技術分析:藏在車輪里的電機 助力新能源車突破?

電動車時代網訊,專為電動汽車設計的創新輪轂電機有可能在霧蒙蒙和交通阻塞的北京街道上邁出第一步,而這些性能強勁、設計發生翻天覆地變化的電動車很可能成為未來北京街頭一道靚麗的風景線。Protean Electric,是一家總部位於密歇根奧本山的汽車創業公司,目前正在為其中國工廠選址,而其裝配流水線也計劃於今年年末上線。Protean希望中國生產插電式混合動力或者純電動車的製造商們成為敢於「第一個吃螃蟹的人」。

技術分析:藏在車輪里的電機 助力新能源車突破?

輪轂電機

Protean Electric戰略發展總監Andrew Whitehead告訴記者說,得益於政府部門的大力支持,中國正成為世界電動車技術發展的實驗平台。Andrew還認為目前電動以及混合動力技術之所以發展如此迅速,和政府出台的汽車尾氣排放標準有關係。雖然中國政府的監管力度和歐洲、北美的一樣嚴格,但和其他兩個地區相比,在中國電動車行業標準的推動似乎包含了更多的政治因素。一方面,首都北京的空氣污染狀況已經到了危機關頭;另一方面,政府出台了一系列相關的優惠政策,鼓勵汽車廠商和消費者生產購買更加環保、使用清潔能源的電動汽車。

一般普通的電動汽車在引擎蓋下裝有一台中央電機,可以將動力經傳動軸輸送到四個輪軸。Protean Drive採用的卻是一種全集成直驅輪轂電機系統解決方案,由嵌進車輪里的小型電機直接供能。這種直驅式輪轂電機因為無需使用減速箱,傳動軸或差速器,因此賦予了車輛更多的靈活設計,同時大大降低傳動系統能量損耗,峰值輸出扭矩可達1000牛米。而全電動電機驅動的雪佛蘭沃藍達只能產生大約370牛米的最大扭矩輸出,所以使用了Protean Drive直驅輪轂電機的電動車有著極佳的操控性和動力性。此外該電機的動力和控制元件,包括可將直流電池電能轉化為交流電輸出的逆變器等,全部可安裝于車輪的有效空間內。

Andrew告訴記者,重約34公斤的Protean Drive適合像雪佛蘭沃藍達這樣的插電式混合動力以及全電動汽車。而類似豐田普銳斯這種標準的混動車並不依賴其電動機來產生足夠的推力,所以使用輪轂電機能夠有效節省生產成本。那麼一般普通乘用車只要兩個電機就足夠滿足日常需求了,而重載車或其他高性能汽車則需要配備四個Protean Drive。

輪轂電機:藏在車輪里的秘密

其實輪轂電機並不是什麼新鮮的玩意兒。早在1900年,保時捷公司創始人費迪南德•保時捷(Ferdinand Porsche)曾推出一款使用這種電機的汽車。然而,由於當時技術並不成熟,因此這些處於車輪封閉空間的電機並不能提供足夠的動力或扭矩,而且當汽車駛入土路之後,也無法承受震動,發熱,灰塵以及浸水等考驗。但Andrew表示,ProteanElectric所有電機系統的零部件都經過了嚴酷條件的測試,這個系統完全符合「汽車行業大眾市場的要求」。

然而並非所有人都看好輪轂電機。蒙特利爾康考迪亞大學電氣工程副教授Sheldon Williamson認為,雖然輪轂電機能效和扭矩輸出驚人,但同樣成本也很高。他還說:「從研究角度來看,輪轂電機的出現讓人們對未來的驅動發展十分樂觀;但從經濟方面考慮,現在商用還沒戲。」而且他認為協調輪轂電機需要汽車擁有複雜的控制系統,至少需要5到10年的時間這項技術才會變得有競爭力。

Andrew承認使用要使用ProteanDrive輪轂電機驅動系統,汽車必須配備新的控制軟體。但從某種程度上來講,輪轂系統的控制更簡單一些。就傳統汽車而言,司機踩下油門,通過ECU(電控單元)給發動機發出指令,使其產生扭矩並通過機械系統分配到各個車輪。而使用了Protean輪轂電機的汽車,在ECU發出指令之後,扭矩可以任意分配,並不需要通過複雜的機械系統。這種控制方式能夠利用可任意分配到車輪的扭矩力(扭矩矢量分配技術),這種技術最先用於賽車,但最近被引入了全驅汽車的設計當中。

