作為傳統(tǒng)燃油車最大的競爭對手——新能源汽車,在政府與市場環(huán)境的雙重支持下,近幾年已經(jīng)成為汽車行業(yè)的翹楚,雖然它眾星捧月,但其中的核心技術(shù)(如電機驅(qū)動技術(shù)、輕量化技術(shù)、動力總成的模塊化等等)還存在許多不足,未來的提升之路還很漫長,我們還需拭目以待。

輪轂電機的優(yōu)勢明顯 市場前景廣

說起輪轂電機,簡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個輪邊電機直接驅(qū)動4個車輪,從而最大限度的簡化電動車輛的零部件組成,直接提高傳動效率,減少不必要的能量損耗。

圖示:輪轂電機

由此可見,輪轂電機的應用前景非常廣闊,電動汽車資源網(wǎng)獲悉,它主要具備以下幾點優(yōu)勢:

第一,能耗低且高效節(jié)能。因輪轂電機省去了離合器、變速器等裝置,傳動效率得到大幅提高。就目前發(fā)展的趨勢來說,新能源車主要通過電力驅(qū)動,輪轂電機完全可作為主要驅(qū)動力;而對于混合動力車型來說,輪轂電機又可以充當起步和急加速的補充動力,可以減少30%的燃油消耗,同時,可以實現(xiàn)80%的制動能量回收,提高了新能源車的續(xù)航里程。

第二,集成化且輕量化。輪轂電機將動力、傳動、制動整合于輪轂內(nèi),底盤結(jié)構(gòu)大幅簡化節(jié)省車內(nèi)空間,提高汽車空間利用率,并可減輕30%的自身重量。

第三,驅(qū)動靈活。輪轂電機直接驅(qū)動車輪,MCU 無需繁雜操作指令就可以高精度地控制車輪的轉(zhuǎn)速和扭矩,滿足不同工況下的行駛需求。輪轂電機可分為內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子兩類,內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較高,與減速裝置配合使用,外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相對簡單,無須搭配減速機構(gòu)。

車企紛紛涉獵 加大研發(fā)投入

事實上,對于輪轂電機的實際應用早在100多前就已經(jīng)出現(xiàn),號稱有史以來第一臺混合動力汽車——Lohner Porsche,它由一臺汽油內(nèi)燃機、四個輪轂電機和電池組構(gòu)成的混動系統(tǒng),整車結(jié)構(gòu)簡單,并且實現(xiàn)小范圍量產(chǎn)。

后來,日本也從1991 年開始涉足輪轂電機研發(fā)領(lǐng)域,而從產(chǎn)業(yè)層面來看,歐美公司則占據(jù)主導地位,如荷蘭的e-Traction、美國的Protean、歐洲的Elaphe,都先后有系列產(chǎn)品誕生。

Protean electric在2010年便推出了應用在普通乘用車上的輪轂電機技術(shù),他們所研發(fā)的輪轂電機總成每個重量為34Kg,能夠提供81kW的功率及800N·m的扭矩輸出,支持在制動過程中回收85%的動能,以提高電動車的續(xù)航能力。這就意味著每個車輪可完全獨立控制,能夠輕而易舉的實現(xiàn)輪間差速和扭矩矢量控制控能。因為不需要減速器、傳動軸以及差速器,可以給車輛帶來更加靈活的空間設(shè)計。

圖示:protean drive

Protean electric在整車組裝方面的應用也初見成效,主要通過應用自身輪轂電機技術(shù),目前已經(jīng)先后試裝至大眾高爾夫PHEV、巴博斯改裝的奔弛E級、福特F150等熱門車型。

圖示:比亞迪K9

而中國則從2010 年才開始研發(fā)輪轂電機技術(shù),各大傳動系統(tǒng)供應商開始通過并購方式引入國外先進技術(shù),但離產(chǎn)業(yè)化還有相當長的距離,如泰特機電、萬安科技、亞太股份分別投資了e-Traction、Protean、Elaphe。2011 年奇瑞汽車發(fā)布了一款應用輪轂電機的瑞麟XI-EV。

圖示:一汽輪轂電機底盤,前雙叉臂式獨立懸架

今年在廣州車展上,一汽新能源還通過電機實現(xiàn)了E-TCS電動牽引力控制功能,優(yōu)化車輪附著率提高車輛加速、轉(zhuǎn)向和爬坡性能。

廣汽集團在2010年12月的廣州車展上展出了基于阿爾法羅密歐166底盤打造的傳祺純電動汽車,兩個后輪采用的是Protean Electric公司的輪轂電機,其峰值功率為83 kW,峰值扭矩為825N·m。

誠然,這些產(chǎn)品的出現(xiàn)加快了輪轂電機產(chǎn)業(yè)化的進程,先后在客車、大型貨車領(lǐng)域都有一定程度的應用,但是在輪邊空間有限的普通乘用車領(lǐng)域還存在許多需要突破的地方。

克服輪轂電機的軟肋

毋庸置疑,輕量化和電驅(qū)化是輪端產(chǎn)品的未來發(fā)展趨勢,其中,輕量化技術(shù)主要從新材料的選用和設(shè)計工藝方面來實現(xiàn),在保證汽車的強度和安全性能的前提下,盡可能地降低汽車的整備質(zhì)量,從而提高汽車的動力性,減少燃料消耗,降低排氣污染。

而電驅(qū)產(chǎn)品的技術(shù)障礙主要表現(xiàn)在兩個方面,一是電池技術(shù)尚未突破;二是成本過高,包括電池的成本,研發(fā)的成本等等,這些問題都亟待解決。

據(jù)了解,輪轂電機目前面市的相對少,由此可見,還存在許多瓶頸,具體如下:

(1)成本高,分布式驅(qū)動小批量生產(chǎn)的成本大概是集中式驅(qū)動的150%,若達到生產(chǎn)規(guī)?；?分布式成本大約是集中式驅(qū)動的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,導致隔離震動性能下降,影響車輛行駛下的平穩(wěn)性、舒適性、安全性。

(3)輪轂電機散熱冷卻問題有待考驗,極其惡劣的工作環(huán)境對輪轂電機的密封防水、抗腐蝕、冷卻散熱都是個非常大的挑戰(zhàn)。甚至穩(wěn)定性及電機使用壽命還達不到目前的用車標準。當車輛行駛在大負荷低速爬長坡工況下,由于輪轂空間受限緣故,容易出現(xiàn)冷卻不足的現(xiàn)象。

總結(jié):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領(lǐng)域的新能源車帶來較大的成本優(yōu)勢。伴隨著輪轂技術(shù)的不斷成熟,一旦在公交車、乘用車或轎車領(lǐng)域大規(guī)模的推廣應用,無疑是一場革命性變革。相關(guān)業(yè)內(nèi)專家預測,“實現(xiàn)該目標至少需要3到時5年時間。”