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      輪轂電機技術應用和產業化發展分析

      今天主要關于分布式驅動,輪轂輪邊技術的交流,今天分享關于輪轂電機產品,應用,產業化的發展?! ?/p>

      輪轂電機技術應用和產業化發展分析

        根據相關產業報告,我國電機產量約占全球總產量的80%-90%,我國電機產業技術擁有良好的產業基礎,新能源汽車電機作為國家戰略產業核心零部件,發展到今天,目前我們國內永磁同步電機技術成為新能源車用電機的主要技術途徑。世界范圍內雖然有開關磁組電機作為輪轂電機的一個選擇,但目前輪轂電機生產企業仍然選用永磁同步電機為主?! ?/p>

        上圖為發改委公布的《戰略性新興產業重點產品和服務指導目錄(2016版)》,文中提到新能源汽車作為國家支持的重點戰略發展行業,明確將輪轂電機和輪邊電機技術作為我國新能源汽車技術未來發展的核心,這一技術趨勢在行業內已達成一定的共識?! ?/p>

        驅動系統分類中,集中式和分布式驅動有著顯著的差別,就目前現狀而言,絕大多數驅動仍然為集中式驅動。

        所謂分布式驅動是動力源多源,分布在輪端,從技術類型上來說分為輪邊驅動和輪驅兩種方式,輪驅方式又可以分為又分為輪轂直驅和輪內+變速機構這兩種方式。主要應用PHEV和BEV車型上?! ?/p>

        “太陽底下,從來沒有新鮮事”?!?希羅多德,出自于《圣經 · 舊約》

        最早的輪轂電機概念,保時捷先生在1900年左右提出,上圖實物在底特律的汽車博物館展覽。

        隨著第四次電動汽車浪潮的來臨,整體產業技術的不斷進步,發展和創新,輪轂電機的應用才真正進入車型的開發當中。從產業角度來說,輪轂電機也并非一個全新的概念,從技術形態上來看,電摩的驅動電機即是標準的輪轂電機,我們今天討論的輪轂電機是以汽車使用為基礎的?! ?/p>

        高新科技即所謂的 “黑科技”實際上都是從國防軍工,航天這些特種應用過渡到民用領域,比如GPS導航技術,同樣的輪轂電機也是從高端的特種應用過渡到商用車市場未來發展到乘用車領域的。單純從技術角度來講,車輛未來的發展的未來,兩大主流趨勢是電氣化,和智能化。從驅動系統來看,動力理想上是來自輪端,也就是說在需要的地方直接提供動力。當然了磁懸浮汽車和飛行汽車不在討論范圍范圍內。

        上圖依次為火星救援車,裝甲車,礦用車,客車,以及概念車使用輪轂電機的實例。同時奇點汽車創始人沈海寅先生也曾提出輪式機器人的設想??偟膩碚f,面向未來的概念設計已經開始采用輪轂電機或者說分布式驅動作為新的驅動方式,其主要的原因,作為交通工具,理想的動力來源來自輪端,目前隨著產業技術的革新與發展也使得輪轂電機進入了實際應用的時代?! ?/p>

        新能源客車一直是行業的新行者,新能源城市公交的電驅系統升級為分布式驅動系統已經成為一個不可逆的趨勢。目前在國外市場,e-Tranction公司在歐洲超過10個城市已經投入商用公交車型,在國內,搭載分布式驅動系統的比亞迪K9純電動客車也已經成功量產并運營于國內多個城市。除此之外,長江,中植等等車企也在推出分布式驅動的項目,對于客車而言,高效率,輕量化,低地板應用是個升級換代的趨勢,而且大量的國內整車企業也積極推出相關車型?! ?/p>

        接下來再看下輕型商用車和乘用車領域,目前,輪轂直驅技術已經成為各大主機廠和新進入者互聯網造車企業重點關注的焦點,輕型商用車和物流車領域,輪邊驅動也在商業化方面加速發展。上圖依次為Protean基于Vauxhall Vivaro輕型商用車改裝的物流車,福特Fiesta純電動技術示范樣車以及豐田自行開發的Toyota ME.WE?! ?/p>

        簡單來講,汽車分布式驅動系統對傳統驅動系統是一種顛覆式創新,未來變速器,驅動軸,差速器等都將不付需要,輪驅技術可以最大化簡化驅動總成結構和布置,從而提升整車驅動效率。

        目前有很多整車企業和輪轂電機企業聯合開發樣車,雖然現在仍無法明確輪轂電機技術什么時候成熟,什么時候開始配套,但就目前而言,將輪轂技術基于產業化方向的攻關和技術儲備是一個非常好的時機。

        目前輪轂電機仍然存在很多挑戰,比如簧下質量問題,密封性問題,可靠性問題等。分布式驅動輪轂電機標準要求是多方面的,懸掛,制動,電力電子系統等是全套的規范,所以標準是來自全方面的標準要求,簡而言之,要求很高。同時輪轂電機由于技術較新,目前全球范圍內還沒有形成現有的測試指標規范,部分規范也是根據輪轂電機所具有的技術特性和接合整車的應用環境而設定的。大家有興趣可以點擊文章末尾的“閱讀原文”觀看Proean公司官網公布的關于輪轂電機測試視頻?! ?/p>