不過一汽-大眾顯然沒有被可能面臨的挑戰所嚇到,目前正與Protean Electric合作生產驗證演示車。將電機從車身轉移到車輪,不僅節省了大量的車體空間,而且汽車設計更加靈活,相信未來借力推出的概念車也會越來越多。

據非營利機構-美國汽車研究中心(CAR)出具的報告顯示,中國政府要分別在2015年和2020年實現50萬輛和500萬輛新能源汽車上路的目標。包括北京在內的許多城市都提供電動車補助,並可以直接申領電動車牌照。但CAR表示這些刺激政策還不足以形成一個有規模的電動車市場。在北京,如果你買了一輛電動車,你可以馬上獲得牌照。但即便如此,消費者還是不會選擇電動車的。沒有配套或者配套不足的充電設施,是制約北京電動車市場蓬勃發展的一大阻礙。

車輪變重或是轉動貫量增加
車子乘坐時的舒適性與操控性是否會變差?
就像是摩托車輪胎皮快磨完時
騎起來會很輕很好操控
換了新輪胎皮後
車子馬上感覺到變重且不好操控
mlks wrote:
車輪變重或是轉動貫量...(恕刪)

M大,
這些問題和機械相關,我也不太清楚。倒是要請M大向我們分析分析其中可能的利弊。
這篇技術報道,好象是美國媒體的文章。可以參考參考。

其中談到輪轂馬達的價格貴多了。我比較認同。因為大陸的電動三輪車,通常也是象貨車那樣,是直橋驅動的。顯然是因為有個價格的問題。
還有,其中講分配扭力的軟體計算技術,要研究測試幾年才能完善,我也是一直強調認為的。

不過,無論如何,可以做一些概念車出來試驗試驗,看看效果如何。
以前我看到中國大陸時風公司談論電動車技術分幾步走,也是講,一,從鉛酸過渡到鋰電。二,從直橋驅動過渡到輪轂馬達。顯然這個趨勢應沒有太大疑問。
有一説法,簧下重量(指輪框、輪胎、煞車碟盤)減輕1公斤,操控性等於車身重量減輕3公斤,假若為真,反過來推論,簧下重量增加1公斤,等於車重增加3公斤的操控感。
Abcdefg978 wrote:
有一説法,簧下重量(...(恕刪)


這裡有一個問題是所謂的簧下重量的算法是照字面上所說的避震系統以下的重量,還是指有轉動的部份的重量?
因為輪殼馬達雖然重,但是轉動的部分其實只有外部的轉子,其內部定子的矽鋼片和銅線圈佔了很大的重量比例,可是定子是不轉的。

自問自答,WIKI的說法是簧下重量就是指懸吊系統以下的總重量,連傳動軸的一部分都要算進去。
不過輪殼馬達可以省去傳動軸,一來一去不知道是否真的有比較重。

jackchen wrote:
這裡有一個問題是所謂...(恕刪)


輪子的轉動慣量影響最明顯的是轉向輕重與靈活性

至於簧下質量影響最直接的是避震的能力


showermin wrote:
輪子的轉動慣量影響最...(恕刪)


是呀,輪子重了,彈跳的慣性自然也大。彈簧的彈性係數不太好計算和處理。這個是負面因素。

至於說操縱性。按照深圳駕駛比亞迪電動汽車的司機的說法,電動汽車看似很重,但操縱起來很輕很省力。

本人最關心的倒是馬達散熱的細節問題。可惜報道中沒有詳細述說。

showermin wrote:
輪子的轉動慣量影響最...(恕刪)


輪子重量大了,顯而易見的後果之一是更容易爆胎。所以,要加強內胎的強度,那麼成本就上去了。
今天看到比亞迪的新車,使用了兩隻輪外馬達。詳細報道還要等兩個星期。大致性能如下,

比亞迪未來發展方向,即所有車型0-100km/h加速在5秒以內、全面實現四驅、百公里綜合油耗在2L內。

車型:SUV比亞迪唐
新車看點:百公里加速在5秒內
動力系統方面,作為比亞迪第二代雙模驅動車型的唐將由2.0TDI汽油發動機和兩個輪邊電機所組成。採用四輪驅動系統的它與目前「秦」車型上所搭載的第一代雙模系統相比,將採用更為安全的鐵電池組。傳動方面,新車將匹配6速濕式雙離合變速箱。




地球国民 wrote:
電動車時代網訊,專...(恕刪)


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