編譯 / 錢亞光

設(shè)計 / shelly

來源 / insideevs.com, felss.com

費迪南德·保時捷（Ferdinand Porsche）似乎總是能走在時代的前沿。早在 1900 年，他就設(shè)計出了第一輛前驅(qū)電動汽車Lohner Porsche。為了彌補其原始的鉛電池的不足，這輛車甚至配備了汽油發(fā)動機，就是今天的“增程式電動汽車”。

這款創(chuàng)新的電動汽車有一個常被忽視的技術(shù)就是輪轂電機，1896年，保時捷在英國注冊了輪轂電機的專利。最終，這種技術(shù)催生出了第一款全輪驅(qū)動車輛。輪轂電機與常見的內(nèi)置電機不同，它們直接集成在輪子內(nèi)部，無需復(fù)雜的傳動軸或差速器。

輪轂電機可以更直接地把動力傳輸至路面，有望實現(xiàn)更高效的動力傳輸和設(shè)計靈活性，并且具有其他若干優(yōu)點，似乎也是一種將傳統(tǒng)燃油汽車改造為混合動力車的絕佳方式，而且成本極低。

然而，盡管一些汽車制造商和科技供應(yīng)商曾對這些想法有所嘗試，但都沒有取得實際成果。為什么我們基本沒有在量產(chǎn)電動汽車上看到它們，也沒有看到它們作為一種第三方解決方案來實現(xiàn)汽車的電動化呢？

輪轂電機的優(yōu)勢

在傳統(tǒng)的電動汽車中，動力電池為驅(qū)動車輪的電機提供電力。大多數(shù)現(xiàn)代電動汽車配備一個電機用于驅(qū)動前輪或后輪，或者配備兩個電機進行全輪驅(qū)動。一些汽車制造商還在其車型中增加了三個甚至四個電機以獲取更強的動力。

但這些電機總是安裝在車輪之間的內(nèi)側(cè)，集成在驅(qū)動橋本身之中。鑒于電機的尺寸越來越小，難道就不能把電機安裝在車輪內(nèi)部嗎？

將電機安裝在車輪內(nèi)似乎是增加車輛內(nèi)部空間的好辦法。這樣既可以使用更大的電池，也可以簡單地增加車內(nèi)的載貨空間或乘客空間。

輪轂電機還將簡化電動汽車平臺的設(shè)計，更輕松地改變軸距和輪距，使得在相同的平臺上生產(chǎn)前驅(qū)、后驅(qū)和全輪驅(qū)動的車輛成為可能，且只需進行少量的改動。這種更低的復(fù)雜性無疑將有助于初創(chuàng)企業(yè)降低工程和制造方面的前期成本，同時也能縮短實際制造汽車所需的時間，從而為新興公司提供更大的成功機會。

輪轂電機的另一個顯著優(yōu)勢在于能大幅降低傳動系統(tǒng)的損耗。這種損耗在內(nèi)燃機車輛中最為嚴重，因為內(nèi)燃機將動力通過變速箱、差速器和傳動軸傳遞至車輪，而這些部件都會產(chǎn)生損耗。即使是目前的電動汽車也仍然配備有減速齒輪、差速器和傳動軸，而且當動力從電機傳遞至車輪時，仍有部分能量會損失掉。

將電機置于車輪內(nèi)部直接為其提供動力，這樣就能減少摩擦力和能量的浪費。這不僅能確保電機的大部分功率能夠傳遞到地面，同時，這種更簡單、更經(jīng)濟的傳動系統(tǒng)還能用來增加續(xù)航里程。

輪轂電機還將使扭矩控制和扭矩分配更加精確，不僅能夠模擬限滑差速器的作用，還能進一步提升性能，實現(xiàn)通過精確控制每個電機來達到的其他常規(guī)方式無法實現(xiàn)的牽引力水平。

面臨的挑戰(zhàn)

與將電機置于車輪之間相比，將電機安裝在輪轂處有許多優(yōu)勢，但同時也帶來了新的問題。

首先，輪轂處的總質(zhì)量增加，懸掛部件上的額外重量會影響車輛的舒適性、抓地力和操控精度。電動機的轉(zhuǎn)子部分可能會直接與輪子相連，而定子則會固定在懸架上。由于定子實際上已成為輪子的一部分，這會增加其轉(zhuǎn)動慣量，意味著它會更難以改變速度和方向，從而降低其加速和改變方向的能力，從而可能降低車輛的靈活性。

