技术前沿：新能源汽车与轮毂电机

新能源汽车现在已经是汽车行业颇具前瞻性的领域,也是中国政府的发展战略,提出“弯道超车”理念,以追赶在内燃机时代的巨大技术落差。在新能源车型的驱动技术中,其中有一类驱动方式有着很大的发展前景,那就是轮毂电机技术。轮毂电机技术又称车轮内装电机技术,它最大特点就是将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内，因此大大简化了电动车辆的机械部分,腾出了更大空间。于是采用轮毂电机成为最终极形式。

当然,轮毂电机并不是什么大黑科技,在1900年保时捷保时捷就首先制造出了前轮装备轮毂电机的电动汽车,在20世纪70年代,这一技术在矿山运输车等领域得到应用。而对于乘用车所用的轮毂电机,日系厂商对于此项技术研发开展较早,目前处于领先地位,包括通用、丰田在内的国际汽车巨头也都对该技术有所涉足。目前国内也有自主品牌汽车厂商开始研发此项技术,后面会给大家简要介绍一下其国内的市场应用及其前景。

一、简单给大家介绍轮毂电机的优缺点:

优点1:省略大量传动部件,让车辆结构更简单

对于传统车辆来说,离合器、变速器、传动轴、差速器乃至分动器都是必不可少的,而这些部件不但重量不轻、让车辆的结构更为复杂,同时也存在需要定期维护和故障率的问题。但是轮毂电机就很好地解决了这个问题。除开结构更为简单之外,采用轮毂电机驱动的车辆可以获得更好的空间利用率,同时传动效率也要高出不少。

优点2:可实现多种复杂的驱动方式

由于轮毂电机具备单个车轮独立驱动的特性,因此无论是前驱、后驱还是四驱形式,它都可以比较轻松地实现,全时四驱在轮毂电机驱动的车辆上实现起来非常容易。同时轮毂电机可以通过左右车轮的不同转速甚至反转实现类似履带式车辆的差动转向,大大减小车辆的转弯半径,在特殊情况下几乎可以实现原地转向(不过此时对车辆转向机构和轮胎的磨损较大),对于特种车辆很有价值。

优点3:便于采用多种新能源车技术

新能源车型不少都采用电驱动,因此轮毂电机驱动也就派上了大用场。无论是纯电动还是燃料电池电动车,抑或是增程电动车,都可以用轮毂电机作为主要驱动力;即便是对于混合动力车型,也可以采用轮毂电机作为起步或者急加速时的助力,可谓是一机多用。同时,新能源车的很多技术,比如制动能量回收(即再生制动)也可以很轻松地在轮毂电机驱动车型上得以实现。

缺点1:增大簧下质量和轮毂的转动惯量,对车辆的操控有所影响(不再展开)

缺点2:电制动性能有限,维持制动系统运行需要消耗不少电能(不再展开)

二、轮毂电机的市场应用

1.国际巨头的成果

2013年,福特与汽车零部件厂商舍弗勒共同开发搭载轮毂电机驱动技术的后驱嘉年华。用在嘉年华上的轮毂电机,单个重量为53千克,比传统车轮装置的重量高不少。舍弗勒的轮毂电机采用水冷设计,单个电机最大功率40千瓦(54马力),电机工作时平均输出功率为33千瓦,两台电机的最大功率为80千瓦(40×2),约109马力,连续输出时的平均功率为66千瓦(33×2),即90马力,输出扭矩可达700牛米。

目前国际上著名的轮毂电机生产厂商有英国的Protean电机公司、加拿大的TM4公司、著名的轮胎生产商米其林公司和日本的普利司通公司。

其中,英国的Protean电机公司是一家专门研发生产轮毂电机的公司。其生产的轮毂电机能够实现75kW的峰值功率和1250NM的峰值扭矩,质量为36kg,可安装在直径为18英寸以上的车轮中,能回收高达85%的制动能量。

据了解,Protean已与多家整车厂商合作研发了多款装配轮毂电机的样车和改装车型,包括福特F150-EV、VolvoC30 SeriesHEV、沃克斯豪尔Vivaro货车、广汽传祺mmpchiEV以及基于梅赛德斯奔驰E级的巴博斯纯电动与混合动力车型。

2.国内零部件企业的布局

万安科技与Protean股权合作战略布局轮毂电机技术,欲开发16寸轮毂的轮毂电机,以加速推进轮毂电机技术在国内落地和产业化。

亚太股份以参股方式投资斯洛文尼亚轮毂电机技术公司1000万欧元,占该公司股份的20%。双方同意在中国成立合资公司,亚太股份占该合资公司51%的股份,欧盟公司占该合资公司49%的股份。亚太可以利用欧盟斯洛文尼亚轮毂电机技术公司的技术在中国打造本土化产品,推动中国新能源汽车产业的发展。

轮毂电机在客车中应用就比较多了,如BYD、宇通、中通、苏州金龙等;湖北泰特机电有限公司、易轮动力等等也都在积极布局中。

三、市场观察

由于轮毂电机具有高效率,高集成度的优点,与新能源汽车十分契合,在新能源汽车领域有非常好的发展前景。不过,由于轮毂电机增加了簧下质量,会影响车辆的操控性能,此外,还有很多防水防尘防震和散热的挑战需要克服。同时由于轮毂电机还没有大规模量产,成本居高不下,推广普及还需要一定时间。对于传统车企来说,一直以来的传统是,传动归传动,驱动归驱动,底盘归底盘,分属不同的部分,泾渭分明,简单来讲就是桥归桥,路归路。一旦普及,传动系统将取消,驱动和底盘将深度融合在一起,对于传统车企的组织架构是一个非常大的挑战。传统车企想要推动这个变革,其决心不亚于壮士断腕。

未来已到,谁把握着最新技术的方向,意味赢得未来。特斯拉之于马克斯,磷酸铁锂电池之于BYD; 传动电机电控已日趋成熟与饱和,或许轮毂电机又是下一个风口呢?

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