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(xué)可以移步他的個(gè)人公眾號(hào)：聊聊汽車那些事兒。本文由雷鋒網(wǎng)授權(quán)發(fā)布。

引言

隨著汽車的新能源化，汽車的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單了，簡(jiǎn)單到只需要電池包和電機(jī)就可以替代傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)了。可是，除了離合器和變速箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化外，傳動(dòng)系統(tǒng)還是非常復(fù)雜，尤其是四驅(qū)車輛。

但是，有一項(xiàng)技術(shù)能淘汰全部傳動(dòng)系統(tǒng)，你敢信？

沒錯(cuò)，就是輪轂電機(jī)！

輪轂電機(jī)定義

傳統(tǒng)電動(dòng)汽車的傳動(dòng)方案是把電機(jī)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(dòng)汽車傳動(dòng)方案

有童鞋可能會(huì)說，為什么這么復(fù)雜，把電機(jī)直接裝在輪子上不就行了嗎？

Bingo! 輪轂電機(jī)的技術(shù)就是將電機(jī)裝在輪轂內(nèi)，不經(jīng)過任何機(jī)械結(jié)構(gòu)的傳遞，直接驅(qū)動(dòng)車輪。就是這么簡(jiǎn)單粗暴！

Protean輪轂電機(jī)爆炸圖

輪轂電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

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

• 高效率

傳統(tǒng)的傳動(dòng)系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，每一級(jí)傳動(dòng)都有傳動(dòng)效率的損失，總體傳動(dòng)效率的損失還是很大的。而輪轂電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)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(duì)于傳統(tǒng)的傳動(dòng)系統(tǒng)來說，輪轂電機(jī)可以提高8%~15%左右的效率。

對(duì)于電動(dòng)汽車來說，效率的提升可以進(jìn)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(diǎn)。另外，雖然輪轂電機(jī)比普通輪轂要重不少，但是對(duì)整車來說，還是減重很多的。對(duì)于電動(dòng)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(diǎn)了。

• 空間布置
  

由于高度集成化，省去了中間一大坨傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，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(mèng)。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(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輪，MCU（電機(jī)控制器）只需要一個(gè)簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)非常復(fù)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(shí)現(xiàn)差動(dòng)轉(zhuǎn)向，可以大大減小車輛的轉(zhuǎn)向半徑，甚至可以實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向（不過對(duì)輪胎的磨損比較大）。另外，對(duì)于裝備有四輪輪轂電機(jī)的車輛，可以更容易實(shí)現(xiàn)更高水平的制動(dòng)能量回收利用率。理論上，如果輪轂電機(jī)扭矩足夠大，可以回收100%制動(dòng)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(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)更簡(jiǎn)單，零件更少，整車成本會(huì)下降。但是目前由于輪轂電機(jī)產(chǎn)業(yè)化還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，而且技術(shù)被少數(shù)公司壟斷，輪轂電機(jī)成本還居高不下。不過隨著輪轂電機(jī)前景被各大車企看好，一步步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，這部分優(yōu)勢(shì)會(huì)逐漸體現(xiàn)出來。

• 模塊化
  

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

輪轂電機(jī)的缺點(diǎn)和挑戰(zhàn)

輪轂電機(jī)也存在一些缺點(diǎn)，遇到一些挑戰(zhàn)。

• 簧下質(zhì)量增加
  

簧下質(zhì)量的增加對(duì)操控性能的影響，主要體現(xiàn)在：

顛簸路況時(shí)懸架的響應(yīng)會(huì)變慢

輪轂轉(zhuǎn)量增加使加速響應(yīng)慢

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

• 防震防水防塵的挑戰(zhàn)
  

由于電機(jī)內(nèi)置在輪轂里，工作環(huán)境要惡劣的多，而電機(jī)本身比較嬌貴，所以對(duì)于防水防塵防震設(shè)計(jì)要求就很高。

• 冷卻/散熱的挑戰(zhàn)
  

之所以要散熱，一是因?yàn)楸旧黼姍C(jī)工作會(huì)產(chǎn)生熱量，二是機(jī)械制動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量熱量。

問：不是輪轂電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)100%制動(dòng)能量回收嗎？為什么不取消機(jī)械制動(dòng)結(jié)構(gòu)？

答：雖然理論上可以實(shí)現(xiàn)100%的制動(dòng)能量回收，但是實(shí)際上不能取消傳統(tǒng)制動(dòng)結(jié)構(gòu)。