這可以通過將沉重的剎車裝置放在車輪內(nèi)側(cè)來加以彌補，但這樣做也會增加懸架和副車架的設(shè)計復(fù)雜性，很可能抵消掉安裝輪轂電機所帶來的諸多優(yōu)勢。

其次，輪轂電機還存在耐用性問題。它們所承受的沖擊要比置于車體內(nèi)部的電機情況嚴重得多。

無論輪胎和懸掛系統(tǒng)遭受何種損壞，都有可能以某種方式傳遞到電機上。路面的坑洼或是不平整都會使電機受到震動，從而影響諸如軸承或轉(zhuǎn)子這類運動部件的使用壽命。此外，電機還會接觸到水、雪和鹽，這可能會導(dǎo)致密封件加速磨損，并有可能滲入電機內(nèi)部，引發(fā)各種問題。

第三，散熱也是輪轂電機需要克服的潛在難題。工程師們或許能夠設(shè)計出巧妙的車輪結(jié)構(gòu)來散熱，同時也能找到將冷空氣導(dǎo)向電機以防止過熱的方法。許多高性能汽車都采用這種方式來保持制動冷卻，對于驅(qū)動單元來說也應(yīng)該能起作用，只是效率可能不會那么高，因為你不會對那些會發(fā)熱的內(nèi)部組件進行冷卻。

此外，還有安全問題。從電池到電機的傳動系統(tǒng)中還會鋪設(shè)高壓電纜。在發(fā)生導(dǎo)致車輛失去一個車輪的碰撞事故時，這些高壓電纜可能會暴露出來，從而對車內(nèi)人員以及車輛周圍的緊急救援人員構(gòu)成嚴重的觸電危險。

這種風(fēng)險是可以通過某些方式來降低的，但這也會給原本以簡單性著稱的系統(tǒng)增加復(fù)雜性。而輪轂電機的稀缺性也推高了其價格，而經(jīng)濟因素無疑在很大程度上影響了汽車制造商為何沒有采用這種技術(shù)。

技術(shù)的不斷創(chuàng)新

不過，現(xiàn)在仍有一些企業(yè)正在努力嘗試將輪轂電機上車。目前，只有東風(fēng)和雷諾的輪轂電機在量產(chǎn)車上有所應(yīng)用。

2023年3月，東風(fēng)推出的E70搭載ProteanDrive Pd18輪轂電機，是全球首個完成輪轂電機乘用車認證公告的車型；東風(fēng)旗下嵐圖“追光”于同年4月搭載輪轂電機亮相上海車展。11月，搭載東風(fēng)14吋輪轂電機的納米01在廣州國際車展上正式亮相，其采用電動軸和兩個輪轂電機的組合，能夠?qū)崿F(xiàn)類似“坦克掉頭”的功能。

2025年3月雷諾正式發(fā)布R5 Turbo 3e，這是全球首款搭載量產(chǎn)輪轂電機的車型，將配備兩個輪轂電機，每個后輪都將由一個電機單獨驅(qū)動，功率為400千瓦。雷諾強調(diào)輪轂電機的一大優(yōu)勢在于響應(yīng)速度，“其效果類似于過去的渦輪增壓器，但沒有延遲時間?！蹦軌?qū)γ總€車輪的功率分配進行精細控制，將使車輛在高速轉(zhuǎn)彎時表現(xiàn)更加出色，并且還能實現(xiàn)標準的漂移模式。

采用這種集制動盤于一體的驅(qū)動單元，不僅節(jié)省了后橋的重量和空間。該車需要配備20英寸的輪轂才能適配這些驅(qū)動單元，每個單元可產(chǎn)生268馬力（約200千瓦），兩者的總峰值功率可達540馬力（約402千瓦），峰值扭矩達4800牛?米。雷諾預(yù)計，該車能在約3.5秒內(nèi)加速至62英里/時（約100 公里/時），極速可達167 英里/時（約270 公里/時）。

現(xiàn)代汽車也是少數(shù)幾家正在研發(fā)輪轂電機的車企之一。其名為“單輪（Uni Wheel）”的項目旨在為電動汽車及其他產(chǎn)品設(shè)計多種驅(qū)動裝置，強調(diào)了優(yōu)化包裝和增加車內(nèi)空間等相同的優(yōu)勢。該制造商表示，未來他們計劃在從小型汽車到高性能電動汽車等各種車型中使用輪轂電機。

