輪式電動汽車的發(fā)展及其行業(yè)現(xiàn)狀

石浩楠

摘 要：目前的汽車市場上，混合動力汽車占據(jù)了較大的市場，環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，使得對新能源汽車的要求進(jìn)一步提高。輪式驅(qū)動電動汽車成為了目前各大汽車公司新的發(fā)展目標(biāo)。本文就輪式電動汽車的發(fā)展及行業(yè)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并針對當(dāng)前輪式電動汽車所存在的問題提出了可行化建議。

關(guān)鍵詞：輪式電動汽車;行業(yè)現(xiàn)狀;輪轂電機(jī);可行化建議

隨著社會的發(fā)展，環(huán)境問題和能源問題成為各個國家最為關(guān)注的問題。新能源可以緩減或代替對傳統(tǒng)石油資源的依賴。早在1898年，F(xiàn)erdinand porsche就設(shè)計了世界上第一輛輪轂電機(jī)驅(qū)動的電動汽車，取名Toujours-Contente。近些年，隨著電驅(qū)動技術(shù)的不斷發(fā)展，輪式驅(qū)動汽車再次被提及，目前世界各大汽車廠家和研發(fā)機(jī)構(gòu)對輪轂電機(jī)的設(shè)計與匹配、輪轂電機(jī)的牽引力控制、輪轂電機(jī)驅(qū)動車輛轉(zhuǎn)向時的差速控制以及底盤集成控制（如車身穩(wěn)定性控制）等方面展開了大量研發(fā)工作，進(jìn)行了深入的理論研究和實踐探索，但距離產(chǎn)業(yè)化還有一定的距離[1]。

1 國外研究進(jìn)展

在輪轂電機(jī)的研究與應(yīng)用方面，國外的起步要比國內(nèi)早一些。例如日本，德國等國家。 為了更加清晰的看到國外的研究進(jìn)展，就列如表1。

2 國內(nèi)研究進(jìn)展

我國的在輪轂電機(jī)的研究與應(yīng)用方面要稍晚于國外的一些國家，但是就目前我國在這方面的研究有了很大的進(jìn)展，目前國內(nèi)還沒有達(dá)到量產(chǎn)化，但是電動輪驅(qū)動的概念車和試驗車已有相關(guān)報道。對于國內(nèi)的進(jìn)展也做了如表2統(tǒng)計。

上表中提到的比亞迪K9早在2011年就在深圳投入商業(yè)運營，而且中國的比亞迪K9的品牌早就在國外打響了知名度，得到了國外的認(rèn)可。今年我國的西安市于今年的2月26日起，將陸續(xù)投放800輛比亞迪高品質(zhì)的純電動客車K9用于公交線路中。

在去年的12月28日，山西的東輝新能源汽車研究院有限公司和日本的株式會社e-Gle進(jìn)行了合作。據(jù)悉要建設(shè)“清水工作站”、試制中心、測試中心、展示中心等功能模塊。主要是研究輪轂電機(jī)技術(shù)與汽車上其他的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，例如碳纖維輕量化技術(shù)，底盤控制技術(shù)等[2]。

2019年3月15日，迎來了新能源汽車領(lǐng)域的又一大好消息，恒大集團(tuán)以5億的金額收購了泰特機(jī)電有限公司70%的股份[3]。據(jù)了解，泰特機(jī)電有限公司是全球輪轂電機(jī)研發(fā)和生產(chǎn)的領(lǐng)跑者，而輪轂電機(jī)又是對于輪式驅(qū)動電動汽車而言最為關(guān)鍵的技術(shù)。這個收購案無疑是讓我們擁有了國際先進(jìn)的輪轂電機(jī)技術(shù)和許多有關(guān)的專利技術(shù)。這是為我國的輪式驅(qū)動電動汽車的發(fā)展增添了又一大助燃劑。

3 國內(nèi)外進(jìn)展差距

山西東輝新能源汽車研究院有限公司與日本輪轂電機(jī)項目的合作，恒大的收購案都為我國的輪轂電機(jī)的發(fā)展提供了良好的基礎(chǔ)空間。但是，目前我國和國際上仍然有一些差距。

1）在基礎(chǔ)的制造材料上，我國在電機(jī)核心原材料硅鋼片以及電機(jī)的動密封橡膠材料在物理特性和高溫可靠性方面還有很大的差距。

2）電機(jī)控制系統(tǒng)中的IGBT模塊依賴于跨國公司的采購，輪轂電機(jī)電控系統(tǒng)的防錯容錯算法以及功能安全的考慮還不夠充分。

3）就電機(jī)性能而言，中國品牌在功率密度，扭矩密度方面同國際先進(jìn)水平之間還有不少差距。

4 國內(nèi)目前遇到的問題

我國現(xiàn)在輪轂電機(jī)的研究有了很大的成果，但是就廣泛應(yīng)用于電動汽車上仍然有些問題需要解決。輪式電動汽車的產(chǎn)量化需要進(jìn)一步的研究。下面是我們首先要解決的主要問題。