原因如下：

輪轂電機(jī)的制動(dòng)力矩不可能滿足緊急制動(dòng)的需求，跑車級(jí)別的驅(qū)動(dòng)加速度能做到0.5g，就很可觀了，而緊急制動(dòng)時(shí)減速度很容易就能達(dá)到0.9g~1.1g。所以輪轂電機(jī)提供的制動(dòng)力矩是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

制動(dòng)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(shí)，一般控制邏輯里是不會(huì)進(jìn)行能量回收的。即使控制邏輯上可以實(shí)現(xiàn)滿電時(shí)仍可以進(jìn)行能量回收，為了確保電機(jī)故障時(shí)仍能保證車輛安全，傳統(tǒng)機(jī)械制動(dòng)結(jié)構(gòu)還是必要的。

機(jī)械制動(dòng)時(shí)，其原理本質(zhì)為機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，瞬間會(huì)產(chǎn)生極大的熱量，短時(shí)間內(nèi)造成周邊溫度的大范圍上升（連續(xù)制動(dòng)時(shí)可以到300度以上）。電機(jī)的永磁體對(duì)溫度非常敏感，溫度太高會(huì)造成消磁，這會(huì)對(duì)電機(jī)造成破壞，一般輪轂電機(jī)采用水冷方式來保護(hù)電機(jī)。

此外，溫度的上升也會(huì)造成制動(dòng)性能的熱衰退。由于輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，導(dǎo)致輪轂電機(jī)的散熱效果不如傳統(tǒng)輪轂的散熱效果好，這對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)。

不過話說回來，輪轂電機(jī)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(fēng)阻。

輪輞造型對(duì)風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(jī)結(jié)構(gòu)的輪輞造型是介個(gè)樣子的。

Protean輪轂電機(jī)輪輞造型

輪轂電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)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(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的后驅(qū)嘉年華。用在嘉年華上的輪轂電機(jī)，單個(gè)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(jī)采用水冷設(shè)計(jì)，單個(gè)電機(jī)最大功率40千瓦（54馬力），電機(jī)工作時(shí)平均輸出功率為33千瓦，兩臺(tái)電機(jī)的最大功率為80千瓦（40×2），約109馬力，連續(xù)輸出時(shí)的平均功率為66千瓦（33×2），即90馬力，輸出扭矩可達(dá)700牛米。

目前國(guó)際上著名的輪轂電機(jī)生產(chǎn)廠商有英國(guó)的Protean電機(jī)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(guó)的Protean電機(jī)公司是一家專門研發(fā)生產(chǎn)輪轂電機(jī)的公司。其生產(chǎn)的輪轂電機(jī)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(dá)85%的制動(dòng)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(jī)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(jí)的巴博斯純電動(dòng)與混合動(dòng)力車型。

國(guó)內(nèi)零部件企業(yè)的布局

萬安科技與Protean股權(quán)合作戰(zhàn)略布局輪轂電機(jī)技術(shù)，欲開發(fā)16寸輪轂的輪轂電機(jī)，以加速推進(jìn)輪轂電機(jī)技術(shù)在國(guó)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(jī)技術(shù)公司1000萬歐元，占該公司股份的20%。雙方同意在中國(guó)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(jī)技術(shù)公司的技術(shù)在中國(guó)打造本土化產(chǎn)品，推動(dòng)中國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

總結(jié)

由于輪轂電機(jī)具有高效率，高集成度的優(yōu)點(diǎn)，與新能源汽車十分契合，在新能源汽車領(lǐng)域有非常好的發(fā)展前景。不過，由于輪轂電機(jī)增加了簧下質(zhì)量，會(huì)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(jī)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(shí)間。對(duì)于傳統(tǒng)車企來說，一直以來的傳統(tǒng)是，傳動(dòng)歸傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)歸驅(qū)動(dòng)，底盤歸底盤，分屬不同的部分，涇渭分明。一旦普及，傳動(dòng)系統(tǒng)將取消，驅(qū)動(dòng)和底盤將深度融合在一起，對(duì)于傳統(tǒng)車企的組織架構(gòu)是一個(gè)非常大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)車企想要推動(dòng)這個(gè)變革，其決心不亞于壯士斷腕。

面對(duì)多變的世界，悠久的歷史和龐大的規(guī)模對(duì)于傳統(tǒng)車企來說，是一個(gè)負(fù)擔(dān)。是時(shí)候擺脫束縛、輕裝上陣了。

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