輪式電動(dòng)汽車的發(fā)展及其行業(yè)現(xiàn)狀

石浩楠

天津科技大學(xué) 天津市 300457

隨著社會(huì)的發(fā)展，環(huán)境問(wèn)題和能源問(wèn)題成為各個(gè)國(guó)家最為關(guān)注的問(wèn)題。新能源可以緩減或代替對(duì)傳統(tǒng)石油資源的依賴。早在1898年，F(xiàn)erdinand porsche就設(shè)計(jì)了世界上第一輛輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車，取名Toujours-Contente。近些年，隨著電驅(qū)動(dòng)技術(shù)的不斷發(fā)展，輪式驅(qū)動(dòng)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(duì)輪轂電機(jī)的設(shè)計(jì)與匹配、輪轂電機(jī)的牽引力控制、輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛轉(zhuǎn)向時(shí)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(kāi)了大量研發(fā)工作，進(jìn)行了深入的理論研究和實(shí)踐探索，但距離產(chǎn)業(yè)化還有一定的距離[1]。

1 國(guó)外研究進(jìn)展

表1

表2

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

2 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

我國(guó)的在輪轂電機(jī)的研究與應(yīng)用方面要稍晚于國(guó)外的一些國(guó)家，但是就目前我國(guó)在這方面的研究有了很大的進(jìn)展，目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有達(dá)到量產(chǎn)化，但是電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)的概念車和試驗(yàn)車已有相關(guān)報(bào)道。對(duì)于國(guó)內(nèi)的進(jìn)展也做了如表2統(tǒng)計(jì)。

上表中提到的比亞迪K9早在2011年就在深圳投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，而且中國(guó)的比亞迪K9的品牌早就在國(guó)外打響了知名度，得到了國(guó)外的認(rèn)可。今年我國(guó)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(dòng)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(huì)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(cè)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(lái)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(gòu)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(duì)于輪式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車而言最為關(guān)鍵的技術(shù)。這個(gè)收購(gòu)案無(wú)疑是讓我們擁有了國(guó)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(guó)的輪式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的發(fā)展增添了又一大助燃劑。

3 國(guó)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(xiàng)目的合作，恒大的收購(gòu)案都為我國(guó)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(guó)和國(guó)際上仍然有一些差距。

1)在基礎(chǔ)的制造材料上，我國(guó)在電機(jī)核心原材料硅鋼片以及電機(jī)的動(dòng)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(guó)公司的采購(gòu)，輪轂電機(jī)電控系統(tǒng)的防錯(cuò)容錯(cuò)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(guó)品牌在功率密度，扭矩密度方面同國(guó)際先進(jìn)水平之間還有不少差距。

4 國(guó)內(nèi)目前遇到的問(wèn)題

我國(guó)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(dòng)汽車上仍然有些問(wèn)題需要解決。輪式電動(dòng)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(wèn)題。

1)輪轂電機(jī)的應(yīng)用會(huì)使得汽車的簧下質(zhì)量增加以及輪轂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也會(huì)隨之增加，這樣的話會(huì)對(duì)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(jì)？

2)車輛高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，輪轂電機(jī)長(zhǎng)期處于高溫的情況下，會(huì)影響制動(dòng)工況下的由于電機(jī)的失效而引起的制動(dòng)能量回收的問(wèn)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(dòng)，泥濘路面，以及車輛的涉水等問(wèn)題都對(duì)輪轂電機(jī)的振動(dòng)耐久性，動(dòng)密封性，抗腐蝕性是一個(gè)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(dòng)器的安裝，就目前如何解決輪轂電機(jī)內(nèi)部的制動(dòng)器的制造和維護(hù)給研發(fā)者帶來(lái)了困難。

5 可行性建議

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

2)基于輪轂電機(jī)難散熱的問(wèn)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(guó)所申請(qǐng)的專利中，有一個(gè)“輪轂電機(jī)的冷卻機(jī)構(gòu)”是由Naoki Morigunchi等人于2012年申請(qǐng)的這個(gè)發(fā)明利用的是外轉(zhuǎn)子直接驅(qū)動(dòng)的輪轂電機(jī)，電機(jī)的外殼做成有利于空氣流動(dòng)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(dòng)，電機(jī)可以得到足夠的冷卻效果[5]。我們可以在這個(gè)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(guò)熱而導(dǎo)致的電機(jī)失效的問(wèn)題。

6 輪式電動(dòng)汽車發(fā)展前景預(yù)測(cè)

近幾年來(lái)，我國(guó)目前的新能源汽車還是以混合動(dòng)力汽車為主要市場(chǎng)，混合動(dòng)力其實(shí)是新能源汽車發(fā)展的一個(gè)過(guò)渡階段，而純電動(dòng)和燃料電池汽車才是未來(lái)的發(fā)展方向。在純電動(dòng)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(guó)的輪式電動(dòng)汽車的量產(chǎn)化加快了腳步。恒大的并購(gòu)案，山西東輝新能源汽車研究院的項(xiàng)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(lái)，我國(guó)的輪式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車將會(huì)迎來(lái)量產(chǎn)化。