輪轂電機(jī)驅(qū)動

結(jié)構(gòu)

減速驅(qū)動：高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)+行星齒輪減速器

直接驅(qū)動：低速外轉(zhuǎn)子電機(jī)

電機(jī)安裝在車輪輪轂中，動力直接傳遞給車輪。

定子：升級為車輛的懸架橋殼。繞組、電力電子裝置以及散熱都安裝在該金屬板上；

輪軸軸承：背面連接至定子和懸架橋殼，正面連接至轉(zhuǎn)子和車輪；

微型逆變器：沿繞線銅線圈安裝于定子；

線圈：沿微型逆變器直接安裝至散熱器；

轉(zhuǎn)子：安裝至輪軸軸承及車輪，允許其自由旋轉(zhuǎn)。

功能與實現(xiàn)方式

·承載

依靠輪軸軸承實現(xiàn)轉(zhuǎn)子與定子的定心，車輛的輪輞穿過輪軸軸承而非定子和轉(zhuǎn)子連接至懸架橋殼，以承載路面減震器及負(fù)荷。

·驅(qū)動

外轉(zhuǎn)子與輪輞直接相連，達(dá)到直接驅(qū)動的目的

·電子差速控制

前輪轉(zhuǎn)向，由普通轉(zhuǎn)向機(jī)完成；后輪需要轉(zhuǎn)差，由電子差速完成。轉(zhuǎn)彎半徑由前輪轉(zhuǎn)向機(jī)轉(zhuǎn)角決定，后輪轉(zhuǎn)差由車輛轉(zhuǎn)彎半徑和輪距軸距決定。由前輪轉(zhuǎn)向機(jī)轉(zhuǎn)動角度計算后輪轉(zhuǎn)差。轉(zhuǎn)向機(jī)也可以是電子轉(zhuǎn)向。后輪即使不能嚴(yán)格差速，內(nèi)輪也應(yīng)該由“主動”變?yōu)椤皬膭印保蓴嚅_電機(jī)或在回路中串聯(lián)補償電阻實現(xiàn)。

車輛直線行駛時，驅(qū)動輪線速度相等，輪速傳感器測量速度并將信號送入中央處理器，中央處理器比較左右左右兩輪轉(zhuǎn)速，控制電機(jī)控制器使左右車輪轉(zhuǎn)速一致；轉(zhuǎn)彎行駛時，保證驅(qū)動車輪相對旋轉(zhuǎn)中心的角速度相等以避免輪胎發(fā)生滑移。中央處理器根據(jù)方向盤實際轉(zhuǎn)角、車輪轉(zhuǎn)速和路面狀況進(jìn)行計算，將兩輪所需的轉(zhuǎn)速信號輸入電機(jī)控制器。

·制動能量回收（智能化能量管理系統(tǒng)）

電動汽車在制動過程中，整車動能通過車輪傳遞到電機(jī)，從而帶動電機(jī)旋轉(zhuǎn)。此時，電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，向儲能裝置（蓄電池或超級電容）充電，將制動能量轉(zhuǎn)化為電能儲存在儲能裝置中，實現(xiàn)能量的再生利用。同時，電機(jī)產(chǎn)生的阻力矩作用于車輪，產(chǎn)生制動力矩，起到減速制動的作用。

·制動系統(tǒng)集成

制動系統(tǒng)包括電制動和摩擦制動。摩擦制動集成一般為盤式制動器。

·電機(jī)的冷卻

風(fēng)冷，應(yīng)用有利于氣體循環(huán)流動的結(jié)構(gòu)來冷卻輪轂電機(jī)，如內(nèi)置冷卻風(fēng)扇；水冷，設(shè)置專門的冷卻液道，通過與液體的熱交換來冷卻輪轂電機(jī)

不足（與當(dāng)代車型相比）

起步、頂風(fēng)或爬坡時承載大扭矩，需要較大的電流，易損壞電池和永磁體；

電機(jī)效率峰值區(qū)域很小，負(fù)載電流超過一定值后效率急劇下降；

輪轂電機(jī)必須成對使用，且各車輪前進(jìn)與轉(zhuǎn)向的一致性需要深度校準(zhǔn)；

簧下質(zhì)量和輪轂的轉(zhuǎn)動慣量均增加，影響操控性；

電制動性能有限，維持制動需要消耗較多的電能。并且，目前機(jī)械制動集成技術(shù)不成熟，環(huán)形制動盤制動力臂大，摩擦片制動面積小，易變形、抖動大、發(fā)熱量大；

涉水能力不強，密封要求較高，且須單獨考慮散熱問題；

在不平路面激勵下的輪胎跳動、載荷不均、安裝誤差將引起電機(jī)氣隙不均勻，惡化振動激勵，有損平順性和接地安全性。

車輪內(nèi)部空間有限，電機(jī)功率密度要求高，集成度高，優(yōu)化設(shè)計難度大；

附：

輪轂電機(jī)減少非簧載質(zhì)量的方法通常有：改變電機(jī)形式，將其變?yōu)榛奢d質(zhì)量；利用電機(jī)質(zhì)量構(gòu)造吸振器控制非簧載質(zhì)量引發(fā)的垂向振動負(fù)效應(yīng)；改變簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量的比值。

輪邊電機(jī)驅(qū)動

結(jié)構(gòu)

每個驅(qū)動車輪有單獨的電動機(jī)驅(qū)動，但電機(jī)不集成于車輪內(nèi)，其動力由輪邊減速器間接傳遞給車輪。出于空間布置的高效合理，輪邊減速器多用行星齒輪。常用行星齒輪傳動有三種：

