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把汽車電機裝在車輪上 這科幻技術100年前就發明

 隨著新能源汽車成為汽車市場的未來發展方向,電機技術又迎來了新一輪的迅猛發展。除了我們熟知的傳動電機之外,還有一種可以整合到輪轂之中的電機也開始被人們所了解,這就是所謂的輪轂電機。

  輪轂電機,又被稱為車輪內裝電機,顧名思義就是將電機直接部署在輪轂當中。由于將動力裝置、傳動裝置和制動裝置全部整合到了輪轂內,像差速器等機械設備都可以省去,所以車輛的機械部分將得到極大的簡化。而減少了車輛內的機械部件,不僅在硬成本上得到了降低,同時也可以有效的減少動力傳輸中的損耗,提高傳動效率,最終在實際使用時也能達到節能的目的。這就好比,老大讓老二去和老三說把老四的鑰匙放到老五的衣服口袋里,如此復雜的流程,其最終要達成的結果無非就是把鑰匙放進老五的口袋,老大自己直接去做的話,可以省下大量的時間和人力成本。輪轂電機技術也是這樣一個更加“簡單直接”的技術。早在100年前就有了

  雖然聽起來十分先進,但輪轂電機并不是近些年才有的新鮮事物,早在1898年,一款名為Lohner Porsche的增程式混合動力汽車就搭載了輪轂電機。那個時候,手握輪轂電機設計專利的費迪南德·保時捷博士還沒有創立自己的品牌,但他和Lohner公司的團隊就已經著手將該技術實現在一臺量產車型上,這就是Lohner Porsche。這款車擁有兩個位于前輪內的輪轂電機,可以提供最大3hp的輸出馬力。同時,這臺車還擁有一個重量接近1.8噸的動力電池組,可想而知它的速度究竟有多慢了。雖然以現在的眼光來看,這3hp的馬力可能還不如小朋友手中的電動四驅車,但在那個年代,輪轂電機簡直就是科幻小說中的技術。

  Lohner Porsche增程式混合動力車相比傳統汽車優勢明顯

  可能有不少朋友會認為,輪轂電機也不過是將電機放到了輪轂當中,雖然省去了大量的傳動結構,但它依舊是用電力來驅動汽車前進,和如今滿大街跑的純電動汽車相比好像也沒有先進到哪兒去。其實,輪轂電機在實際應用中有很多看不到的優勢。

  將電機放到輪轂內直接驅動車輪,可以讓車輛的整體結構更加簡單。傳統燃油汽車中所需要傳動軸、變速箱、離合器、差速器甚至分動器等大量的機械設備不但給車輛本身增加了很多重量,同時越復雜的結構也就意味著越容易出現故障。而輪轂電機則很好的避免了這些問題,提升了傳動效率,甚至可以讓車輛的空間最大化的被利用,提高乘坐的舒適性。

  新能源汽車領域中不僅包含純電動汽車,同時也包含了混合動力汽車和燃料電池車。這三者都需要采用電機來驅動車輛,所以輪轂電機在新能源汽車的動力類型上并不“挑食”,無論是適配純電動汽車還是混合動力汽車,甚至是燃料電池車,都可以很好的發揮優勢。

  而且,由于輪轂電機是以一個車輪為單位進行部署的,所以在動力輸出的時候可以提供更加自由的動力分配方式。如果將車輛的四個輪轂都配備上輪轂電機,則可以通過非常簡單的方式實現車輛在前輪驅動、后輪驅動和四輪驅動之中的靈活切換。

  同時,因為輪轂電機可以實現兩側車輪以不同轉速甚至不同旋轉方向,所以很多在傳統內燃機汽車上需要額外添加精密復雜的機械結構才能實現的技術都可以在輪轂電機上非常輕松的實現,比如主動轉向技術,甚至履帶式車輛上的原地轉向。無論是對于家用車還是特種車輛,都具有很高的價值。也因為缺陷導致未能普及

  當然,優點總是伴隨著缺點。雖然輪轂電機有著十分優秀的亮點,但它到如今仍不能大規模普及到民用純電動汽車上,正是因為它也有著比較大的缺陷。

  對于一輛汽車來說,影響操控性能的因素有很多,但其中最重要的一個因素就是“Unsprung Weight”,它是指并不由汽車懸掛系統支撐的重量,比如輪胎、輪轂等。所以相對應的,有車輛懸掛系統所支撐的重量就被稱為“Sprung Weight”。在汽車領域一直傳言,減輕1kg的簧下質量可以等同于減輕15kg的簧上質量。雖然數據并不一定準確,但它的道理對的。

  而輪轂電機卻恰恰是反其道而行,減輕了“簧上質量”,把它增加到“簧下質量”之中。這樣一來,車輛的操控性能就受到了很大的影響,導致車輛在加速、穩定性等方面表現變差。這也是為什么像特斯拉這樣敢于嘗試新鮮技術的公司卻沒有采用輪轂電機的原因。但對于絕大多數以代步功能為主的家用純電動汽車來說,雖然操控性并不是絕大多數消費者的需求點,但簧下質量的增加同時也會帶來舒適感的下降,對懸掛的濾震性能也有更高的要求。

  同時,由于輪轂電機的位置在車輛的車輪內,并不像傳統內燃機汽車和純電動汽車那樣在底盤當中,所以行駛時暴露在外在所難免。像我們日常開車遇到雨天難免會進行涉水駕駛,而如果采用輪轂電機的話將會直接浸入水中,這將會對輪轂電機的防水密封性也有比較高的要求。輪轂電機在未來仍有廣闊的發展前景

  比亞迪K9電動巴士

  雖然輪轂電機由于缺陷明顯,暫時還沒能大規模普及到家用純電動汽車上,但在公共交通領域卻已經有了非常成功的商用案例。像中國品牌中最早涉足新能源商用車的比亞迪,就憑借著K9電動巴士在國內外都獲得了很高的知名度。這款電動巴士就采用了兩組最大功率90kW,峰值扭矩350N·m的輪轂電機來驅動車輛。通過巴士上經常使用的空氣懸掛系統,K9克服了輪轂電機在簧下質量方面的劣勢。同時電動巴士的行駛路線也都在城市內的鋪裝路面,避免了惡劣的使用環境,所以這個技術在K9的身上反而大獲成功。

  勞斯萊斯103EX概念車

  除此之外,像之前我們曾介紹過的勞斯萊斯第一款真正意義上的概念車——勞斯萊斯103EX,也采用了輪轂電機技術。雖然以目前的輪轂電機制造水平,尚不足以在家用新能源汽車市場形成比較大的成本優勢。

  但日系廠商很早之前就開始在輪轂電機技術方面進行布局,同時也有像Protean Electric這樣一直在努力研究輪轂電機技術的供應商,可以看得出來,輪轂電機技術在未來仍有非常巨大的發展前景。一旦在技術上克服了簧下質量和密封性帶來的劣勢,或許輪轂電機將會一舉替代傳統電機,成為新能源領域的一匹黑馬。

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