        “以現有的辦法是解決不了將來的問題”。這個很值得大家思考未來的技術方向,我們應該持擁抱變革的態度。當然了,輪轂電機在整車應用中的挑戰更大。

        由于輪驅系統的局限性簧下質量增加對整車NVH的確存在影響,但相關論文已經證明簧下質量的增加對整車操控性能存在一定影響,但該影響通過調教整車的懸掛系統可達到與原車基本一樣的表現,而在商用車領域和特種車應用領域這些表現又是微乎其微的。

        通過實踐,裝配輪轂電機的樣車和傳統汽車駕駛操控也基本一致,影響甚微。

        整車控制尤其差速方面,針對電子差速控制,包括安全策略,國內國外都有相關技術積累,同時也做了大量的實車測試,這個問題其實是完全可以解決的。而且親測樣車,對駕駛操控性影響微乎其微。

        去年年底出臺的新一輪的新能源補貼政策,包括碳排放積分的制度,實際導向是整車和應用層面的節能減排,提倡的能效的提升以及整車的輕量化,拋開智能駕駛不提的話,毫無疑問這是整個行業努力的方向。分布式驅動,輪轂電機是實現這一方向的趨勢之一?! ?/p>

        行業內約定俗稱的“三巨頭”,即Protean,Elaphe以及天海集團全資收購的e-Trantion。

        目前亞太輪轂電機已經在黑河完成實驗,雖然還在工程開發階段,但Elaphe技術發展還是很快的。Protean已經在天津投資建廠,具備小批量量產能力,有望成為乘用車領域最早實現量產的企業。

        同時易侖動力雖然較為年輕,但志于與輪轂電機行業同仁積極交流,共同成長,一起推動中國輪轂電機產業化的發展。

      問答環節

        Q: 對于國內市場而言,輪轂電機的發展現狀和趨勢是什么?與國外方案(如福特已經推出了的嘉年華輪轂電機樣車)相比,主要的差距在哪里?技術突破口主要在哪些方面?

        A:國內輪轂電機企業發展相對于比較滯后,技術突破口光從電機而言,低速大扭矩,能量密度,功率密度。整車應用角度,底盤懸掛,輪驅集成相對于國外的企業還存在一些差距。同時在產品開發驗證方面,國內有很多企業包括易侖動力雖然已經做了很多工作,但與國外一些公司仍存在差距,但在不久的將來,相信我們可以迎頭趕上。

        Q:制約輪轂電機發展的控制技術、工程化(精密制造方面)以及電磁噪聲問題目前是否得到顯著改善?電機的載荷譜是如何設計的?對鐵芯材料有何要求?使用哪種繞組?電機零部件加工工藝是否會發生變化?

        A:雖然說輪轂電機或輪邊電機和傳統驅動電機特性有所差異,但采用的技術大致相同,控制技術和電磁技術不存在挑戰,工程化方面尤其涉及到精密制造方面的確存在挑戰。關于具體的設計參數,由于技術保密原因,暫不方便公開,非常抱歉。

        Q:就當前來看,國內采用輪轂電機方案的整車企業較少,未來隨著新能源行業補貼下降,輪轂電機系統與傳統電機驅動方案相比,有哪些優劣勢(成本、傳動效率方面)?目前整車企業對于輪轂電機方案的態度怎樣?整車企業對輪轂電機有哪些技術、壽命等參數要求?目前輪轂電機冷卻方案主要是水冷還是風冷,考慮因素有哪些?

        A:成本是制約產業化的重要因素,但比較成本是在同樣的規模效應而言,在同等技術的條件下,分布式驅動小批量生產的成本大概是集中式驅動的150%,達到規模產業化,成本大概是集中式驅動的120%。同樣的我們也不應該忽視分布式驅動輪轂電機在駕駛特性,乘客空間,載貨空間等的提升上帶來的客戶價值的提升,已知在公交領域內,基于整車全生命周期來看,分布式驅動比傳統集中式驅動成本降低10%左右。主機廠對于輪轂電機現在持一個擁抱的態度,積極開始作為技術儲備。風冷和水冷考慮功率使用情況,風冷成本比水冷成本更低,對于大功率冷卻方式采用水冷,甚至采用油冷。

        Q:對于分布式驅動技術,在實驗室如何開展帶載的振動實驗,與傳統汽車振動實驗相比,有哪些難點?

        A:關于實驗方面,更建議大家觀看Protean相開的有關視頻,和傳統汽車相比,如果單從震動和沖擊而言,并沒有太多的區別。

        Q:相對于傳統汽車,輪轂電機車型輪胎壽命如何?如果單個電機出現故障,怎么解決?

      A:隨著產業發展,輪轂電機對于輪胎和傳統汽車沒有特別的要求;單個電機出現故障是個整車安全的問題,對于輪轂電機來說未來也是ISO26262整個的體系規范,典型工況分為兩種,一是高速情況下電機失效,等同于爆胎,通過整車相關控制器協助駕駛員做出判斷,避免事故的發生。一般工況下,假如在兩驅情況下,一邊輪轂電機失效,結合轉向等技術糾偏,在技術上而言是可以達到的。

      責任編輯:新鄉三鑫振動電機廠家

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