輪轂電機應用在電動汽車上的技術壁壘是什么？需要怎樣的突破才能規模普及？它是如何幫助提高續航里程的？

輪轂電機并不是什么新鮮技術，幾乎所有的低速兩輪電動摩托和電動自行車，使用的都是輪轂電機。但為什么在兩輪車型上普及了十幾年的技術，至今仍然沒有在汽車上廣泛被采用？甚至連一款市售的采用輪轂電機的量產車都沒有，僅僅幾個品牌小批量改裝過輪轂電機這種裝備。輪轂電機應用在電動汽車上的技術壁壘是什么？需要怎樣的突破才能規模普及？它是如何幫助提高續航里程的？本期來為大家解讀。

■什么是輪轂電機？

輪轂電機就是直接把電機裝在輪端(集成在輪轂內側)用于直接帶動驅動輪驅動車身行駛的裝置。這種裝置其實并不新鮮，早在1898年，費迪南德保時捷博士設計的第一臺汽車就是采用兩個輪轂電機驅動前輪的電動車。只是受制于那個時代又大又重的鉛酸電池，后來沒有得到廣泛普及。

■不光續航里程，對動態性能的提升，輪轂電機的優勢也很明顯

首先省去了減速齒輪和差速器對動力的損耗。傳動系統往往在傳輸動力的過程中會損耗掉一部分動力，對于燃油車來說，表現出來的結果可能是油耗高了1-2個而已，但對于電動車來說，直接影響的就是續航里程。在電池價格如此高昂的時代，續航里程幾乎可以直接折算成錢。所以如果采用輪轂電機直接驅動車輛運動，那么就完全減去了減速器和差速器對動力的損耗，可以非常有效的提高續航里程。

其次，采用輪轂電機直接驅動車輛之后，如果是兩驅車，則動力由兩個電機來提供，如果是四驅車動力就由四個電機來提供。這樣分散驅動的好處，就像傳統燃油車的多缸發動機一樣，單個電機的功率可以較小，體積、重量都可以減輕。不但比單電機驅動加傳動系統造成的能量損耗要低，還可以降低每個電機的運行負荷，讓運行更穩定，后備功率更充足。

再者，采用輪轂電機，無論是采用兩驅還是四驅形式，都可以通過控制器輕松控制每個驅動輪的動力輸出。不會像有差速器傳統的車型那樣因為單個車輪打滑而拋錨。對于激烈駕駛時的操控性，也可以輕松實現前后車輪或者左右車輪的扭矩分配，讓每一個車輪獲得最佳抓地性能。而這些都不會因為復雜的傳動系統和差速器造成能量損耗。

最后，輪轂電機對于動能回收同樣避開了傳動系統對能量的損耗，可以最大程度的回收制動力。如果匹配得當甚至可以回收超過90%的剎車能量。這也會進一步提高車輛的續航里程。

▲輪轂電機剖面

■制約輪轂電機發展的兩大技術因素

把電機集成到輪轂以后，整個車輪總成的重量會大大增加。這樣會導致簧下質量的增加。我們知道無論是主打操控的高性能車，還是主打舒適性的豪華車，都會采用各種高級材料或復雜工藝用來降低簧下質量，比如采用鋁合金懸掛搖臂，或者鍛造鋁合金搖臂。簧下重量越輕，懸掛系統的響應速度就會越快。在應對不平起伏和顛簸時，能夠快速響應的懸掛就能迅速讓減震器吸收不平震動。相反簧下重量如果越大，懸掛響應就會越慢，減震器對路面起伏的吸收就會越弱，導致大量震動和沖擊被直接傳遞到車身上。

所以，現在主流的電動汽車并沒有把電機直接集成到輪轂當中，而是更類似于傳統燃油車的傳統系統架構，采用一個電機來驅動一個驅動橋，通過減速齒輪和差速器分出兩個半軸，分別把動力傳遞給左右驅動輪。

▲華人運通首款基于量產導向開發的四輪轉向輪轂電機工程車-RE05

不過，對于電動車來說，簧下質量增加對性能的影響似乎沒有燃油車那么恐怖。因為電動車的簧上質量本身很大。相對較大的簧下質量來說，如果簧上質量足夠大，對舒適性的影響也就不會那么明顯。這也是為什么像豐田蘭德酷路澤這樣的硬派越野車，在懸掛采用了簧下質量巨大的整體橋結構之后，仍然能夠獲得足夠的乘坐舒適性。因為采用非承載結構的車身本身已經帶來了巨大的簧上質量。就像電動車一樣，在電池的加持下，簧上質量要遠高于傳統燃油車(即便是做了輕量化之后)。所以簧上質量與簧下質量的比值，并不會比傳統燃油車超出太多。所以對于舒適性的影響并不會那么明顯。

而操控方面，本身輪轂電機具備對單個車輪獨立的扭矩輸出控制，這就好比配備了一套性能超強的中央差速器四驅系統，而通過單個電機對輪端扭矩的控制，可以說比任何一種主動式差速器都要更加直接、響應更加迅速。所以在動力驅動方面，輪轂電機可以找補回來很大一部分因為簧下質量增加損失掉的動態操穩。所以，因為簧下質量增加導致的舒適性和操控性的損失，都會因為隨著工程開發的細致化，而逐步找補回來，甚至超出預期目標。所以，簧下質量的增加并不是輪轂電機目前沒有普及的根本原因。

■永磁電機在溫度超過攝氏200度時會發生退磁現象

我在前幾期的專欄力為大家介紹過，永磁同步電機是目前電機當中效率比較高的解決方案。但是永磁體有一個致命缺陷，就是在高溫下長時間工作會退磁。一旦退磁，電機功率和效率都會被極大的衰減。這就是制約輪轂電機發展的很重要的一個瓶頸。因為一旦把電機布置在輪轂之中，它的位置會非常靠近剎車盤。車輛因制動產生的高溫會直接被傳導到電機上，一但電機升溫就會產生退磁的風險。

目前全球幾大致力于研發輪轂電機的供應商如：米其林、普利司通等，都在通過設計水冷系統來給電機散熱。一方面通過水冷系統冷卻電機的定子，另一方面通過高效的制動動能回收系統盡可能的減小剎車系統的介入，從而減小剎車負荷。最后因剎車產生的溫度，再通過良好的通風散熱設計把熱量散發出去，并且在剎車系統和電機之間加入硅鋼片來進行隔熱，從而把電池的極限溫度控制在140度以下。通過上述解決方案，目前輪轂電機在極限制動情況下，溫度已經可以控制到低于100攝氏度了。所以，即便是高溫退磁的情況也正在被供應商攻克，相信在不久之后，像SUV或硬派越野這類簧上質量大，對動態操控要求不那么高的電動車會率先規模化量產輪轂電機這樣的解決方案，從而帶來更長的續航里程和更經濟的用車體驗。