化的市场优势，又可打开纯电动汽车能量不富裕的瓶颈口。对纯电动汽车车速和续驶里程两项指标，按现有技术，它与电机功率和蓄电池容量确是一对矛盾。两项指标提高必增加车载自重和成本，且车载自重增加也使动力性大打折扣，即会引起相应的恶性循环。而所提出的由四大基础部件组成电动汽车最佳结构的优点之一是简化结构而减轻车重，相对动力性起到相应的良性循环。所以该两项指标的提升也应遵循技术与市场经济须互为促进的规律。回顾当初发动机技术还不成熟时，其车速也均较低。反过来目前要人们再来接受较低车速确有难度，但在城市区域现可行驶的实际车速也只能是
附表 现有单排两座微型轿车与节源环保型电动微轿车比较
对于电动微轿车因轮距减小会降低侧翻阈值，需通过四轮毂电机驱动电子差速转向等措施来降低车辆质心高度，使其具有与豪华轿车相同或更好的侧向稳定性。现以3人座的基本型为例，说明其规格和成本等。它由最佳结构的四大基础部件加车身与内饰组成，结构与造型可参考前述附图，车门为两边单开，即前排为左开门，后排为右开门。车的长/宽/高约为2800×900×
而现所研发的电动轿车由于性价比，迟迟未能被广大民众接受，尽管多年来各国为此已投入上千亿。除了主要因汽车结构未能发挥电机驱动应有优势作突破性改进外，还有是未能绕开由于蓄电池等因素使纯电动汽车能量受限的瓶颈口。也正好我国家庭呈小型化，该节源环保型电动微轿车即可绕开瓶颈口而快速商品化。并且它介于电动自行车与传统轿车之间，更适于随生活水平提高大量工薪阶层和欲添置第二辆车的家庭需求，市场潜力巨大。并为私家车普及带来严重的交通供需矛盾，按交通需求管理TDM提供了合理有效的解决途径。即按市场规律以民众需求来促进技术与经济同步发展，如同国内外也有许多先从造老百姓买得起的经济实用型车发展成为造高档精品车的业界巨头。
当然该四大基础部件组成的电动汽车最佳结构也可用于单排两座的微型轿车以改善整车性能(但交通资源问题仍不能解决)。而用于常规的两排五座电动轿车，其实施难度主要在多功能轮毂电机的功率一次性提升上。用类比法估计该类车的每台轮毂电机功率需大于1.6kW，蓄电池容量增加为11kW•h。该车自重约为
由于交通资源紧缺也是世界许多城市扩展中通病，多款式节源环保型电动微轿车随性价比的提高，也有望推向如印度、日本、新加坡等一些人口密集型的国家，使节源环保的中国“国民车”成为走向世界的国民车。电动微轿车的推广对节能减排、改善交通、发展经济、增强国力、提高国民生活品质、尽快缩小贫富差别等都大有好处。即为电动汽车发展打好所需的技术基础，也为能源的综合利用开辟较好前景。按技术经济互为促进良性循环规律，纯电动汽车的推广也将促使蓄电池技术发展，而蓄电池性价比提高为太阳能、风能、潮汐能等一类时续时断的能源利用打下必要基础。利用大量蓄电池经削峰填谷既能解决电力盈缺。
3整合重组新汽车产业链通过联合协作攻关以赶超世界领先
从传统汽车向电动汽车的转变，如同普通机床向数控机床的演变，其结构的机械与电气所占复杂系数比例将发生根本变化。回顾1642年法国科学家帕斯卡发明第一台机械计算机，历经了几百年的缓慢发展，而由电子计算机取代后，经数十年快速发展，已成为当今人类不可或缺，应用于各个领域。随着电子、电机等技术的迅猛发展，未来电动汽车也需充分利用极高快速响应性的电子、电机等元器件来取代大量响应滞后、庞大而笨重的机械、液压装置，使结构发生脱胎换骨的革命性变化。而且电气产品价格逐年下降的趋势也正好与机械相反，这从电脑、手机等性价比的快速提高足以证明。