SIMDrive先行开发车通过液压成型和CFRP实现轻量化
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。
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。
