作為傳統燃油車(chē)最大的競爭對手--新能源汽車(chē)近幾年已經(jīng)成為汽車(chē)行業(yè)的翹楚,雖然它眾星捧月,但其中的核心技術(shù)(如電機驅動(dòng)技術(shù)、輕量化技術(shù)、動(dòng)力總成的模塊化等等)還存在許多不足,未來(lái)的提升之路還很漫長(cháng)。
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輪轂電機簡(jiǎn)單理解就是將集成了減速器的電機總成直接布置在輪轂中,由4個(gè)輪邊電機直接驅動(dòng)4個(gè)車(chē)輪,從而最大限度的簡(jiǎn)化電動(dòng)車(chē)輛的零部件組成,直接提高傳動(dòng)效率,減少不必要的能量損耗。
圖示:輪轂電機
由此可見(jiàn),輪轂電機的應用前景非常廣闊,它具備以下幾點(diǎn)優(yōu)勢:
第一,能耗低且高效節能。因輪轂電機省去了離合器、變速器等裝置,傳動(dòng)效率得到大幅提升。就目前發(fā)展趨勢來(lái)說(shuō),新能源車(chē)主要通過(guò)電力驅動(dòng),輪轂電機完全可作為主要驅動(dòng)力;而對混合動(dòng)力車(chē)型來(lái)說(shuō),輪轂電機又可充當起步和急加速的補充動(dòng)力,可減少30%的燃油消耗,同時(shí)又能實(shí)現80%的制動(dòng)能量回收,提高車(chē)的續航里程。
第二,集成化且輕量化。輪轂電機將動(dòng)力、傳動(dòng)、制動(dòng)整合于輪轂內,底盤(pán)結構大幅簡(jiǎn)化節省車(chē)內空間,提高汽車(chē)空間利用率,并減輕了30%的自身重量。
第三,驅動(dòng)靈活。輪轂電機直接驅動(dòng)車(chē)輪,MCU 無(wú)需繁雜操作指令就可以高精度地控制車(chē)輪的轉速和扭矩,滿(mǎn)足不同工況下的行駛需求。
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車(chē)企紛紛涉獵 加大研發(fā)投入
事實(shí)上,輪轂電機的應用早在100多前就已經(jīng)出現,號稱(chēng)有史以來(lái)第一臺混合動(dòng)力汽車(chē)--Lohner Porsche,它是由一臺汽油內燃機、四個(gè)輪轂電機和電池組構成的混動(dòng)系統,整車(chē)結構簡(jiǎn)單,并且實(shí)現小范圍量產(chǎn)。
日本也從1991年開(kāi)始涉足輪轂電機研發(fā)領(lǐng)域,但從產(chǎn)業(yè)層面來(lái)看,歐美公司占據主導地位,如荷蘭e-Traction、美國Protean、歐洲Elaphe,都先后有系列產(chǎn)品誕生。
Protean electric早在2010年便推出了應用在普通乘用車(chē)上的輪轂電機技術(shù),他們研發(fā)的輪轂電機總成每個(gè)重量為34Kg,能提供81kW的功率及800N·m的扭矩輸出,支持在制動(dòng)過(guò)程中回收85%的動(dòng)能,以提高電動(dòng)車(chē)的續航能力。這也表示每個(gè)車(chē)輪可完全獨立控制,能輕而易舉的實(shí)現輪間差速和扭矩矢量控制控能。
圖示:protean drive
圖示:比亞迪K9
而中國則從2010 年才開(kāi)始研發(fā)輪轂電機技術(shù),各大傳動(dòng)系統供應商開(kāi)始通過(guò)并購方式引入國外先進(jìn)技術(shù),但離產(chǎn)業(yè)化還有相當長(cháng)的距離,如泰特機電、萬(wàn)安科技、亞太股份分別投資了e-Traction、Protean、Elaphe。2011 年奇瑞汽車(chē)發(fā)布了一款應用輪轂電機的瑞麟XI-EV。
一汽輪轂電機底盤(pán),前雙叉臂式獨立懸架
在2017年廣州車(chē)展上,一汽新能源還通過(guò)電機實(shí)現了E-TCS電動(dòng)牽引力控制功能,優(yōu)化車(chē)輪附著(zhù)率提高車(chē)輛加速、轉向和爬坡性能。
廣汽集團曾在2010年12月的廣州車(chē)展上基于阿爾法羅密歐166底盤(pán)打造的傳祺純電動(dòng)汽車(chē),兩個(gè)后輪就采用了Protean Electric公司輪轂電機,其峰值功率為83 kW,峰值扭矩為825N·m。
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克服輪轂電機的軟肋
毋庸置疑,輕量化和電驅化是輪端產(chǎn)品的未來(lái)發(fā)展趨勢,電驅產(chǎn)品的技術(shù)障礙主要表現在兩個(gè)方面,一是電池技術(shù)尚未突破;二是成本過(guò)高,包括電池的成本,研發(fā)的成本等等。
據了解,輪轂電機目前面市的相對少,由此可見(jiàn),還存在許多瓶頸,具體如下:
(1)成本高,分布式驅動(dòng)小批量生產(chǎn)的成本大概是集中式驅動(dòng)的150%,若達到生產(chǎn)規;,分布式成本大約是集中式驅動(dòng)的120%。
(2)輪轂電機集成化造成了簧載質(zhì)量的減少、非簧載質(zhì)量的增加,導致隔離震動(dòng)性能下降,影響車(chē)輛行駛下的平穩性、舒適性、安全性。
(3)輪轂電機散熱冷卻問(wèn)題有待考驗,極其惡劣的工作環(huán)境對輪轂電機的密封防水、抗腐蝕、冷卻散熱都是非常大的挑戰。當車(chē)輛行駛在大負荷低速爬長(cháng)坡工況下,由于輪轂空間受限緣故,容易出現冷卻不足的現象。
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總結
就目前輪轂電機的制造、封裝水平而言,可能還不能給普通乘用車(chē)領(lǐng)域的新能源車(chē)帶來(lái)較大的成本優(yōu)勢。隨著(zhù)輪轂技術(shù)的不斷成熟,一旦在公交車(chē)、乘用車(chē)或轎車(chē)領(lǐng)域大規模的推廣應用,無(wú)疑是一場(chǎng)革命性變革。相關(guān)業(yè)內專(zhuān)家預測,"要實(shí)現該目標至少需要3到時(shí)5年時(shí)間。"