輕量化技術——之輪轂電機

作為傳統燃油車最大的競爭對手——新能源汽車,在政府與市場環境的雙重支持下,近幾年已經成為汽車行業的翹楚,雖然它眾星捧月,但其中的核心技術(如電機驅動技術、輕量化技術、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。

為此,小編兩日前就新能源車企制造商如何落實輕量化技術給出的相關建議與措施,詳情請點擊《輕量化技術已成“逐鹿點”》。而本篇文章的出發點,雖是繼續研究輕量化技術領域,但切入點則落腳在驅動電機中的輪轂電機。

輪轂電機的優勢明顯 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。

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

第一,能耗低且高效節能。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。就目前發展的趨勢來說,新能源車主要通過電力驅動,輪轂電機完全可作為主要驅動力;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80%的制動能量回收,提高了新能源車的續航里程。

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,底盤結構大幅簡化節省車內空間,提高汽車空間利用率,并可減輕30%的自身重量。

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

車企紛紛涉獵 加大研發投入

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

后來,日本也從1991 年開始涉足輪轂電機研發領域,而從產業層面來看,歐美公司則占據主導地位,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,他們所研發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計。

輕量化技術——之輪轂電機
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,目前已經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。

而中國則從2010 年才開始研發輪轂電機技術,各大傳動系統供應商開始通過并購方式引入國外先進技術,但離產業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 年奇瑞汽車發布了一款應用輪轂電機的瑞麟XI-EV。

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

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,這些產品的出現加快了輪轂電機產業化的進程,先后在客車、大型貨車領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,輕量化和電驅化是輪端產品的未來發展趨勢,其中,輕量化技術主要從新材料的選用和設計工藝方面來實現,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。

而電驅產品的技術障礙主要表現在兩個方面,一是電池技術尚未突破;二是成本過高,包括電池的成本,研發的成本等等,這些問題都亟待解決。

據了解,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,分布式驅動小批量生產的成本大概是集中式驅動的150%,若達到生產規模化,分布式成本大約是集中式驅動的120%。
(2)輪轂電機集成化造成了簧載質量的減少、非簧載質量的增加,導致隔離震動性能下降,影響車輛行駛下的平穩性、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。甚至穩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,容易出現冷卻不足的現象。

轉載自: 電動汽車資源網

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