1）輪轂電機(jī)的應(yīng)用會使得汽車的簧下質(zhì)量增加以及輪轂的轉(zhuǎn)動慣量也會隨之增加，這樣的話會對車輛的操縱穩(wěn)定性有所影響。所以如何解決輪轂電機(jī)的輕量化設(shè)計？

2）車輛高速運轉(zhuǎn)的情況下，輪轂電機(jī)長期處于高溫的情況下，會影響制動工況下的由于電機(jī)的失效而引起的制動能量回收的問題。

3）由于輪轂電機(jī)將直接安裝在輪轂里，輪轂電機(jī)所接觸的環(huán)境相當(dāng)惡劣，不平整路面下造成的輪胎跳動，泥濘路面，以及車輛的涉水等問題都對輪轂電機(jī)的振動耐久性，動密封性，抗腐蝕性是一個極大的挑戰(zhàn)。

4）輪轂電機(jī)的使用擠占了車輪內(nèi)部的大量空間，這樣的話不利于車輪內(nèi)部制動器的安裝，就目前如何解決輪轂電機(jī)內(nèi)部的制動器的制造和維護(hù)給研發(fā)者帶來了困難。

5 可行性建議

1）可以采用樹脂基復(fù)合材料。例如保時捷911Turbo、新一代的福特野馬GT350R的輪轂都采用了碳纖維樹脂基這種材料。這種輪轂在減輕質(zhì)量的同時還能吸收大量的撞擊能。而且碳纖維樹脂基這種材料的耐高溫特性非常好。例如碳纖維制動盤能夠承受2500℃的高溫，具有優(yōu)秀的制動穩(wěn)定性。樹脂基復(fù)合材料的化學(xué)性能也非常穩(wěn)定，樹脂基體和各種非金屬纖維增強材料都具有耐強酸、耐強堿以及耐強脂等特性，因此使得樹脂基復(fù)合材料制件能夠適應(yīng)多種外界條件，與金屬材料相比，這種材料具有更長的使用壽命。此外樹脂基復(fù)合材料還具有抗沖擊性強以及一體成型性好的優(yōu)點[4]。這樣的話不僅可以解決輪轂的輕量化設(shè)計，又可以解決在惡劣環(huán)境下輪轂的密封性和防腐蝕的問題。

2）基于輪轂電機(jī)難散熱的問題，現(xiàn)在大多數(shù)的解決方式就是“風(fēng)冷”、“水冷”這兩種方式。在美國所申請的專利中，有一個“輪轂電機(jī)的冷卻機(jī)構(gòu)”是由Naoki Morigunchi 等人于2012年申請的這個發(fā)明利用的是外轉(zhuǎn)子直接驅(qū)動的輪轂電機(jī)，電機(jī)的外殼做成有利于空氣流動的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，利用輪轂電機(jī)內(nèi)加速的空氣循環(huán)流動，電機(jī)可以得到足夠的冷卻效果[5]。我們可以在這個基礎(chǔ)上加裝冷卻管道，將風(fēng)冷和水冷的方式有機(jī)結(jié)合，可大大提高輪轂電機(jī)的冷卻散熱效率。減少電機(jī)過熱而導(dǎo)致的電機(jī)失效的問題。

6 輪式電動汽車發(fā)展前景預(yù)測

近幾年來，我國目前的新能源汽車還是以混合動力汽車為主要市場，混合動力其實是新能源汽車發(fā)展的一個過渡階段，而純電動和燃料電池汽車才是未來的發(fā)展方向。在純電動汽車領(lǐng)域，輪轂電機(jī)的研究在逐步的完善，隨著一些公司的概念車的出世，我國的輪式電動汽車的量產(chǎn)化加快了腳步。恒大的并購案，山西東輝新能源汽車研究院的項目合作，在這些良好的行業(yè)發(fā)展環(huán)境下，相信在不久的將來，我國的輪式驅(qū)動電動汽車將會迎來量產(chǎn)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]葛平淑、徐國凱，《輪式電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)》，[M]，北京，電子工業(yè)出版社，2015，65-77.

[2]楊彧，《山西東輝引進(jìn)日本輪轂電機(jī)落戶示范區(qū)》，[N]，山西日報，2019.

[3]http：//m.sohu.com/a/302254950_100237582，2019.3.19.

[4]印明勛、劉瑩、喬鑫，《樹脂基復(fù)合材料與汽車輕量化》，[J]，《汽車工程師》，2019年01期.

[5]何仁，張瑞軍《輪轂電機(jī)驅(qū)動技術(shù)的研究與進(jìn)展》，[J]，《重慶理工大學(xué)學(xué)報》，2015年，第29卷，第7期.