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一汽、东风、比亚迪和浙江亚太轮毂电机技术详解

日期:2018-12-08 20:20

  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。

  轮毂电机技术并非新生事物,在20世纪70年代,这一技术在矿山运输车等领域得到应用。

  早在1900年,费迪南德·保时捷就提出了把电机装到车轮上的想法,并首先制造出了前轮装备轮毂电机的电动汽车。

  而对于乘用车所用的轮毂电机,日系厂商对于此项技术研发开展较早,目前处于领先地位,包括通用、丰田在内的国际汽车巨头也都对该技术有所涉足。

  对于传统车辆来说,离合器、变速器、传动轴、差速器乃至分动器都是必不可少的,而这些部件不但重量不轻、让车辆的结构更为复杂,同时也存在需要定期维护和故障率的问题。

  除了结构更为简单之外,采用轮毂电机驱动的车辆可以获得更好的空间利用率,同时传动效率也要高出不少。

  尤其对于军用车辆,如下图的8*8轮式战车,轮毂电机会大大简化底盘传动系统,获得更大的车内装载和布置空间,更重要的是,取消了传统内燃机,对于热成像的夜视仪,也大大提高了战场生存能力。

  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,在特殊情况下几乎可以实现原地转向(不过此时对车辆转向机构和轮胎的磨损较大),对于特种车辆很有价值。

  (前苏联“白杨”系列导弹运输车采用“燃气轮机+发电机+轮毂电机”驱动技术)

  法国跑车制造公司Venturi在2008年巴黎车展上展示了其研发的概念版四轮驱动跑车“Ventu-ri Volage”,该跑车便使用了米其林的“主动轮”技术。

  德国大众公司在2010年研制了R-zero电动轮概念车。该车结合了轮边电机驱动系统和锂电池蓄能器,0~100km/h的加速时间只需2.9s。按照设想,该车配备4个电机,每个电机负责一个车轮,同时每个电机搭载单独的锂离子电池。

  在这样的动力配置下,该车百公里加速时间少于3秒,理论极速可达460公里/小时,遗憾的是该车至今还只停留在概念上。

  福特汽车公司2013年展示了一款以福特嘉年华为基础开发的e-WheelDrive轮毂电机驱动汽车。e-WheelDrive轮毂电机驱动系统将独立的电动机集成于两个后轮毂中,转向系统采用了全新的设计,能够让车辆无需转向直接平移进入侧方泊车位。

  广汽集团在2010年12月的广州车展上展出了基于阿尔法罗密欧166底盘打造的传祺纯电动汽车,两个后轮采用的是Protean电机公司研发的轮毂电机,其峰值功率为83kW,峰值扭矩为825N·m。

  奇瑞汽车公司在2011年的上海车展上也展示了336V轮毂电机的瑞麒XI-EV纯电动汽车。该电动汽车4个车轮均采用轮毂电机驱动,每个车轮的驱动力可以单独调节。业内曾有说法称比亚迪“汉”也将采用轮毂电机并具备原地掉头功能,然而据最新发布的消息,比亚迪可能不会采用该类型电机。

  对于普通民用车辆来说,常常用一些相对轻质的材料比如铝合金来制作悬挂的部件,以减轻簧下质量,提升悬挂的响应速度。

  可是轮毂电机恰好较大幅度地增大了簧下质量,同时也增加了轮毂的转动惯量,这对于车辆的操控性能是不利的。

  换一句话说,底盘工程师绞尽脑汁做了各种各样的材料分析和力学优化才将簧下质量减下来,突然间塞进一个电机,对现有悬架结构提出更高的滤振需求,同时又降低了悬架响应性能。

  现在的传统动力商用车已经有不少装备了利用涡流制动原理(即电阻制动)的辅助减速设备,比如很多卡车所用的电动缓速器。

  而由于能源的关系,电动车采用电制动也是首选,不过对于轮毂电机驱动的车辆,由于轮毂电机系统的电制动容量较小,不能满足整车制动性能的要求,都需要附加机械制动系统,但是对于普通电动乘用车,没有了传统内燃机带动的真空泵,就需要电动真空泵来提供刹车助力,但也就意味了有着更大的能量消耗,即便是再生制动能回收一些能量,如果要确保制动系统的效能,制动系统消耗的能量也是影响电动车续航里程的重要因素之一。