汽車傳動系統(tǒng)供應(yīng)商Neapco與輪轂電機專家Elaphe合作，專門設(shè)計了一款名為“超級熊（SuperBear）”的輪轂電機，強調(diào)了上述優(yōu)點。其驅(qū)動單元甚至內(nèi)置了兩速變速箱，并且設(shè)計用于安裝在常規(guī)的商用級輪轂上，適用于前輪和后輪驅(qū)動的應(yīng)用場景。

2023年Lordstown Endurance皮卡就配備了4個Elaphe輪轂電機，可惜沒有投入量產(chǎn)。這次失敗可能是因為它采用了獨特的電機和配備小電池的增程式電動系統(tǒng)，太過超前于時代了。增程式電動汽車雖然可能成為電動汽車的下一個熱門品類，但還沒有一款增程式汽車在車上安裝輪轂電機。

總部位于英國的輪轂電機技術(shù)初創(chuàng)公司Protean Electric成立于2008年，為乘用車、商用車以及更重型的車輛研發(fā)輪轂電機，東風(fēng)就采用的就是該公司的產(chǎn)品。其最新的第五代Proteandrive電機功率可達138馬力（約102千瓦），因此在4電機配置下總功率可達552馬力（約411千瓦）。該電機可安裝在18英寸的車輪內(nèi)，據(jù)其公司稱，它適用于重達11400磅（5.2噸）的車輛。

DeepDrive 是電動汽車領(lǐng)域的創(chuàng)新型公司，它基于雙轉(zhuǎn)子設(shè)計開發(fā)出了一種新型輪轂電機技術(shù)，在效率、成本降低和功率密度方面有顯著改進，能夠更有效地利用磁通量，并實現(xiàn)更高的功率密度。這項技術(shù)材料節(jié)省方面也有優(yōu)勢，所需的磁性材料少了50%，鐵也少80%，還沒有重稀土磁鐵。采用 DeepDrive 技術(shù)的車輛效率可提高多達20%，每立方米的成本可以降低30%，這意味著電動車的價格可以進一步壓低，利于消費者。

不過，這項技術(shù)也帶來了挑戰(zhàn)，較低的轉(zhuǎn)速使其如果在高性能車上使用，需要配合2擋變速箱，另外更高的制造工藝要求，會使生產(chǎn)流程變得更加復(fù)雜，應(yīng)用到現(xiàn)有的車輛平臺上，在設(shè)計調(diào)整和兼容性方面有一些挑戰(zhàn)。該公司目前正與十大汽車制造商中的八家合作，預(yù)計到 2028 年將把該電機整合到量產(chǎn)車輛中。

輪轂電機還有外置式的。與完全集成到輪轂中的傳統(tǒng)輪轂電機不同的是，外置式輪轂電機通常安裝在輪子上，而不直接集成到輪轂中，其優(yōu)勢在于，首先，所承受的機械應(yīng)力比完全集成在輪轂內(nèi)的電機要小，從而更加堅固，也更不容易出現(xiàn)諸如軸承故障或磨損等問題；其次，有更好的散熱性能，從而提高整體性能和電機壽命；第三，車輛設(shè)計的靈活性更高，車企能夠更好地根據(jù)不同的需求調(diào)整車輛架構(gòu)，因為它們不一定受限于特定的輪轂尺寸或設(shè)計，為優(yōu)化平臺設(shè)計開辟了新的可能性。

此外，這些電機能夠通過直接作用于輪子來提供更好的牽引力和加速性能，從而使動力傳輸更加高效。

雖然輪轂電機目前尚未成為主流產(chǎn)品，但其在革新車輛設(shè)計和功能方面的潛力是不容置疑的，而且它們在特定應(yīng)用中展現(xiàn)出頗具前景的優(yōu)勢。它們在城市車輛、混合動力車以及獨特汽車設(shè)計中的潛力仍在不斷被探索。隨著像Protean這樣的創(chuàng)新公司開發(fā)出可擴展的解決方案，輪轂電機的實際應(yīng)用價值或許很快就會得以實現(xiàn)，輪轂電機的采用可能會重新定義汽車行業(yè)的效率、設(shè)計和性能。