100多年都沒搞明白的輪轂電機,被嵐圖搞明白了?

2023-10-09     電駒

前不久,電駒小編參加了東風汽車科技創新周,在諸多新車型和和黑科技中,最讓電駒小編關注的,就是嵐圖汽車展出的追光輪轂電機版車型。據悉,這是國內首個通過工信部目錄的技術。

另外,在今年8月份的成都車展上,東風汽車還推出了新品牌納米和其首款車型——納米01,雖然這是一款小型電動車,但是同樣搭載了輪轂電機。

在這套技術的加持下,嵐圖追光和納米01不僅能夠實現像電動大G和仰望U8一樣的「坦克掉頭」,而且在空間、續航、性能、操控等方面,都會有大幅度升級。比如在續航方面,嵐圖追光輪轂電機驅動效率提升15%,相當於利用85度電池就能達到普通車型100度電池所行駛的續航里程。

有人或許會問了,只是換了個電機,車子的各方面參數和綜合性能就能實現大幅度升級?輪轂電機究竟是什麼鬼?它和傳統電機又有哪些區別呢?

什麼是輪轂電機?

輪轂電機,顧名思義,就是在車輪內安裝電機。它最大的特點就是將汽車的動力系統、傳動系統、剎車系統高度集成,電機不經過任何機械結構的傳遞,直接驅動車輪。

現在電動車的驅動方式主要兩種,集中式和分布式。其中分布式驅動又分為輪邊電機驅動和輪轂電機驅動。

集中式,就是現在絕大部分電動車的驅動方式,電機放置在底盤上,通過傳動軸驅動車輪運轉,通常一個電機驅動兩個車輪或者作為整車四個車輪的動力來源。輪邊驅動屬於分布式驅動,一個電機驅動一個車輪,但是電機並沒有集成到車輪內,而是通過傳動電機輸出軸連接到車輪上。

輪轂電機驅動則是將電機集成到車輪內,徹底實現車輪自驅動,是分布式驅動的最終形式。而關於分布式驅動,還有內轉子和外轉子的方案,電機具體還有永磁同步、交流異步電機等等不同的選擇,相關的技術路徑我們今天不再贅述。

嵐圖追光輪轂電機車型三大優勢

那麼,把電機裝進輪轂里都有哪些好處呢?這裡我們以嵐圖追光輪轂電機版本為例。

1、多種驅動,可實現坦克掉頭、蟹行模式

輪轂電機能讓汽車的理論操控「直達天花板」,因為輪轂電機每一個電機相對獨立,可實現前驅、後驅以及四驅模式的智能切換,滿足多種環境工況,同時可以為左右車輪分配不同扭矩,包括反轉,大幅縮短車輛轉彎半徑,輕鬆實現坦克掉頭、蟹行模式等功能。

2、高效率,提供更長巡航

傳統的傳動系統由於結構的複雜性,每一級傳動都有傳動效率的損失,一套工作流程下來,傳動效率的損失比較很大的。而輪轂電機直接驅動車輪,就直接避免了傳遞路徑上效率的損失,可以提升效率,節省能量。

數據顯示,相對於傳統的傳動系統來說,嵐圖的輪轂電機可以提高8%-15%左右的效率。對於電動車來說,效率的提升可以進一步增加續航里程。或者保持續航里程不變,電池麼就能再做小一點,從而降低成本。

而且,對於裝備有四輪輪轂電機的車輛,可以更容易實現更高水平的制動能量回收利用率。理論上,如果輪轂電機扭矩足夠大,可以回收100%制動能量,只是受限於電池組的充電功率。

3、高集成,帶來更大空間

輪轂電機對多個硬體系統進行集合封裝在車輪里,讓前機艙騰出空間,從而大幅擴展後備箱空間,提升車輛的出行載物能力,嵐圖追光輪轂電機車型前後機艙空間提升50%,帶來更優的空間布局。

除了以上三大優勢之外,在理論上,輪轂電機由於節省了複雜的傳動機構,機構更簡單,零件更少,因此整車成本也會有所下降。但問題是,目前由於輪轂電機產業化還遠遠不夠,因此輪轂電機成本還居高不下。不過,隨著輪轂電機前景被各大車企看好,一步步實現產業化,未來這部分優勢或許會逐漸體現出來。

嵐圖能否成為第一個「吃螃蟹的人」?

事實上,輪轂電機放在現在來看,並不是什麼創新發明,這玩意兒的歷史已經超過了100年,應用一直都很廣泛,很多電動踏板車、平衡車,甚至一些軍用的特種車都是輪轂電機驅動。

早在1896年,費迪南德·保時捷,也就是後來的保時捷創始人,就在英國註冊了輪轂電機的專利,1900年就製造出了第一輛前輪輪轂電機驅動的電動車。

然而,因為當時電池技術不成熟,內燃機取代了電動車,在未來的一百多年裡成為主流。而依靠電力驅動的輪轂電機也就一直被雪藏。直到最近的十年,新能源車重新登上歷史舞台,輪轂電機才又一次成為了熱點。不少行業專家和車企、供應商都看好這項技術,中國科學院院士歐陽明高就指出,輪轂電機將成為變革滑板底盤的顛覆性技術。