  此外,轮毂电机工作的环境恶劣,面临水、灰尘等多方面影响,在密封方面也有较高要求,同时在设计上也需要为轮毂电机单独考虑散热问题。

  在前不久结束的广州车展当中,一汽展台上见到了其自主研发的轮毂电机驱动技术底盘,官方数据显示基于这一底盘平台,能够使新车在半载情况下百公里加速缩短至6秒内。

  官方资料显示,该底盘搭载了解耦式制动系统以实现制动能量回收功能,(对于解耦式制动系统之前已经做过相关介绍,有兴趣的网友可以点击查看)。

  一汽还在此基础上通过电机实现E-TCS电动牵引力控制功能,优化车轮附着率提高车辆加速、转向和爬坡性能。

  关于轮毂电机,今年三季度,东风汽车公司“2017年科技创新成果展”暨东风汽车公司技术中心主办的“第二届科技创新周”上,已在军车和乘用车两个领域成功运用了该技术,还在活动现场展出了一辆东风轮毂电机乘用车,另外一辆东风猛士混合动力(轮毂电机)越野车则正在北京央企创新成就展上展出。

  (柴油串联式构型,轮毂电机四驱,纯电动行驶里程不小于35km,可实现静默行驶,适应极端环境和险峻地形。)

  比亚迪第一台量产版轮边电机参数:最大功率90千瓦(122马力)、最大转速7500rpm、工作电压640V。

  在研发上,匹配轮边电机的减速器通过三至四组齿轮(包括重要的行星齿轮)顺势将驱动力减速到正常范围(电动机转速在正常状态下可达到7000-12000rpm,通过减速器将及电动机的高转速减速到500-5000rpm不等)。

  这就要求减速齿轮的质量、减速器与轮边电机的加工精度以及设计可靠性都要达到一定高度。

  电动大巴轮边减速电机驱动桥总成,完全替代了“传统”的电动机和减速器驱动解决方案。

  K9的轮边电机与减速器的横截面特写:可看到减速器齿轮以及轮毂内部的轴承。

  浙江亚太机电股份有限公司(简称“亚太股份”)于2016年初完成对斯洛文尼亚依拉菲推进技术有限公司(简称“依拉菲”)的股权投资。双方并于当年在萧山成立了由亚太股份控股的排他性合资公司“杭州亚太依拉菲动力技术有限公司”(简称“亚太依拉菲”)。

  日前,浙江亚太机电股份有限公司的境外参股子公司——斯洛文尼亚依拉菲推进技术有限公司(简称“依拉菲”)基于宝马X6成功改装了一款高性能轮毂电机改装样车。该车被业界认为是最具性能的轮内动力汽车。

  测试展示用车为一辆宝马x6,搭载了四个依拉菲L型电机,提供超过6000牛•米的直驱轮上扭矩,并产生超过440kw(等于590HP)的纯动力。

  该展示车可以视为世界上性能最佳的轮内动力汽车,由四个创新的大功率无齿轮电机(依拉菲L1500电机)驱动,电机安装于轮辋内。该车重2390公斤,0到100公里/ h(0-62英里/小时)加速时间低于4.9秒。

  目前,亚太股份正在为轮毂电机设计开发专门的底盘模块,因为传统底盘不能突出轮毂电机能源利用率高、续驶里程长、重量轻等优势,且改动与匹配周期长、效果不理想。

  亚太正在进行年产15万套新能源汽车轮毂电机驱动底盘模块技术改造项目,不仅解决了成本高的难题,模块化供应也解决了改动大的问题,预计于2018年年底完成。

  总体来说,轮毂电机技术都有一个共通点——将电机、减速齿轮、电控系统、冷却系统都集成在轮毂这一狭小的空间内,对于轮边空间有限的普通乘用车来说无异于雪上加霜。

  所以就目前轮毂电机的制造、封装水平而言,可能还不能给普通乘用车领域的传统电动汽车带来较大的成本优势,并且少了传动系统还会给主机厂现有的人才架构带来一定的冲击。

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