輪轂電機這麼好,為什麼沒普及?

2021-02-14 AL頻道

 

9月9日,保時捷Taycan純電動車下線,幾年前是造車新勢力「群魔亂舞」的時代,現在輪到傳統汽車打壓它們了,越拉越多大品牌推出高性能純電動車。

 

 

說到Taycan,很多人不知道,其實保時捷老爺子在100年前就造出電動車,而且他整出了一個黑科技——輪轂電機。看下圖,這臺長得跟馬車一般的電動車,前輪轂是不是接了一個大盤罩子?那就是輪轂電機,現在這玩意兒展覽在保時捷博物館裡,一進入口就能看見。

 

 

那麼,什麼是輪轂電機?就是把電機裝在車輪裡,省掉其他的傳動部件。一輛車裝了四輪輪轂電機後,每個輪能智能調節動力,過彎極限不是其他四驅比得上的。除此之外,輪轂電機還有很多優勢,因為取消了很多零部件,發動機、變速箱、離合、傳動軸什麼都不需要,車輛結構一下子變得簡單起來。但最直接的優勢,是動力加速比現在傳統布置的電動車更直接,幾乎0滯後。

 

不少車企都在研究輪轂電機,並推出一些實驗車。近半個世紀,尤其日本企業特別感興趣。在這麼多應用輪轂電機的車中,日本車佔了多數,下面有圖為證。

  

1991年,日本慶應義塾大學和東京電力公司聯合研發一臺IZA跑車,它採用四個外轉子式永磁同步輪轂電機,外轉子直接和輪轂連接,每個電機最大功率為25千瓦,最高時速達到176km/h,續航裡程為270km。

 

 

1996年,日本國家環保局聯合其他機構推出Luciole小型純電動汽車,它只有後輪用了輪轂電機,每個輪的最大功率為36千瓦、峰值扭矩為770牛米,因此總的功率為72千瓦、峰值功率為1540牛米。

 

 

2000年,日本ARACO推出了更小的COMS小型電動車,電動輪由電機和行星齒輪減速器組成,行星齒輪減速器布置在電動機轉子內部,使電動輪的軸向尺寸變得更小。

 

 

2001年,又是日本慶應義塾大學,研發出一款8輪電動車,叫KAZ。這輛車因為像毛毛蟲一樣的奇葩造型,曾經在網上火過一段時間,我相信你也見過。它的驅動系統採用的是減速驅動型,行星減速結構沒布置在內轉子裡面,而是和轉子並排。KAZ每個輪的最大功率為55千瓦,整車最大輸出功率為440千瓦,極速達到311km/h。

 

 

2005年,本田推出一款FCX燃料電池車。它採用三臺電機,其中布置在前方的是「傳統電機」,而另外兩臺電機跟後輪相連。

 

 

2008年,法國跑車小廠Venturi和米其林合作,推出了採用米其林「主動輪」技術的Volage跑車。米其林這套電動輪集成了嵌入式主動懸掛、驅動電機、懸掛電機及盤式制動器。

 

 

2011年,中國品牌開始發力,廣汽推出一款用兩個後輪輪轂電機的純電動車,每個輪轂電機有8個子電機和子控制系統,全部集成在輪轂內,重量輕、扭矩大、結構緊湊,兩個輪轂電機的最大功率為166千瓦,最大扭矩達到了1650牛米。

 

 

同樣是2011年,奇瑞推出瑞麟X1-EV電動汽車,同樣採用輪轂電機。由於直接將驅動電機裝在車輪中,發動機艙故能騰出大量的空間,懸掛系統也有更好的設計。

 

 

2018年,造車新勢力華人運通發布了一款四輪轉向輪轂電機工程車HOV-RE05,它提供了14套不同工況/模式下的智能驅動邏輯,根據不同路況,4個獨立的車輪都可改變方向,並且能實時地正反轉,自由度極高。已達到交叉四輪轉向(原地調頭)側前向滑行、交叉內前輪反轉及外驅內側輪反轉等動作,非常炫酷。

 

除了上面提到的,歷史上還有許多車輛採用了輪轂電機,不僅是乘用車,還有商用車。比如2016年,奔馳推出的Urban eTruck就採用了帶輪轂電機的後輪,整車最大扭矩達到10989牛米。

 

 

按上面這麼說,輪轂電機至少發展了一百多年,還有不少試驗作品,為什麼就沒法量產呢?下面例舉4個原因。

 

1、難以降低簧下質量。簧下質量指是車輪、輪胎以及相關附帶的一些零部件的運動質量。如果簧下質量很重,舒適性就很差,過一個坑就導致車身的明顯晃動。而電機本身採用了銅、永磁鐵和其他金屬,都是有分量的材料,幾乎降不下來。現在車企都在儘量降低簧下質量,科尼賽克甚至有碳纖維輪轂,減重從腳開始了。

 

2、散熱困難。由於輪轂電機集成在輪轂內,散熱環境差,容易導致電機過熱。而電機過熱會導致永磁體退磁,顯著降低電機的壽命。

 

3、輪內空間有限,電機難做得很大,導致動力和扭矩受到較大限制。

 

4、對可靠性的要求很高。因為車輛在行駛中受到沙石、泥水的衝擊破壞,甚至有涉水的可能性。而輪轂電機在車輪內所處的就是這樣惡劣的環境,這對電機的品質和可靠性有很大考驗,與其投入這麼多精力,不如做傳統布置的電機。

 

但任何新事物總有缺點和優點,相比主流電動汽車,輪轂電機被少數廠商當做是難得的核心競爭力,誰掌握了它,就不愁其他廠商壓制。但這個過程是痛苦難熬的,這樣的例子也不少見,比如轉子發動機,可能馬自達把它奉為寶貝一樣,但發展了這麼多年也沒讓馬自達變成一個汽車巨頭。

 

但堅持總會有回報,對吧?畢竟輪轂電機還是有動力加速直接、可四輪獨立控制等明顯優勢。尤其對於傳統汽車落後於發達國家的中國,不少本土企業還在苦力鑽研,以期一日將這技術掌握在自己手中。

 

除了華人運通,恆大新成立的恆馳汽車,未來也有往這個方向發展的趨勢。因為在2019年,恆大就收購了湖北泰特機電和英國輪轂電機公司Protean,由此看出恆大特別看重高門檻、與眾不同的核心技術。

想了解更多恆大造車的細節,請看下面視頻和點開左下角「閱讀原文」。

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