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把汽车电机安装在车轮上 这么科幻的技术100年前就有了
来源:
日期: 2018-01-24
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随着新能源汽车成为汽车市场的未来发展方向,电机技术又迎来了新一轮的迅猛发展。除了我们熟知的传动电机之外,还有一种可以整合到轮毂之中的电机也开始被人们所了解,这就是所谓的轮毂电机。


把汽车电机安装在车轮上 这么科幻的技术100年前就有了


轮毂电机,又被称为车轮内装电机,顾名思义就是将电机直接部署在轮毂当中。由于将动力装置、传动装置和制动装置全部整合到了轮毂内,像差速器等机械设备都可以省去,所以车辆的机械部分将得到极大的简化。而减少了车辆内的机械部件,不仅在硬成本上得到了降低,同时也可以有效的减少动力传输中的损耗,提高传动效率,最终在实际使用时也能达到节能的目的。这就好比,老大让老二去和老三说把老四的钥匙放到老五的衣服口袋里,如此复杂的流程,其最终要达成的结果无非就是把钥匙放进老五的口袋,老大自己直接去做的话,可以省下大量的时间和人力成本。轮毂电机技术也是这样一个更加“简单直接”的技术。

早在100年前就有了

虽然听起来十分先进,但轮毂电机并不是近些年才有的新鲜事物,早在1898年,一款名为Lohner Porsche的增程式混合动力汽车就搭载了轮毂电机。那个时候,手握轮毂电机设计专利的费迪南德·保时捷博士还没有创立自己的品牌,但他和Lohner公司的团队就已经着手将该技术实现在一台量产车型上,这就是Lohner Porsche。这款车拥有两个位于前轮内的轮毂电机,可以提供最大3hp的输出马力。同时,这台车还拥有一个重量接近1.8吨的动力电池组,可想而知它的速度究竟有多慢了。虽然以现在的眼光来看,这3hp的马力可能还不如小朋友手中的电动四驱车,但在那个年代,轮毂电机简直就是科幻小说中的技术。


把汽车电机安装在车轮上 这么科幻的技术100年前就有了

 Lohner Porsche 增程式混合动力车

相比传统汽车优势明显

可能有不少朋友会认为,轮毂电机也不过是将电机放到了轮毂当中,虽然省去了大量的传动结构,但它依旧是用电力来驱动汽车前进,和如今满大街跑的纯电动汽车相比好像也没有先进到哪儿去。其实,轮毂电机在实际应用中有很多看不到的优势。

将电机放到轮毂内直接驱动车轮,可以让车辆的整体结构更加简单。传统燃油汽车中所需要传动轴、变速箱、离合器、差速器甚至分动器等大量的机械设备不但给车辆本身增加了很多重量,同时越复杂的结构也就意味着越容易出现故障。而轮毂电机则很好的避免了这些问题,提升了传动效率,甚至可以让车辆的空间最大化的被利用,提高乘坐的舒适性。

把汽车电机安装在车轮上 这么科幻的技术100年前就有了 

新能源汽车领域中不仅包含纯电动汽车,同时也包含了混合动力汽车和燃料电池车。这三者都需要采用电机来驱动车辆,所以轮毂电机在新能源汽车的动力类型上并不“挑食”,无论是适配纯电动汽车还是混合动力汽车,甚至是燃料电池车,都可以很好的发挥优势。

而且,由于轮毂电机是以一个车轮为单位进行部署的,所以在动力输出的时候可以提供更加自由的动力分配方式。如果将车辆的四个轮毂都配备上轮毂电机,则可以通过非常简单的方式实现车辆在前轮驱动、后轮驱动和四轮驱动之中的灵活切换。同时,因为轮毂电机可以实现两侧车轮以不同转速甚至不同旋转方向,所以很多在传统内燃机汽车上需要额外添加精密复杂的机械结构才能实现的技术都可以在轮毂电机上非常轻松的实现,比如主动转向技术,甚至履带式车辆上的原地转向。无论是对于家用车还是特种车辆,都具有很高的价值。

也因为缺陷导致未能普及

当然,优点总是伴随着缺点。虽然轮毂电机有着十分优秀的亮点,但它到如今仍不能大规模普及到民用纯电动汽车上,正是因为它也有着比较大的缺陷。

对于一辆汽车来说,影响操控性能的因素有很多,但其中最重要的一个因素就是“Unsprung Weight”(簧下质量),它是指并不由汽车悬挂系统支撑的重量,比如轮胎、轮毂等。所以相对应的,有车辆悬挂系统所支撑的重量就被称为“Sprung Weight”(簧上质量)。在汽车领域一直传言,减轻1kg的簧下质量可以等同于减轻15kg的簧上质量。虽然数据并不一定准确,但它的道理对的。


把汽车电机安装在车轮上 这么科幻的技术100年前就有了

 

而轮毂电机却恰恰是反其道而行,减轻了“簧上质量”,把它增加到“簧下质量”之中。这样一来,车辆的操控性能就受到了很大的影响,导致车辆在加速、稳定性等方面表现变差。这也是为什么像特斯拉这样敢于尝试新鲜技术的公司却没有采用轮毂电机的原因。但对于绝大多数以代步功能为主的家用纯电动汽车来说,虽然操控性并不是绝大多数消费者的需求点,但簧下质量的增加同时也会带来舒适感的下降,对悬挂的滤震性能也有更高的要求。

同时,由于轮毂电机的位置在车辆的车轮内,并不像传统内燃机汽车和纯电动汽车那样在底盘当中,所以行驶时暴露在外在所难免。像我们日常开车遇到雨天难免会进行涉水驾驶,而如果采用轮毂电机的话将会直接浸入水中,这将会对轮毂电机的防水密封性也有比较高的要求。

轮毂电机在未来仍有广阔的发展前景

把汽车电机安装在车轮上 这么科幻的技术100年前就有了 

比亚迪K9电动巴士


虽然轮毂电机由于缺陷明显,暂时还没能大规模普及到家用纯电动汽车上,但在公共交通领域却已经有了非常成功的商用案例。像中国品牌中最早涉足新能源商用车的比亚迪,就凭借着K9电动巴士在国内外都获得了很高的知名度。这款电动巴士就采用了两组最大功率90kW,峰值扭矩350N·m的轮毂电机来驱动车辆。通过巴士上经常使用的空气悬挂系统,K9克服了轮毂电机在簧下质量方面的劣势。同时电动巴士的行驶路线也都在城市内的铺装路面,避免了恶劣的使用环境,所以这个技术在K9的身上反而大获成功。


把汽车电机安装在车轮上 这么科幻的技术100年前就有了

劳斯莱斯103EX概念车


除此之外,像之前我们曾介绍过的劳斯莱斯第一款真正意义上的概念车——劳斯莱斯103EX,也采用了轮毂电机技术。虽然以目前的轮毂电机制造水平,尚不足以在家用新能源汽车市场形成比较大的成本优势。但日系厂商很早之前就开始在轮毂电机技术方面进行布局,同时也有像Protean Electric这样一直在努力研究轮毂电机技术的供应商,可以看得出来,轮毂电机技术在未来仍有非常巨大的发展前景。一旦在技术上克服了簧下质量和密封性带来的劣势,或许轮毂电机将会一举替代传统电机,成为新能源领域的一匹黑马。


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