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『汤叔解惑』电动汽车的完全态 轮毂电机或将全面取代电驱动桥
作者/来源:CNEV
2019-11-19 09:33:09

上一期专栏为大家介绍了保时捷Taycan的两档变速箱。并且抛出了一个观点:虽然特斯拉的电动车产品在全球这么火热,但并不代表特斯拉的技术是最先进的,充其量只能说其理念是非常先进的。因为牵扯到变速箱相关的核心技术特斯拉无法突破,所以选择了退而求其次的单级减速器的方案。而具备变速箱开发能力的保时捷,在Taycan上通过两档变速箱的使用,明显提升了各个速度范围段的加速性能,并且续航里程不降反升。

虽然目前市面上能够看到的纯电动车采用的都是电驱动桥布置方案(电机把动力传递给差速器,然后分成左右半轴后传递到车轮),但并不代表轮毂电机技术不够先进,而是目前绝大多数主机厂包括供应商并不掌握轮毂电机的核心技术。那么轮毂电机到底有哪些性能优势?它将如何颠覆传统燃油或电驱动的技术架构?本期来为大家解读。

■ 轮毂电机可以提高续航里程

我在之前的一篇专栏《续航里程提升神器,轮毂电机离我们越来越近》中,为大家介绍过轮毂电机对于续航里程的性能提升。这里就不重复了,总而言之,轮毂电机由于不需要任何传动系统,电机转子输出的扭矩直接作用于车轮,所以省去了中间环节的能量损耗,并且对于新势力们可以完全摆脱变速箱、差速器、传动轴等传动部件的研发。

而目前制约轮毂电机大规模应用的一个要素,就是永磁电机的永磁体会存在高温消磁的现象。由于轮毂电机距离刹车太近,会导致温度过高,如果解决不了散热问题,则很难量产永磁轮毂电机。


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▲随着电机性能的不断提升,轮毂电机的量产指日可待。

 

■ 取消了传动部件,布置更柔性化

特斯拉和目前市售的一系列纯电动车还在坚持使用减速器、差速器、半轴的驱动桥布置方式,并不是因为这种方式性能好,而是目前轮毂电机没有突破,只能不得已而为之。虽然电机的尺寸已经较传统的燃油发动机小了很多,但对于空间有限的车身来说,电机和电控系统仍然是一个很占地方的东西。


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▲特斯拉的电驱动桥占据了车身很多空间,而且电机有多大,电控系统基本与之差不多大。

再加上单级减速器总成以及差速器和传动半轴,几乎要占据后桥的所有空间。这与我们想象的未来方盒子状的无人驾驶电动车大相径庭。这也是为什么EV大行其道的今天,我们从外观上却看不出来它跟燃油车有什么差异。这里面虽然有碰撞安全法规方面的要求,但是最主要的还是因为电驱动桥的存在,让电动车无法摆脱传统燃油车的底盘布置方式。如果实现轮毂电机的布置,把电动机、电控系统以及减速器都集成在轮毂当中,就可以获得一个全平的底盘平台。底部均匀的布满电池,而电池和车桥之上全部都可以用来设计成成员空间或者储物空间。

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▲通过对单个车轮的独立转向和驱动控制,可以实现360度无死角平移,从此停车入库将会无比简单。

 ■  转矩矢量对整车Dynamic性能有着颠覆性提升

   当每个车轮变成了一个可独立控制的动力单元,并且实现了转矩适量之后,整车的动态操稳性能可以得到一个颠覆性的提升。我们知道传统驱动桥模式驱动的车辆,受制于差速器的动力分配特性,在转弯时动力会优先分配给阻力较小一侧的车轮,这就会导致在转弯过程中,抓地力更好的车轮得不到足够大的动力。

由此,诞生了类似于本田SH-AWD这样的可以左右分配扭矩的主动式差速器,通过一套成本极高的多片离合器和复杂的控制器来实现左右车轮之间的动力分配。即便这样其响应速度仍然是制约性能发挥的主要瓶颈,并且这种复杂的差速器系统也会导致能耗升高,传动效率降低,对于电动车来说这是得不偿失的,会极大的损耗续航里程。

所以传统电驱动桥结构的电动车,只能通过简单的对单侧车轮的制动来实现左右车轮的扭矩分配。而轮毂电机,则有天生的扭矩矢量控制功能,可以精准的基于每个车轮的抓地力提供扭矩,把每个车轮的性能发挥到极致。


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如上图,通过扭矩矢量控制可以实现更加灵活的操稳性能。即便是拥有超长车身轴距的车辆也能获得小车般的灵动,能够极大的提高机动性,操控性和主动安全性。

除此之外,当每个车轮可以实现独立的扭矩矢量控制之后,还能实现单侧车轮驱动或者通过给单侧车轮提供额外扭矩,实现更加灵敏的转向性能。甚至可以像坦克原地掉头那样,通过单侧车轮的动力驱动,让车辆实现极小的转弯半径。当车辆在弯道产生转向不足或者转向过度时,通过对单侧车轮的扭矩矢量控制可以灵活的把车辆运行轨迹修正到正常循迹范围内。

■ 采用轮毂电机之后,减重效果十分明显

   从直观感觉上,如果去掉了电驱桥必须要的减速器、差速器、传动半轴,改为直驱的轮毂电机的话,重量肯定时是会减轻的,那么到底能够减轻多少重量呢?我们经过简单测算,在其它性能相同的情况下,传统驱动桥和轮毂电机的重量对比如下图:


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如上图:采用电驱动桥系统需要103kg重量,而采用性能相同的轮毂电机系统,重量可以降到72kg。足足能够减重31kg,如果是四轮驱动,算上前驱动桥的减重,效果非常可观。

 ■ 结论

    更小的体积,更轻的重量,更低的能耗让采用轮毂电机的车辆可以重新设计整车的外观和空间布局。扭矩的矢量控制可以让车辆获得无与伦比的操控性、灵活性和安全性。这将彻底改变汽车转向系统的设计,改变汽车外形和内部空间的设计。如果觉得现在看到电动车还是长得太像汽油车的话,相信不久的将来,随着轮毂电机的量产,汽车的形态和性能都会产生颠覆性的革新,这个革新不亚于从马车到汽车的革新,或许这才是电动汽车该有的样子。


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