所以采用能充分发挥电子、电机各种技术优势的四大基础部件是未来电动汽车的最佳结构，谁首先掌握其核心技术，谁就有可能在未来汽车业赶超世界领先。我国在传统汽车业错失了很多机会，我国90%的汽车市场曾被外国公司占领。而电动汽车是我国汽车业赶超世界先进的绝好机遇。我国有可能由此从汽车进口国转变为出口国。如目前我国电动自行车就已成为全球的最大出口国，其原因值得借鉴。过去中国用市场潜力换技术，中国市场世界车的阶段将被改变；我国将借助新技术发展和企业成本优势，进入世界市场中国车的时代。从而又可利用汽车龙头产业来带动整个国民经济腾飞，以此振兴中华。对此我们绝不能再错失这极好良机。
随着新能源汽车及相关技术的发展，其产业的结构链也将发生重大变化。如由四大基础部件构成的电动汽车。所需新增的上游产业有电池、电机、电子(集成芯片)、传感测量、电气控制等科研企业，要求紧随其需要与之配合，就能得到相应同步发展；而钢铁、部分机械(包括发动机、齿轮箱、万向节等机械传动件以及为发动机配套的各类辅助装置)等产业将会受到冲击或需作相应调整。对下游产业更要求充电或换电的配套设施、配有刷卡自助充电设施的停车场、相应的售后服务和交通管理等均需紧随其后而得到相应发展；而传统汽车维修服务、石油及其加油站等产业将会受到冲击或需相应调整。对于上下游产业链中将受影响的部门，可能会因其利益而进行阻挠，而有眼光的决策者就能及时调整来适应市场变化。作为与多个行业关联度极大的机电一体化新兴产物，为确保其有效顺利推广应用，电动汽车从研发生产到销售使用每个环节都需要新产业链的上下游企业密切配合。因此新型汽车产业链的上下游企业也需尽快得到合理的重新组合。
对于产业链的上游单位不仅是日后正常的配套提供，更必须在研发、试制及改进的初期予以紧密配合。为此首先需要选择合适的科研企业建立完善的协作机制，就四大基础部件的研发特别需要电机、电子(集成芯片)、微机控制和传感测量等多家密切配合，各家也需要电动汽车厂及时提供并经共同研讨，确定合理可行的具体技术方案、结构原理、控制要求以及各相关规格参数等。为全面提高电动汽车性价比，四大基础部件还需由专业厂以流水线加工、装配方式生产，再经整车厂以流水线方式将其各部件及车身、内饰等装配而成。为此需要通过联合协作研发建立完备而永固的友好合作关系，为确保新产业链各相关企业从联合攻关研制到长期协作均能高效有序进行，还须制定切实可行、合理有效的长期合作协议，做到分工有序、各展己长、同心协力、资源共享、有赏转让、共享成果，还须避免重复研究、重复引进。通过联协攻关即可极大地加快研制步伐，使各项工作有计划地同步展开、有序衔接、连续进行。也可充分利用各协作单位现有的科技力量和设备，以相对较小的投入来获得极高的效益。通过联合协作研发在加快电动汽车普及商品化的同时，即能使各相关产业长期共享电动汽车产业链的大蛋糕，也能尽快掌握电动汽车最佳结构的四大基础部件的核心技术以赶超世界领先，从而摆脱我国汽车业长期受国外技术的束缚。