不過,雖然大家都看好輪轂電機,並且諸多主機廠和供應商都紛紛投入了研發,但是基本上都還處於概念車階段。

比如國內車企除了東風汽車之外,紅旗也在今年年初發布了四輪獨立的輪轂電機。從當時現場的演示動畫來看,該四輪獨立的輪轂電機取消中間的傳動機構,動力都直接分配到輪子上,可以做到95.5%的系統效率,並且也有不錯的靜謐性。也可實現四個輪子的獨立轉向,「坦克掉頭,蟹行」都不在話下。

國外方面,雷克薩斯在2020年便發布了搭載輪轂電機的概念車,最大功率為400kW、最大扭矩為700N·m,零百加速為3.8秒,最高車速為200km/h。另外,德國公司舍弗勒算是較早開始研發輪轂電機的公司之一,這家公司研發的產品曾裝在福特嘉年華E-Wheel Drive概念車上。單輪最大功率40 kW ,最大扭矩700 N·m。

可以看到,目前真正實現了和即將上市的,只有東風汽車一家。其中,嵐圖追光輪轂電機版可能是首款車型。這就讓人不禁想問了,為什麼這麼好的技術,東風嵐圖率先用了?

原因很簡單,因為輪轂電機在帶來諸多好處的同時,同時也帶來了很多技術難題。

首先,大大增加簧下質量。

輪轂電機大幅度地增大了簧下質量,所謂「簧下質量」,是指不由懸架系統承載的部分的質量總和——對於一台普通汽車,簧下質量一般包括車輪、輪轂以及懸架本身。

簧下質量的增加,會造成汽車各項性能指標尤其是舒適性的嚴重劣化,坊間有一種說法是「簧下1公斤等於簧上10公斤」——可能不太準確,但卻大有其理。

而汽車用輪轂電機因為集成了很多控制系統,所以不可能很輕。比如恆大此前收購的英國Protean,他們所生產的第四代輪轂電機每套重量是36公斤,而四套就是144公斤。簧下質量多了144公斤,勢必多車輛底盤的操控和舒適性帶來極大影響。

其次,是可靠性的降低。

和平衡車、踏板車不同,汽車的工況要複雜得多,使用環境也要惡劣得多,而在汽車各個部件中,又數車輪的作業環境最惡劣,因此對輪轂電機的密封防水、抗腐蝕、冷卻散熱都是個非常大的挑戰。

另外,普通乘用車輪轂空間狹小,懸架結構複雜,還要安裝制動、轉向裝置,再放一個輪轂電機進去,電機的密封問題、散熱問題、使用壽命問題、可靠性問題都是不得不面對的難題,解決起來也都是極大的挑戰

所以,這也是為什麼輪轂電機目前只在一些平衡車和電動踏板車上得到了較為廣泛的應用,這是是因為這些車速度低、功率小,也不會跑長途,使用環境一般也比較良好,畢竟誰在荒郊野外玩平衡車啊?某些特定用途的商用車和工程機械,也比較適用輪轂電機,因為一則輪轂夠大,二則速度也不快、使用環境也較單一。

由此可見,輪轂電機這項技術確實有著很好的優勢,不僅能節省大量空間,還能提升傳動效率,是新能源車發展的一個很好的方向。但是目前來看這項技術還存在許多問題,這些都是工程師們需要一步步解決的,而且現在有那麼多公司都在努力研發。

比如關於輪轂電機的散熱問題,英國公司Protean,就是那家被恆大全資收購,專門研發輪轂電機的公司,他們的解決方案是採用創新的軟硬體設計和開發先進的冷卻系統實現熱管理,可以按照需求持續監控並穩定電機溫度,目前其冷卻設計已獲得專利。

另外,就輪轂電機最大的難題簧下質量,上海交大汽車工程研究院副院長殷承良表示,可以對懸架結構做出重大改變或許能避免這個問題,但懸架的變化就相當於整車全新一代的車型開發,難度很大。

而清華大學汽車工程系教授連小珉表示,雖然他也認為簧下質量對整車性能的影響確實存在,但他同時強調,相比傳動燃油車,電動汽車的簧上質量也在增加,比如電池的重量。「簧上質量與簧下質量按同比例增加時,整車性能受到的影響就不會那麼突出」。

他認為,雖然隨著技術的進步,電動汽車會逐步輕量化,但輪轂電機技術也會不斷進步,向輕量化的方向發展。只要簧上和簧下質量保持比例,對整車性能的影響就不會太大。

目前,東風方面並沒有詳細公布在輪轂電機方面,具體都有哪些改進或者創新技術,但是從嵐圖追光輪轂電機版量產,以及東風納米01亮相,以及是國內首個通過工信部目錄的該技術,相信東風在這方面已經取得了突破。

總之,有那麼多公司都在努力研發這項技術,相信很快我們就能看到輪轂電機以一個完美的形態走進我們的生活當中。

文章來源: https://twgreatdaily.com/zh-hk/5ce289fd9a8d8cef2fbdb90f169f297f.html