作为传统燃油车最大的竞争对手——新能源汽车,在政府与市场环境的双重支持下,近几年已经成为汽车行业的翘楚,虽然它众星捧月,但其中的核心技术(如电机驱动技术、轻量化技术、动力总成的模块化等等)还存在许多不足,未来的提升之路还很漫长,我们还需拭目以待。
为此,小编两日前就新能源车企制造商如何落实轻量化技术给出的相关建议与措施,详情请点击《轻量化技术已成“逐鹿点”》。而本篇文章的出发点,虽是继续研究轻量化技术领域,但切入点则落脚在驱动电机中的轮毂电机。
轮毂电机的优势明显 市场前景广
说起轮毂电机,简单理解就是将集成了减速器的电机总成直接布置在轮毂中,由4个轮边电机直接驱动4个车轮,从而最大限度的简化电动车辆的零部件组成,直接提高传动效率,减少不必要的能量损耗。
图示:轮毂电机
由此可见,轮毂电机的应用前景非常广阔,电动汽车资源网获悉,它主要具备以下几点优势:
第一,能耗低且高效节能。因轮毂电机省去了离合器、变速器等装置,传动效率得到大幅提高。就目前发展的趋势来说,新能源车主要通过电力驱动,轮毂电机完全可作为主要驱动力;而对于混合动力车型来说,轮毂电机又可以充当起步和急加速的补充动力,可以减少30%的燃油消耗,同时,可以实现80%的制动能量回收,提高了新能源车的续航里程。
第二,集成化且轻量化。轮毂电机将动力、传动、制动整合于轮毂内,底盘结构大幅简化节省车内空间,提高汽车空间利用率,并可减轻30%的自身重量。
第三,驱动灵活。轮毂电机直接驱动车轮,MCU 无需繁杂操作指令就可以高精度地控制车轮的转速和扭矩,满足不同工况下的行驶需求。轮毂电机可分为内转子和外转子两类,内转子转速较高,与减速装置配合使用,外转子结构相对简单,无须搭配减速机构。
车企纷纷涉猎 加大研发投入
事实上,对于轮毂电机的实际应用早在100多前就已经出现,号称有史以来第一台混合动力汽车——Lohner Porsche,它由一台汽油内燃机、四个轮毂电机和电池组构成的混动系统,整车结构简单,并且实现小范围量产。
后来,日本也从1991 年开始涉足轮毂电机研发领域,而从产业层面来看,欧美公司则占据主导地位,如荷兰的e-Traction、美国的Protean、欧洲的Elaphe,都先后有系列产品诞生。
Protean electric在2010年便推出了应用在普通乘用车上的轮毂电机技术,他们所研发的轮毂电机总成每个重量为34Kg,能够提供81kW的功率及800N·m的扭矩输出,支持在制动过程中回收85%的动能,以提高电动车的续航能力。这就意味着每个车轮可完全独立控制,能够轻而易举的实现轮间差速和扭矩矢量控制控能。因为不需要减速器、传动轴以及差速器,可以给车辆带来更加灵活的空间设计。
图示:protean drive
Protean electric在整车组装方面的应用也初见成效,主要通过应用自身轮毂电机技术,目前已经先后试装至大众高尔夫PHEV、巴博斯改装的奔弛E级、福特F150等热门车型。
图示:比亚迪K9
而中国则从2010 年才开始研发轮毂电机技术,各大传动系统供应商开始通过并购方式引入国外先进技术,但离产业化还有相当长的距离,如泰特机电、万安科技、亚太股份分别投资了e-Traction、Protean、Elaphe。2011 年奇瑞汽车发布了一款应用轮毂电机的瑞麟XI-EV。
图示:一汽轮毂电机底盘,前双叉臂式独立悬架
今年在广州车展上,一汽新能源还通过电机实现了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。
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 Electric公司的轮毂电机,其峰值功率为83 kW,峰值扭矩为825N·m。
诚然,这些产品的出现加快了轮毂电机产业化的进程,先后在客车、大型货车领域都有一定程度的应用,但是在轮边空间有限的普通乘用车领域还存在许多需要突破的地方。
克服轮毂电机的软肋
毋庸置疑,轻量化和电驱化是轮端产品的未来发展趋势,其中,轻量化技术主要从新材料的选用和设计工艺方面来实现,在保证汽车的强度和安全性能的前提下,尽可能地降低汽车的整备质量,从而提高汽车的动力性,减少燃料消耗,降低排气污染。
而电驱产品的技术障碍主要表现在两个方面,一是电池技术尚未突破;二是成本过高,包括电池的成本,研发的成本等等,这些问题都亟待解决。
据了解,轮毂电机目前面市的相对少,由此可见,还存在许多瓶颈,具体如下:
(1)成本高,分布式驱动小批量生产的成本大概是集中式驱动的150%,若达到生产规模化,分布式成本大约是集中式驱动的120%。
(2)轮毂电机集成化造成了簧载质量的减少、非簧载质量的增加,导致隔离震动性能下降,影响车辆行驶下的平稳性、舒适性、安全性。
(3)轮毂电机散热冷却问题有待考验,极其恶劣的工作环境对轮毂电机的密封防水、抗腐蚀、冷却散热都是个非常大的挑战。甚至稳定性及电机使用寿命还达不到目前的用车标准。当车辆行驶在大负荷低速爬长坡工况下,由于轮毂空间受限缘故,容易出现冷却不足的现象。
总结: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新能源车带来较大的成本优势。伴随着轮毂技术的不断成熟,一旦在公交车、乘用车或轿车领域大规模的推广应用,无疑是一场革命性变革。相关业内专家预测,“实现该目标至少需要3到时5年时间。”（来源：电动汽车资源网 桃子）
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