未來(lái)電驅動(dòng)主力 輪轂電機驅動(dòng)技術(shù)解析

　　新能源車(chē)現在已經(jīng)成為汽車(chē)行業(yè)頗具前瞻性的領(lǐng)域，而新能源車(chē)型的驅動(dòng)技術(shù)和傳統內燃機汽車(chē)有著(zhù)不小的區別，而其中有一類(lèi)驅動(dòng)技術(shù)有著(zhù)很大的發(fā)展前景，這就是輪轂電機技術(shù)，它和傳統的動(dòng)力系統有何區別呢？它有哪些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)呢？下面就來(lái)看看輪轂電機技術(shù)到底有哪些獨到之處。

采用輪轂電機技術(shù)的福特F-150將此前的所有傳動(dòng)部件通通舍棄不用

　　筆者注：輪轂嚴格意義上講僅指與傳動(dòng)軸連接的法蘭、軸承座等部分，不過(guò)輪轂這一名詞對于普通用戶(hù)目前更多指的是輪圈，下文中涉及的輪轂一詞將涵蓋狹義的輪轂和輪圈兩部分。

輪轂電機技術(shù)簡(jiǎn)介

　　輪轂電機技術(shù)又稱(chēng)車(chē)輪內裝電機技術(shù)，它的最大特點(diǎn)就是將動(dòng)力、傳動(dòng)和制動(dòng)裝置都整合到輪轂內，因此將電動(dòng)車(chē)輛的機械部分大大簡(jiǎn)化。輪轂電機技術(shù)并非新生事物，早在1900年，保時(shí)捷就首先制造出了前輪裝備輪轂電機的電動(dòng)汽車(chē)，在20世紀70年代，這一技術(shù)在礦山運輸車(chē)等領(lǐng)域得到應用。而對于乘用車(chē)所用的輪轂電機，日系廠(chǎng)商對于此項技術(shù)研發(fā)開(kāi)展較早，目前處于領(lǐng)先地位，包括通用、豐田在內的國際汽車(chē)巨頭也都對該技術(shù)有所涉足。目前國內也有自主品牌汽車(chē)廠(chǎng)商開(kāi)始研發(fā)此項技術(shù)，在2011年上海車(chē)展展出的瑞麒X1增程電動(dòng)車(chē)就采用了輪轂電機技術(shù)。

米其林研發(fā)的將輪轂電機和電子主動(dòng)懸掛都整合到輪內的驅動(dòng)/懸掛系統結構圖

本田研發(fā)的輪轂電機實(shí)物

上海車(chē)展上的瑞麒X1-EV

通用開(kāi)發(fā)的為150噸的重型卡車(chē)設計的輪轂電機（內燃動(dòng)力電傳動(dòng)）

　　輪轂電機驅動(dòng)系統根據電機的轉子型式主要分成兩種結構型式：內轉子式和外轉子式。其中外轉子式采用低速外傳子電機，電機的最高轉速在1000-1500r/min，無(wú)減速裝置，車(chē)輪的轉速與電機相同；而內轉子式則采用高速內轉子電機，配備固定傳動(dòng)比的減速器，為獲得較高的功率密度，電機的轉速可高達10000r/min。隨著(zhù)更為緊湊的行星齒輪減速器的出現，內轉子式輪轂電機在功率密度方面比低速外轉子式更具競爭力。

典型內轉子結構的輪轂電機驅動(dòng)系統結構示意圖

輪轂電機的優(yōu)缺點(diǎn)

　　優(yōu)點(diǎn)一：省略大量傳動(dòng)部件，讓車(chē)輛結構更簡(jiǎn)單

　　對于傳統車(chē)輛來(lái)說(shuō)，離合器、變速器、傳動(dòng)軸、差速器乃至分動(dòng)器都是必不可少的，而這些部件不但重量不輕、讓車(chē)輛的結構更為復雜，同時(shí)也存在需要定期維護和故障率的問(wèn)題。但是輪轂電機就很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。除開(kāi)結構更為簡(jiǎn)單之外，采用輪轂電機驅動(dòng)的車(chē)輛可以獲得更好的空間利用率，同時(shí)傳動(dòng)效率也要高出不少。

類(lèi)似上圖中這種傳統變速器在輪轂電機驅動(dòng)的車(chē)輛上已經(jīng)見(jiàn)不到了

傳統后驅車(chē)車(chē)廂后排地板上的突起在電動(dòng)車(chē)上也會(huì )消失，為乘員騰出更大的空間

　　優(yōu)點(diǎn)二：可實(shí)現多種復雜的驅動(dòng)方式

　　由于輪轂電機具備單個(gè)車(chē)輪獨立驅動(dòng)的特性，因此無(wú)論是前驅、后驅還是四驅形式，它都可以比較輕松地實(shí)現，全時(shí)四驅在輪轂電機驅動(dòng)的車(chē)輛上實(shí)現起來(lái)非常容易。同時(shí)輪轂電機可以通過(guò)左右車(chē)輪的不同轉速甚至反轉實(shí)現類(lèi)似履帶式車(chē)輛的差動(dòng)轉向，大大減小車(chē)輛的轉彎半徑，在特殊情況下幾乎可以實(shí)現原地轉向（不過(guò)此時(shí)對車(chē)輛轉向機構和輪胎的磨損較大），對于特種車(chē)輛很有價(jià)值。

