雷鋒網(wǎng)按：作者Richard，目前就職于某新能源車企。有興趣的同學可以移步他的個人公眾號：聊聊汽車那些事兒。本文由雷鋒網(wǎng)授權發(fā)布。

引言

隨著汽車的新能源化，汽車的結(jié)構更加簡單了，簡單到只需要電池包和電機就可以替代傳統(tǒng)的發(fā)動機了。可是，除了離合器和變速箱結(jié)構簡化外，傳動系統(tǒng)還是非常復雜，尤其是四驅(qū)車輛。

但是，有一項技術能淘汰全部傳動系統(tǒng)，你敢信？

沒錯，就是輪轂電機！

輪轂電機定義

傳統(tǒng)電動汽車的傳動方案是把電機的輸出扭矩通過變速器和差速器等傳遞到車輪。

傳統(tǒng)電動汽車傳動方案

有童鞋可能會說，為什么這么復雜，把電機直接裝在輪子上不就行了嗎？

Bingo! 輪轂電機的技術就是將電機裝在輪轂內(nèi)，不經(jīng)過任何機械結(jié)構的傳遞，直接驅(qū)動車輪。就是這么簡單粗暴！

Protean輪轂電機爆炸圖

輪轂電機的優(yōu)點

輪轂電機通過把電機集成在輪轂內(nèi)，高度集成化，具有以下優(yōu)點：

• 高效率

傳統(tǒng)的傳動系統(tǒng)由于結(jié)構的復雜性，每一級傳動都有傳動效率的損失，總體傳動效率的損失還是很大的。而輪轂電機直接驅(qū)動車輪，避免了傳遞路徑上效率的損失，可以提升效率，節(jié)省能量。數(shù)據(jù)顯示，相對于傳統(tǒng)的傳動系統(tǒng)來說，輪轂電機可以提高8%~15%左右的效率。

對于電動汽車來說，效率的提升可以進一步增加續(xù)航里程。或者保持續(xù)航里程不變，電池么，就做小一點。另外，雖然輪轂電機比普通輪轂要重不少，但是對整車來說，還是減重很多的。對于電動汽車來說，減重意味著續(xù)航能力的增加，就可以把電池做的再小一點了。

• 空間布置
  

由于高度集成化，省去了中間一大坨傳動機構，可以節(jié)省前艙的布置空間，以及四驅(qū)車輛的后排座椅的凸起，乘客可以享受更大的車內(nèi)空間。上面那一坨變速箱就不需要了，前艙秒變行李艙不是夢。后驅(qū)車后地板上的“迷之突起”消失，啪啪啪更方便。

• 方便控制
  

由于電機直接驅(qū)動車輪，MCU（電機控制器）只需要一個簡單的指令就可以直接控制車輪的轉(zhuǎn)速和扭矩（而且精度非常高），可以很容易的實現(xiàn)非常復雜的控制。比如可以通過左右輪不同轉(zhuǎn)速甚至反向旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)差動轉(zhuǎn)向，可以大大減小車輛的轉(zhuǎn)向半徑，甚至可以實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向（不過對輪胎的磨損比較大）。另外，對于裝備有四輪輪轂電機的車輛，可以更容易實現(xiàn)更高水平的制動能量回收利用率。理論上，如果輪轂電機扭矩足夠大，可以回收100%制動能量，只是受限于電池組的充電功率。

• 成本

理論上，由于節(jié)省了復雜的傳動機構，機構更簡單，零件更少，整車成本會下降。但是目前由于輪轂電機產(chǎn)業(yè)化還遠遠不夠，而且技術被少數(shù)公司壟斷，輪轂電機成本還居高不下。不過隨著輪轂電機前景被各大車企看好，一步步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，這部分優(yōu)勢會逐漸體現(xiàn)出來。

• 模塊化
  

由于輪轂電機的高集成度，輪轂電機理論上只與車輪大小有關，所以更容易模塊化，避免重復開發(fā)，可以縮短新車型的開發(fā)周期和開發(fā)費用。

輪轂電機的缺點和挑戰(zhàn)

輪轂電機也存在一些缺點，遇到一些挑戰(zhàn)。

• 簧下質(zhì)量增加
  

簧下質(zhì)量的增加對操控性能的影響，主要體現(xiàn)在：

顛簸路況時懸架的響應會變慢

輪轂轉(zhuǎn)量增加使加速響應慢

對于第1點，普通家用轎車不太敏感，對于更高級別的車輛，可以通過優(yōu)化懸架結(jié)構來改善。至于說的第2點，電機本身的低轉(zhuǎn)高扭特性可以彌補這一點。

• 防震防水防塵的挑戰(zhàn)
  

由于電機內(nèi)置在輪轂里，工作環(huán)境要惡劣的多，而電機本身比較嬌貴，所以對于防水防塵防震設計要求就很高。

• 冷卻/散熱的挑戰(zhàn)
  

之所以要散熱，一是因為本身電機工作會產(chǎn)生熱量，二是機械制動時會產(chǎn)生大量熱量。

問：不是輪轂電機可以實現(xiàn)100%制動能量回收嗎？為什么不取消機械制動結(jié)構？

答：雖然理論上可以實現(xiàn)100%的制動能量回收，但是實際上不能取消傳統(tǒng)制動結(jié)構。

原因如下：

輪轂電機的制動力矩不可能滿足緊急制動的需求，跑車級別的驅(qū)動加速度能做到0.5g，就很可觀了，而緊急制動時減速度很容易就能達到0.9g~1.1g。所以輪轂電機提供的制動力矩是遠遠不夠的。

