前言 ? 世界新能源汽車大會（WNEVC）是全球最具影響力的國際盛會，“全球新能源汽車前沿及創(chuàng)新技術(shù)“評選是WNEVC的重要同期活動。“分布式電驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)”、“扇形模組軸向磁場輪轂電機(jī)技術(shù)”、“高轉(zhuǎn)矩密度重載電動輪系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)”分別入選2019年、2020年和2021年WNEVC前沿技術(shù)。

2023年3月12日，東風(fēng)威孚輪轂驅(qū)動乘用車示范運(yùn)營項(xiàng)目全球首發(fā)儀式在江蘇無錫舉行。東風(fēng)威孚輪轂驅(qū)動技術(shù)開創(chuàng)“5項(xiàng)第一”：全球第一個(gè)輪轂電機(jī)乘用車公告，全球第一個(gè)輪轂電機(jī)乘用車示范運(yùn)營項(xiàng)目，中國首個(gè)分布式驅(qū)動技術(shù)品牌商標(biāo)注冊（Any-Drive），行業(yè)首創(chuàng)“前集中+后輪轂”三電機(jī)四驅(qū)構(gòu)型，國內(nèi)首個(gè)搭載輪轂電機(jī)的新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型。

一 東風(fēng)威孚輪轂驅(qū)動乘用車簡介

根據(jù)中華人民共和國工業(yè)和信息化部2022年第33號公告發(fā)布，風(fēng)神E70搭載ProteanDrive 輪轂電機(jī)出現(xiàn)在《道路機(jī)動車輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品（第365批）》目錄上。宣告了風(fēng)神E70成為全球首個(gè)獲得乘用車型式認(rèn)證公告的輪轂電機(jī)車型，也是中國輪轂電機(jī)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中新的里程碑。前軸配置東風(fēng)自主中央電機(jī)，后輪配備兩臺ProteanDrive Pd18輪轂電機(jī)，每臺Pd18輪轂電機(jī)匹配功率為78kW, 匹配扭矩1250Nm。 威孚電驅(qū)（WFDT）成立于2018年，由無錫威孚高科技集團(tuán)股份有限公司（威孚高科，股比為80%）和英國Protean（堡敦，股比為20%）合資建立，負(fù)責(zé)排他性授權(quán)生產(chǎn)和銷售ProteanDrive 輪轂電機(jī)。工程中心一期項(xiàng)目已于2021年落成，初步具備輪轂電機(jī)性能和可靠性測試能力，廠房占地面積約6550㎡，規(guī)劃總產(chǎn)能15萬臺/年。 根據(jù)英國Protean公司網(wǎng)站，其輪轂電機(jī)集成了電力電子模塊和數(shù)字控制功能，并結(jié)合了可兼容的摩擦制動器。能滿足長達(dá)三十萬公里使用壽命，包括防水防塵、沖擊和震動、洼穴和路緣撞擊等路況。2011年，Protean公布了PD18（18英寸）輪轂電機(jī)，歷經(jīng)多次迭代，目前PD18 4250參數(shù)見表1所示。

圖1 英國Protean輪轂電機(jī)

表1?英國Protean PD18輪轂電機(jī)參數(shù) ?

二 輪轂電機(jī)在新能源乘用車上的應(yīng)用 ? ?

輪轂電機(jī)并非新生事物，費(fèi)迪南德·保時(shí)捷提出了把電機(jī)裝到車輪上的想法，并于1900年首先制造出前輪裝備輪轂電機(jī)的電動汽車。在20世紀(jì)70年代，這一技術(shù)在礦山運(yùn)輸車等領(lǐng)域得到應(yīng)用。日系廠商對乘用車所用輪轂電機(jī)技術(shù)的研發(fā)較早，目前處于領(lǐng)先地位，包括豐田、通用、福特等在內(nèi)的國際汽車巨頭也都對該技術(shù)有所涉足。但目前市場上的新能源乘用車，仍基本采用中央驅(qū)動方式。表2列舉近十年輪轂電機(jī)在新能源乘用車上的幾個(gè)典型應(yīng)用情況，全部為樣車狀態(tài)。

表 2 輪轂電機(jī)在新能源乘用車上的典型應(yīng)用

三 輪轂電機(jī)構(gòu)型和主要企業(yè) ? ?

輪轂電機(jī)構(gòu)型方案主要為減速輪轂電機(jī)與直驅(qū)輪轂電機(jī)兩類。參考同濟(jì)大學(xué)陳辛波老師在2021年中國汽車工程學(xué)會年會上的報(bào)告《輪轂／輪邊電驅(qū)動系統(tǒng)研發(fā)與底盤應(yīng)用》，不同構(gòu)型輪轂電機(jī)對比分析見表3所示。

