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轮毂电机:电动汽车行业的新宠?

本次车展中,大家可能会看到多家轮毂电机的研发企业在参展,像NTN,APG,亚太股份,北汽等,好像这种技术一下成了电动汽车的新宠。


那轮毂电机到底是什么技术呢,小编今日给你整理了一篇文章,通过这篇文章就可以对这项技术有了进一步了解。


冯行双老师写过这样文章,下面就摘取一部分。


轮毂电机的概念并不是一个全新的想法。早在1900年的巴黎世博会,由保时捷公司的创始人费迪南德保时捷设计的电动车System Lohner-Porsche便已向公众展出,这台车可以达到每小时35英里的速度,刷新了当时奥地利的多项汽车速度纪录。后来,保时捷在这项技术基础上开发了多款车型。下面的图片展示了保时捷在当时开发的汽车,轮毂电机可以清楚的看到被装配在车辆的前轮。



在过去的110年中,轮毂电机被应用在不同的工业领域中:包括采矿设备、土方工程设备、轨道车辆以及军事应用。进入21世纪,当新能源汽车(纯电动汽车、燃料电池汽车、混合动力汽车等)重新进入了人们的视线,各国排放标准日趋严峻之际,轮毂电机再次盛行。这是最近轮毂电机能重新进入汽车行业并火爆起来的缘由。


传统汽车的动力传递


传统燃油汽车的动力传递方式:发动机输出的动力,须经过一系列的动力传递装置才到达驱动轮。发动机到驱动轮之间的动力传递机构,主要由离合器、变速器、传动轴、主减速器、差速器以及半轴等部分组成。发动机输出的动力,先经过离合器,由变速器变扭和变速后,经传动轴把动力传递到主减速器上,最后通过差速器和半轴把动力传递到驱动轮上。


轮毂直驱系统介绍


轮毂电机技术又称车轮内装电机技术,它的最大特点就是将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内,因此将电动车辆的机械部分大大简化。将电机装在轮毂内,不经过任何机械结构的传递,直接驱动车轮。这是不是有点脚踏“风火轮”的感觉?搭配轮毂直驱系统的汽车,动力传递很简单:电池--控制器--轮毂电机(驱动车轮),如下图。


下图是某轮毂电机的结构图:


相信大家已经发现了,轮毂电机技术若大量应用,将淘汰发动机(以电池代替)、离合器、变速器、分动器、传动轴、主减速器等一系列的机械结构。幸好,车桥还在,而且,轮毂电机必须与车桥深度融合方能发挥其优势。


既然轮毂直驱系统这么叼,那它有什么优点呢?


第一,高效率。传统汽车的传动系统结构复杂,每一级传动都有传动效率的损失。而轮毂电机直接驱动车轮,避免了传递路径上效率的损失,可以提升效率,节省能量。


第二,结构简单。汽车省去大量机械传动结构之后,整车质量下降,车内空间变大,汽车设计师可以更自由的设计车辆了。


由于轮毂电机的高集成度,轮毂电机理论上只与车轮大小有关,所以更容易模块化,避免重复开发,可以缩短新车型的开发周期和开发费用。


第三,驱动方式灵活。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。目前,传统汽车无法实现零半径转向和横向行驶,轮毂电机却能做到,使得泊车操作更加简单,节约城市停车空间。一位业内人士说:“大规模采用轮毂电机后,驾照考试中的侧方位停车或许会取消。”

第四,与新能源技术的结合。采用轮毂电机可以匹配包括纯电动、混合动力和燃料电池电动车等多种新能源车型。这两种技术互相促进、互相融合,都是行业发展方向。


轮毂直驱系统也有一些突出的缺点:


第一,增大簧下质量和轮毂的转动惯量,对车辆的操控有所影响。传统汽车的轮毂与悬架之间隔着弹簧,轮毂电机与车轮集成在一起,增加簧下质量,影响车辆的操控性能,尤其是颠簸、加速、弯道等路况下的稳定性有待提高。


第二,密封、散热难题。轮毂电机工作的环境恶劣,面临路面振动、水、灰尘等多方面影响,而电机比较娇贵,所以密封方面的要求较高,而且是高速运转状态下的密封。同时,在设计上需要为轮毂电机单独考虑散热问题,一个是电机本身发热,一个是车轮制动产生的热量。这些都考验着轮毂电机的可靠性。


第三,控制难题。轮毂直驱系统并不是做一个轮毂电机就完事儿了,驱动控制系统(将来就是汽车的ECU)同样是核心。采用何种策略控制驱动轮非常重要,特别是转弯时的差速如何实现,制动时能量如何回收。控制系统本身的可靠性对驾乘人员来说也至关重要。


谁在做轮毂直驱?


有四类组织在做轮毂直驱:电机企业、汽车零部件企业(包含车桥厂)、整车企业以及大学等研究机构(做基础研究)。


  现在,行业处于启动阶段,最大的推动力量来源于电机企业。我猜想:他们的梦想是每一个车轮装一台电机!起家于英国、总部设在美国的Protean Electric公司可谓响当当的行业专家。早在2006年,Protean的第一代Hi-Pa Drive轮毂电机就已经问世,迄今已历经四代工程研发。据了解,Protean已与多家整车厂商合作研发了20多款装配轮毂电机的样车和改装车型,包括福特F150-EV、Volvo C30Series HEV、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。右图是其生产的轮毂电机。源于中国对新能源汽车的大力推动,Protean Electric公司已经把工程技术研发中心和制造基地分别放在中国上海、天津等地。其与天津天海同步、浙江万安科技等公司有深度合作。



2016年9月,天津天海同步集团公司收购了荷兰e-Traction公司,随后成立了湖北泰特机电有限公司,落户湖北荆门市高新区,计划建造生产工厂,项目总投资6亿元,占地100亩。e-Traction公司在电动动力传动系统领域拥有超过30年的丰富经验,其轮毂动力传动系统的产品已在欧洲8个国家的大巴、公交车上应用,配装其产品的车辆已经在路上跑了8年,技术也已开发到第三代。下左图是它们的轮毂电机驱动桥。


 轮毂直驱系统,与整车匹配、车桥、悬架等高度相关。所以,随着行业的发展,整车及汽车零部件企业将来会是主导力量,咱们做车桥可不能落后!在昨天开幕的2017年上海国际车展上,北汽集团的一款插电式混合动力汽车亮相,其搭载了Protean轮毂电机,原型车为吉普车BJ80,如上右图。同样是上海车展,由汽车零部件行业的佼佼者--采埃孚设计,四川建安车桥代工的电驱动桥也惊艳亮相,如下图。



小编:轮毂电机应用于电动汽车行业还有一段距离,比如造价高,驱动技术复杂等都会给其广泛使用带来瓶颈,但在一些小型汽车上也许会有较快的发展。比如NTN就开发了电动微型车用轮毂式电机系统,它被期待用于购物、通勤等近距离的行驶,以及方便高龄者乘降的电动汽车,并适用于电动汽车城市的双人座电动微型车,并会有更大的内部空间。


(责编:中良,资料来源网络)




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