采用輪轂電機之后，不要說(shuō)四輪驅動(dòng)，像AHED“先進(jìn)混合電驅動(dòng)”樣車(chē)這樣的8輪電驅動(dòng)也是很輕松實(shí)現的

　　優(yōu)點(diǎn)三：便于采用多種新能源車(chē)技術(shù)

　　新能源車(chē)型不少都采用電驅動(dòng)，因此輪轂電機驅動(dòng)也就派上了大用場(chǎng)。無(wú)論是純電動(dòng)還是燃料電池電動(dòng)車(chē)，抑或是增程電動(dòng)車(chē)，都可以用輪轂電機作為主要驅動(dòng)力；即便是對于混合動(dòng)力車(chē)型，也可以采用輪轂電機作為起步或者急加速時(shí)的助力，可謂是一機多用。同時(shí)，新能源車(chē)的很多技術(shù)，比如制動(dòng)能量回收（即再生制動(dòng)）也可以很輕松地在輪轂電機驅動(dòng)車(chē)型上得以實(shí)現。

采用輪轂電機可以匹配包括純電動(dòng)、混合動(dòng)力和燃料電池電動(dòng)車(chē)等多種新能源車(chē)型

輪轂電機可以和傳統動(dòng)力并聯(lián)使用，這對于混合動(dòng)力車(chē)型很有意義

　　雖然輪轂電機有著(zhù)不少優(yōu)點(diǎn)，但是也存在一些缺點(diǎn)，這對于它的應用也多少有些影響。

　　缺點(diǎn)一：增大簧下質(zhì)量和輪轂的轉動(dòng)慣量，對車(chē)輛的操控有所影響

　　對于普通民用車(chē)輛來(lái)說(shuō)，常常用一些相對輕質(zhì)的材料比如鋁合金來(lái)制作懸掛的部件，以減輕簧下質(zhì)量，提升懸掛的響應速度?？墒禽嗇炿姍C恰好較大幅度地增大了簧下質(zhì)量，同時(shí)也增加了輪轂的轉動(dòng)慣量，這對于車(chē)輛的操控性能是不利的。不過(guò)考慮到電動(dòng)車(chē)型大多限于代步而非追求動(dòng)力性能，這一點(diǎn)尚不是最大缺陷。

君威后懸的下擺臂采用鋁制，主要就是為了減重，但如果加上輪轂電機本身的質(zhì)量，這些努力也就白費了

　　缺點(diǎn)二：電制動(dòng)性能有限，維持制動(dòng)系統運行需要消耗不少電能

　　現在的傳統動(dòng)力商用車(chē)已經(jīng)有不少裝備了利用渦流制動(dòng)原理（也即電阻制動(dòng)）的輔助減速設備，比如很多卡車(chē)所用的電動(dòng)緩速器。而由于能源的關(guān)系，電動(dòng)車(chē)采用電制動(dòng)也是首選，不過(guò)對于輪轂電機驅動(dòng)的車(chē)輛，由于輪轂電機系統的電制動(dòng)容量較小，不能滿(mǎn)足整車(chē)制動(dòng)性能的要求，都需要附加機械制動(dòng)系統，但是對于普通電動(dòng)乘用車(chē)，沒(méi)有了傳統內燃機帶動(dòng)的真空泵，就需要電動(dòng)真空泵來(lái)提供剎車(chē)助力，但也就意味了有著(zhù)更大的能量消耗，即便是再生制動(dòng)能回收一些能量，如果要確保制動(dòng)系統的效能，制動(dòng)系統消耗的能量也是影響電動(dòng)車(chē)續航里程的重要因素之一。

應用在商用車(chē)車(chē)橋的內置緩速器采用渦流制動(dòng)原理，而輪轂電機的制動(dòng)也可以利用這一原理

　　此外，輪轂電機工作的環(huán)境惡劣，面臨水、灰塵等多方面影響，在密封方面也有較高要求，同時(shí)在設計上也需要為輪轂電機單獨考慮散熱問(wèn)題。

結語(yǔ)：

　　與電動(dòng)機集中動(dòng)力驅動(dòng)相比，輪轂電機技術(shù)具備很大的優(yōu)勢，它布局更為靈活，不需要復雜的機械傳動(dòng)系統，同時(shí)也有自己的顯著(zhù)不足，比如密封和起步電流/扭矩間的平衡關(guān)系，以及轉向時(shí)驅動(dòng)輪的差速問(wèn)題等等，如果能在工程上解決這些難題，輪轂電機驅動(dòng)技術(shù)將在未來(lái)的新能源車(chē)中擁有廣闊的前景。