圖2 輪轂電機(jī)產(chǎn)品

表3 不同構(gòu)型輪轂電機(jī)對比分析

歐洲直驅(qū)輪轂電機(jī)技術(shù)相對更為成熟，如英國Protean、斯洛文尼亞Elaphe、荷蘭e-Traction等公司均采用外轉(zhuǎn)子直驅(qū)輪轂電機(jī)方案，舍弗勒集團(tuán)采用散熱性能更好的內(nèi)轉(zhuǎn)子方案，并在福特汽車嘉年華上進(jìn)行搭載。不同企業(yè)的直驅(qū)輪轂電機(jī)方案主要區(qū)別于制動器的集成方案上。

表4 國內(nèi)外典型直驅(qū)輪轂電機(jī)技術(shù)參數(shù)

日本的豐田汽車、NTN公司、NSK公司和日產(chǎn)汽車等企業(yè)研發(fā)減速輪轂電機(jī)。減速輪轂電機(jī)多采用多級圓柱齒輪和行星齒輪，NSK公司采用多級圓柱齒輪方案，豐田汽車采用行星齒輪方案，此外，NTN公司采用擺線式齒輪方案。減速輪轂電機(jī)體積較小，布置方式和位置比較靈活。

表5 國外典型減速輪轂電機(jī)技術(shù)參數(shù) ?

四 輪轂電機(jī)集成方面

? 在輪轂電機(jī)集成方面，各企業(yè)正在逐步加強(qiáng)輪轂電機(jī)總成與制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)等相鄰系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)，如米其林主動輪方案、Protean360+方案、舍弗勒e-Corner 方案、現(xiàn)代摩比斯e-Corner 方案等。 2019年，Protean開發(fā)了一款名為“Protean360+”的輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)向模塊。“Protean360+”模塊集成了輪轂電機(jī)、逆變器、專用的液冷系統(tǒng)、摩擦制動盤和制動鉗、特殊的轉(zhuǎn)向以及懸架系統(tǒng)。一輛車的四個(gè)轉(zhuǎn)向模塊可以分別控制，單個(gè)轉(zhuǎn)向模塊支持連續(xù)轉(zhuǎn)向超過 360°。

圖3 Protean360+

舍弗勒曾在德國推出了eCorner概念，并在2019年上海車展期間展出了可90度旋轉(zhuǎn)的e-Corner模塊。通過輪轂電機(jī)和車輪懸架，以及車輛懸架系統(tǒng)和機(jī)電轉(zhuǎn)向的執(zhí)行器，將驅(qū)動裝置集成為一個(gè)緊湊的單元。在控制方面結(jié)合了ESP驅(qū)動動態(tài)控制系統(tǒng)的功能，從動輪之間的力分配（扭矩矢量分配）和全輪轉(zhuǎn)向，從而提供高安全儲備。采用線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，車輪模塊中的執(zhí)行器與轉(zhuǎn)向軸同軸集成 。在正常駕駛模式下，模塊的轉(zhuǎn)向角限制為最大45°，而在機(jī)動過程中可以調(diào)節(jié)到90°。

現(xiàn)代摩比斯e-Corner技術(shù)在2018年就已亮相，在拉斯維加斯舉行的 2023 年消費(fèi)電子展（CES）上，現(xiàn)代摩比斯展示了一輛搭載e-corner模塊技術(shù)的 IONIC 5 原型車，該車四個(gè)車輪均能進(jìn)行90度轉(zhuǎn)向，能完成橫向行駛、原地 360 度掉頭等特殊動作。現(xiàn)代汽車計(jì)劃在 2023 年將其優(yōu)化成熟，并在 2025 年形成完整的解決方案。

以色列電動汽車公司REE Automotive (REE)開發(fā)了全新一代電動汽車平臺，該平臺是完全扁平，可擴(kuò)展和模塊化的。REECorner將轉(zhuǎn)向、制動、懸架、動力總成和控制等關(guān)鍵車輛部件集成到車輪中。

五 結(jié)束語 ? ?

輪轂電機(jī)的研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化和整車應(yīng)用為全球技術(shù)競爭的焦點(diǎn)和研究熱點(diǎn)。十三五和十四五期間，國家“新能源汽車”試點(diǎn)專項(xiàng)持續(xù)推動輪轂電機(jī)相關(guān)課題的研究，如2017年分布式純電動轎車底盤開發(fā)（重大共性關(guān)鍵技術(shù)類），2018年高效輕量化輪轂電動輪總成開發(fā)（重大共性關(guān)鍵技術(shù)類），2021年高性能輪轂電機(jī)及總成技術(shù)（共性關(guān)鍵技術(shù)），從而突破輪轂電機(jī)及電動輪關(guān)鍵技術(shù)。

但輪轂電機(jī)由于成本高、可靠性低、對底盤懸架制動影響大、整車分布式驅(qū)動控制成熟度低等諸多因素的制約，在國內(nèi)外乘用車市場上尚無大批量應(yīng)用。中國汽車工程學(xué)會定于2023年4月20日在上海召開第五期“汽車科技評論”閉門研討會，圍繞“先進(jìn)電機(jī)關(guān)鍵材料和分布式驅(qū)動技術(shù)”主題，特別邀請行業(yè)高端專家演講，定向邀請整車企業(yè)、驅(qū)動電機(jī)相關(guān)零部件企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人參與閉門研討。

編輯：黃飛

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