K-H-V擺線針行星齒輪傳動，傳動比大，效率較高。傳動過程中多吃樹參與嚙合，承載能力大，傳動平穩(wěn)且噪聲較低。但其生產(chǎn)制造困難，零件成本及精度高；

NGW型行星齒輪傳動，結(jié)構(gòu)緊湊簡單，占用空間小，傳動比范圍大、質(zhì)量輕便，制造成本低。適用多種工作環(huán)境，單級傳動比一般取3~9；

NW型行星齒輪傳動。兼具NGW傳動的優(yōu)點，如結(jié)構(gòu)簡單、占用空間小、傳動比范圍大、質(zhì)量輕便等，同時比NGW更加緊湊，但是安裝復(fù)雜，成本高。

功能與實現(xiàn)方式

·電子差速控制

前輪轉(zhuǎn)向，由普通轉(zhuǎn)向機(jī)完成；后輪需要轉(zhuǎn)差，由電子差速完成。轉(zhuǎn)彎半徑由前輪轉(zhuǎn)向機(jī)轉(zhuǎn)角決定，后輪轉(zhuǎn)差由車輛轉(zhuǎn)彎半徑和輪距軸距決定。由前輪轉(zhuǎn)向機(jī)轉(zhuǎn)動角度計算后輪轉(zhuǎn)差。轉(zhuǎn)向機(jī)也可以是電子轉(zhuǎn)向。后輪即使不能嚴(yán)格差速，內(nèi)輪也應(yīng)該由“主動”變?yōu)椤皬膭印保蓴嚅_電機(jī)或在回路中串聯(lián)補償電阻實現(xiàn)。

車輛直線行駛時，驅(qū)動輪線速度相等，輪速傳感器測量速度并將信號送入中央處理器，中央處理器比較左右左右兩輪轉(zhuǎn)速，控制電機(jī)控制器使左右車輪轉(zhuǎn)速一致；轉(zhuǎn)彎行駛時，保證驅(qū)動車輪相對旋轉(zhuǎn)中心的角速度相等以避免輪胎發(fā)生滑移。中央處理器根據(jù)方向盤實際轉(zhuǎn)角、車輪轉(zhuǎn)速和路面狀況進(jìn)行計算，將兩輪所需的轉(zhuǎn)速信號輸入電機(jī)控制器。

·驅(qū)動防滑控制

通過控制施加到車輪上的驅(qū)動與制動轉(zhuǎn)矩，是汽車在加速與減速時的輪速保持在適當(dāng)范圍內(nèi)，從而將車輪的滑移率控制在10%——30%以內(nèi)，使整車在具有較好動力性地同時具有較大的地面附著系數(shù)，提高整車的運動性能。

不足

為滿足各輪運動協(xié)調(diào)，對多個電動機(jī)的同步協(xié)調(diào)控制要求高；

電動機(jī)的分散安裝布置提出了結(jié)構(gòu)布置、熱管理、電磁兼容以及振動控制等多方面的技術(shù)難題；

電機(jī)安裝于車身，對整車總布置影響較大；

車身和車輪之間存在很大的變形運動，對傳動軸的萬向傳動具有一定的限制；

電機(jī)在實際工作中，勵磁磁場在空間的分布不完全為正弦，感應(yīng)電動勢的波形會發(fā)生畸變，因此存在諧波轉(zhuǎn)矩，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動；

電機(jī)距地面較近，需單獨考慮密封、潤滑、冷卻和可靠性的問題。

輪轂電機(jī)驅(qū)動與輪邊電機(jī)驅(qū)動的區(qū)別

（經(jīng)濟(jì)性結(jié)構(gòu) 設(shè)計 成本 安全）

結(jié)構(gòu)上，輪轂電機(jī)驅(qū)動和輪邊電機(jī)驅(qū)動與傳統(tǒng)燃油汽車驅(qū)動方式相比均有差異，懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動系統(tǒng)都要改型。輪轂電機(jī)驅(qū)動集成度高，結(jié)構(gòu)偏于緊湊復(fù)雜，簧下質(zhì)量也較大。但是有利于擴(kuò)大車內(nèi)空間，車內(nèi)布局也比較靈活。

成本上，輪轂電機(jī)驅(qū)動采用外轉(zhuǎn)子電機(jī)，驅(qū)動單元、電機(jī)控制模塊、制動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)高度集成，制造、維修難度較大，安裝調(diào)試較為復(fù)雜，成本偏高；

設(shè)計上，輪轂電機(jī)的冷卻及密封要求更為嚴(yán)格，輪邊電機(jī)的潤滑要求更為嚴(yán)格。輪轂電機(jī)驅(qū)動高度集成，而輪邊電機(jī)與車輪相對獨立，體積約束小，功率選擇范圍大，增加了整車的輸出性能，輪轂電機(jī)驅(qū)動的設(shè)計難度偏高。

通過對懸架的良好設(shè)計，可將電機(jī)引起的簧下質(zhì)量傳遞給車身，懸架系統(tǒng)隔振性能好，增加車輪運動的平穩(wěn)性；

輪邊電機(jī)車輪輪胎的更換與對電機(jī)的維修相對方便；

對低轉(zhuǎn)速電機(jī)而言，沒有減速裝置，對電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性要求較高，而輪邊電機(jī)驅(qū)動一般為高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)，對電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性要求相對較低；

輪邊電機(jī)與車輪之間具有相對獨立性，與輪轂電機(jī)相比，其功率選擇范圍更大，降低了非簧載質(zhì)量，提高了車輛的行駛穩(wěn)定性。從安裝調(diào)試方面考慮，輪邊電機(jī)比集成度高的輪轂電機(jī)更方便。

來源：前瞻EV

審核編輯 黃昊宇