輪式電動汽車的發展及其行業現狀

石浩楠

天津科技大學 天津市 300457

隨著社會的發展，環境問題和能源問題成為各個國家最為關注的問題。新能源可以緩減或代替對傳統石油資源的依賴。早在1898年，Ferdinand porsche就設計了世界上第一輛輪轂電機驅動的電動汽車，取名Toujours-Contente。近些年，隨著電驅動技術的不斷發展，輪式驅動汽車再次被提及，目前世界各大汽車廠家和研發機構對輪轂電機的設計與匹配、輪轂電機的牽引力控制、輪轂電機驅動車輛轉向時的差速控制以及底盤集成控制（如車身穩定性控制）等方面展開了大量研發工作，進行了深入的理論研究和實踐探索，但距離產業化還有一定的距離[1]。

1 國外研究進展

表1

表2

在輪轂電機的研究與應用方面，國外的起步要比國內早一些。例如日本，德國等國家。為了更加清晰的看到國外的研究進展，就列如表1。

2 國內研究進展

我國的在輪轂電機的研究與應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展，目前國內還沒有達到量產化，但是電動輪驅動的概念車和試驗車已有相關報道。對于國內的進展也做了如表2統計。

上表中提到的比亞迪K9早在2011年就在深圳投入商業運營，而且中國的比亞迪K9的品牌早就在國外打響了知名度，得到了國外的認可。今年我國的西安市于今年的2月26日起，將陸續投放800輛比亞迪高品質的純電動客車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進行了合作。據悉要建設“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技術與汽車上其他的先進技術進行結合，例如碳纖維輕量化技術，底盤控制技術等[2]。

2019年3月15日，迎來了新能源汽車領域的又一大好消息，恒大集團以5億的金額收購了泰特機電有限公司70%的股份[3]。據了解，泰特機電有限公司是全球輪轂電機研發和生產的領跑者，而輪轂電機又是對于輪式驅動電動汽車而言最為關鍵的技術。這個收購案無疑是讓我們擁有了國際先進的輪轂電機技術和許多有關的專利技術。這是為我國的輪式驅動電動汽車的發展增添了又一大助燃劑。

3 國內外進展差距

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

1)在基礎的制造材料上，我國在電機核心原材料硅鋼片以及電機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)電機控制系統中的IGBT模塊依賴于跨國公司的采購，輪轂電機電控系統的防錯容錯算法以及功能安全的考慮還不夠充分。

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

4 國內目前遇到的問題

我國現在輪轂電機的研究有了很大的成果，但是就廣泛應用于電動汽車上仍然有些問題需要解決。輪式電動汽車的產量化需要進一步的研究。下面是我們首先要解決的主要問題。

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

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

3)由于輪轂電機將直接安裝在輪轂里，輪轂電機所接觸的環境相當惡劣，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的振動耐久性，動密封性，抗腐蝕性是一個極大的挑戰。

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

5 可行性建議

1)可以采用樹脂基復合材料。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，具有優秀的制動穩定性。樹脂基復合材料的化學性能也非常穩定，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，因此使得樹脂基復合材料制件能夠適應多種外界條件，與金屬材料相比，這種材料具有更長的使用壽命。此外樹脂基復合材料還具有抗沖擊性強以及一體成型性好的優點[4]。這樣的話不僅可以解決輪轂的輕量化設計，又可以解決在惡劣環境下輪轂的密封性和防腐蝕的問題。

2)基于輪轂電機難散熱的問題，現在大多數的解決方式就是“風冷”、“水冷”這兩種方式。在美國所申請的專利中，有一個“輪轂電機的冷卻機構”是由Naoki Morigunchi等人于2012年申請的這個發明利用的是外轉子直接驅動的輪轂電機，電機的外殼做成有利于空氣流動的網狀結構，利用輪轂電機內加速的空氣循環流動，電機可以得到足夠的冷卻效果[5]。我們可以在這個基礎上加裝冷卻管道，將風冷和水冷的方式有機結合，可大大提高輪轂電機的冷卻散熱效率。減少電機過熱而導致的電機失效的問題。

6 輪式電動汽車發展前景預測

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展方向。在純電動汽車領域，輪轂電機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，在這些良好的行業發展環境下，相信在不久的將來，我國的輪式驅動電動汽車將會迎來量產化。