制動能量回收受制于電池的SOC(State of Charge，即剩余電量水平），在電池電量接近滿電時，一般控制邏輯里是不會進行能量回收的。即使控制邏輯上可以實現(xiàn)滿電時仍可以進行能量回收，為了確保電機故障時仍能保證車輛安全，傳統(tǒng)機械制動結(jié)構還是必要的。

機械制動時，其原理本質(zhì)為機械能轉(zhuǎn)化為熱能，瞬間會產(chǎn)生極大的熱量，短時間內(nèi)造成周邊溫度的大范圍上升（連續(xù)制動時可以到300度以上）。電機的永磁體對溫度非常敏感，溫度太高會造成消磁，這會對電機造成破壞，一般輪轂電機采用水冷方式來保護電機。

此外，溫度的上升也會造成制動性能的熱衰退。由于輪轂電機的結(jié)構形式，導致輪轂電機的散熱效果不如傳統(tǒng)輪轂的散熱效果好，這對制動系統(tǒng)的設計提出了挑戰(zhàn)。

不過話說回來，輪轂電機封閉的輪輞造型，可以讓空氣更加平滑的通過車身，從而最大程度的降低風阻。

輪輞造型對風阻系數(shù)影響示意圖

一般車輛的輪輞考慮散熱，輪輻之間空擋較大，造型是醬嬸的（見下圖）。

普通車輪的輪輞造型

而為了降低風阻，BMW i3的輪輞造型是醬嬸的。

BMW i3輪輞造型

超低的0.19cd的風阻系數(shù)的奔馳IAA概念車，輪輞造型是醬嬸的。

奔馳IAA概念車輪輞造型

好吧，輪轂電機結(jié)構的輪輞造型是介個樣子的。

Protean輪轂電機輪輞造型

輪轂電機的發(fā)展現(xiàn)狀

國際巨頭的成果

2013年，福特與汽車零部件廠商舍弗勒共同開發(fā)搭載輪轂電機驅(qū)動技術的后驅(qū)嘉年華。用在嘉年華上的輪轂電機，單個重量為53千克，比傳統(tǒng)車輪裝置的重量高不少。

舍弗勒的輪轂電機采用水冷設計，單個電機最大功率40千瓦（54馬力），電機工作時平均輸出功率為33千瓦，兩臺電機的最大功率為80千瓦（40×2），約109馬力，連續(xù)輸出時的平均功率為66千瓦（33×2），即90馬力，輸出扭矩可達700牛米。

目前國際上著名的輪轂電機生產(chǎn)廠商有英國的Protean電機公司、加拿大的TM4公司、著名的輪胎生產(chǎn)商米其林公司和日本的普利司通公司。

其中，英國的Protean電機公司是一家專門研發(fā)生產(chǎn)輪轂電機的公司。其生產(chǎn)的輪轂電機能夠?qū)崿F(xiàn)75kW的峰值功率和1250NM的峰值扭矩，質(zhì)量為36kg，可安裝在直徑為18英寸以上的車輪中，能回收高達85%的制動能量。

據(jù)了解，Protean已與多家整車廠商合作研發(fā)了多款裝配輪轂電機的樣車和改裝車型，包括福特F150-EV、VolvoC30 SeriesHEV、沃克斯豪爾Vivaro貨車、廣汽傳祺mmpchiEV以及基于梅賽德斯奔馳E級的巴博斯純電動與混合動力車型。

國內(nèi)零部件企業(yè)的布局

萬安科技與Protean股權合作戰(zhàn)略布局輪轂電機技術，欲開發(fā)16寸輪轂的輪轂電機，以加速推進輪轂電機技術在國內(nèi)落地和產(chǎn)業(yè)化。

亞太股份以參股方式投資斯洛文尼亞輪轂電機技術公司1000萬歐元，占該公司股份的20%。雙方同意在中國成立合資公司，亞太股份占該合資公司51%的股份，歐盟公司占該合資公司49%的股份。亞太可以利用歐盟斯洛文尼亞輪轂電機技術公司的技術在中國打造本土化產(chǎn)品，推動中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

總結(jié)

由于輪轂電機具有高效率，高集成度的優(yōu)點，與新能源汽車十分契合，在新能源汽車領域有非常好的發(fā)展前景。不過，由于輪轂電機增加了簧下質(zhì)量，會影響車輛的操控性能，此外，還有很多防水防塵防震和散熱的挑戰(zhàn)需要克服。

總之，由于輪轂電機還沒有大規(guī)模量產(chǎn)，成本居高不下，推廣普及還需要一定時間。對于傳統(tǒng)車企來說，一直以來的傳統(tǒng)是，傳動歸傳動，驅(qū)動歸驅(qū)動，底盤歸底盤，分屬不同的部分，涇渭分明。一旦普及，傳動系統(tǒng)將取消，驅(qū)動和底盤將深度融合在一起，對于傳統(tǒng)車企的組織架構是一個非常大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)車企想要推動這個變革，其決心不亞于壯士斷腕。

面對多變的世界，悠久的歷史和龐大的規(guī)模對于傳統(tǒng)車企來說，是一個負擔。是時候擺脫束縛、輕裝上陣了。

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