对于产业链的下游企业要求及时做好售后服务以及充电配套设施等对其推广应用至关重要。对此，除了利用现有传统汽车维修站进行相应的技术配套改进外，更需为解决纯电动汽车最棘手的续驶里程问题制定合理有效的措施。为此经分析特提出相应方案：针对现有蓄电池虽可采用快、中、慢三种充电方法，但快速充电影响其寿命，中、慢速充电不宜在现有加油站实施，而前述对电动微轿车采用锂电池由专用器具更换2分钟就可完成，在现有加油站只需少量投资设施就可配套服务，还能对所换下的电池及时维护以延长寿命，和尽可能采用谷时充电。它通过少装蓄电池即能轻载快跑还能快速多次更换相结合的方法，即确保续驶里程，还可极大降低汽车售价和运行费用。并且通过仔细分析蓄电池还必须采用租赁方式经营，这不仅是蓄电池需要定期检测和维护，更主要蓄电池在报废前还有较长衰退期，而在衰退期继续使用时会影响车速及续驶里程，这对于大部分私家车主由于更换整组蓄电池需较大费用，未能马上及时更换，会采用降低车速、甚至在夜间以降低车前照明来行驶，如此在电动汽车普及应用时，即会产生引起交通拥堵及事故的所谓蝴蝶效应。如此可以想象国家为普及应用将投巨资在现有加油站等处筹建众多充电站，将会有何结果。而对于换电站可将衰退期蓄电池集中用于太阳能蓄电或电网削峰填谷之用。所以对蓄电池的充电配套设施应在住宅、单位及有关公共场所的停车场配以谷时自控和刷卡自助两种充电设施，对此可采用与房产商、住宅物管委及单位进行联营销售，通过买房送车等优惠方式来扩大销路的同时，在其所在地车库设置上述充电设施，及售后维护服务站，如此即可全面解决对新能源汽车购车者的后顾之忧。为扩大其应用可增设电动微轿车自助租用服务，凭具有数年无相关违章驾驶记录的驾照和身份证，预交相应保证金办理其自动租用信用卡，利用低廉的车价和比加油还快的蓄电池更换法就更便于实施，用户最终按所驶里程数缴纳租金，租用点主要设置在火车站、飞机场等地，该车须配有GPS导航系统，使外地游客也能方便地自驾游，为各种远途出行的换乘带来极大方便，即推广了电动汽车应用，也有利于资源共享和发展相应的服务产业。
4结束语
上述综合了汽车、电机、控制、交通及技术经济多学科的五大理论，经完备的深入分析研究。提出了可极大提高电动汽车驱动、制动和转向三大执行机构快速响应性及其性价比，和基于四大基础部件的电动汽车最佳结构的五项发明专利；优化电动汽车性能和交通管理来综合解决汽车引起的能源危机、环境污染、交通事故、道路拥堵四大负面效应；结合国情和现有技术分析了适于普及的节源环保型电动微轿车，提出尽快商品化的研发模式。分析目前虽已投入大量人力、物力，但电动汽车性价比迟迟未能被民众所接受。且将化巨资投入说明了国家对其是何等重视，但技术实施的正确性对其效果又是何等重要。由于前述所提措施极其周全完善，进一步具体技术说明在参考文献资料中均有详细介绍，是我们经8年来对电动汽车、智能交通等相关技术深入分析研究，结合曾从事30年的数控技术积累，将数控伺服驱动技术用于电动汽车电机驱动，综合多学科理论所提出的目前世界上最新、考虑最全面、最具独创性的技术措施。可化相对较少投资获得极优越的效果，这将为当前正在全面展开的新能源汽车产业化，并为尽快在电动汽车领域赶超世界领先，提供极好的可实施技术方案。但由于具体实施需整合电动汽车新产业链，通过联合协作研发加快实施步伐，又涉及到多个政府部门。所以该项国家级系统工程急需得到中央政府国务院及其所属相关部委领导的切实有效支持，经统筹规划和组织协调来具体落实。使党中央一直在强调的“以科技创新提高生产力、创新是挽救企业的根本出路、以科技振兴中华”能真正落实到实处。
作者简介
王贵明（1950-）男 高级工程师/研究生，现就职于浙江工业大学机电学院车辆工程研究所。自1984年以来先后获国家、机械部、省市多项科技成果奖。编写技术专著两部，发表论文30余篇。
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