Động cơ trong bánh xe (ĐCTBX) hay in-wheel-motor (H. 2) có thể truyền động bánh xe một cách trực tiếp. Ô-tô điện sử dụng ĐCTBX có những ưu điểm vượt trội mà ô-tô xăng không thể có được:
Hình 4. 2Động cơ trong bánh xe ở phòng thí nghiệm Hori
- Khả năng đáp ứng mô-men nhanh và chínhxác
Đáp ứng mô-men của động cơ điện nhanh gấp hơn 100 lần so với động cơ đốt trong. Nếu như mô-men của động cơ điện có thể được thay đổi sau từng chu kỳ 1 ms, thì mô-men của động cơ đốt trong chỉ có thể thay đổi sau từng chu kỳ 100~500 ms. Thông qua việc tận dụng đặc tính này, hệ thống ABS không còn cần thiết phải trang bị cho ô-tô điện nữa. Khi ô-tô điện chuyển động trên mặt đường trơn trượt, bộ điều khiển trên xe có thể phát tín hiệu điều khiển giảm mô-men một cách nhanh chóng. Có thể nói, với ĐCTBX, ô-tô điện trở thành một phương tiện có khả năng tự chống trượt.
23
Hệ truyền động động cơ đốt trong có nhiều cơ cấu cơ khí phức tạp và có tính phi tuyến cao. Vì vậy, chúng ta không thể biết chính xác mô-men quay bánh xe. Khác với động cơ đốt trong, chúng ta có thể tính chính xác mô-men của động cơ điện thông qua dòng điện, điện áp, và các quan hệ điện từ của động cơ. Kết hợp tín hiệu đo mô- men và tín hiệu đo tốc độ quay bánh xe, chúng ta có thể ước lượng lực ma sát và hệ số ma sát giữa mặt đường và bánh xe. Nói cách khác, ĐCTBX không chỉ là một cơ cấu chấp hành mà còn là một “cảm biến ảo” giúp ô-tô điện nhận biết điều kiện mặt đường. Tương ứng với mỗi loại điều kiện mặt đường khác nhau, hệ thống điều khiển trên ô-tô điện có thể điều khiển mô-men động cơ để tối ưu tỷ số trượt của bánh xe, đồng thời giảm tổn hao năng lượng điện.
- Có khả năng điều khiển phân tán mô-men ở các bánh xe
Mỗi bánh xe trên ô-tô điện có thể được trang bị một ĐCTBX. Mô-men truyền động và tốc độ quay của mỗi bánh xe có thể được điều khiển độc lập với mô-men và tốc độ quay của bánh xe khác. Nhờ đó, mô-men Nzxoay thân xe theo trục thẳng đứng đi qua trọng tâm xe có thể được điều khiển một cách chính xác. Tác động của Nz giúp ô-tô điện giữ cân bằng, chuyển động ổn định theo quỹ đạo mong muốn khi chuyển làn ở tốc độ cao, hay rẽ lái vào cung đường có hệ số ma sát thấp. Nói cách khác, ô-tô điện không cần phải trang bị hệ thống cân bằng điện tử sử dụng phanh thủy lực hay hệ thống bánh lái sau chủ động (active-rear-steering). Ngoài ra, tùy theo chế độ vận hành của ô-tô, tải đặt lên mỗi bánh xe là một đại lượng thường biến. Bằng cách phân phối mô-men truyền động một cách thích hợp đến mỗi bánh xe, chúng ta có thể cực tiểu hóa lượng điện năng tiêu thụ bởi ô-tô, và kéo dài hành trình của xe sau mỗi lần sạc.
Thông qua những phân tích kể trên, ô-tô điện với ĐCTBX đã trở thành một hệ thống điều khiển chuyển động tân tiến (novel motion control system). Ô-tô điện là một thiết bị chuyển động ở trình độ khác biệt so với ô-tô xăng và ô-tô điện nguyên thủy. Ô-tô điện có thể dùng để nghiên cứu nhiều kỹ thuật điều khiển hiện đại như điều khiển bền vững, điều khiển tối ưu, điều khiển thích nghĩ, tích hợp cảm biến… Các tri thức thu nhận được từ việc điều khiển ô-tô điện có thể được áp dụng cho nhiều
24
hệ thống điều khiển chuyển động khác như thiết bị máy bay điện và các thiết bị bay không người lái.