轮式电动汽车的发展及其行业现状

石浩楠

天津科技大学 天津市 300457

随着社会的发展，环境问题和能源问题成为各个国家最为关注的问题。新能源可以缓减或代替对传统石油资源的依赖。早在1898年，Ferdinand porsche就设计了世界上第一辆轮毂电机驱动的电动汽车，取名Toujours-Contente。近些年，随着电驱动技术的不断发展，轮式驱动汽车再次被提及，目前世界各大汽车厂家和研发机构对轮毂电机的设计与匹配、轮毂电机的牵引力控制、轮毂电机驱动车辆转向时的差速控制以及底盘集成控制（如车身稳定性控制）等方面展开了大量研发工作，进行了深入的理论研究和实践探索，但距离产业化还有一定的距离[1]。

1 国外研究进展

表1

表2

在轮毂电机的研究与应用方面，国外的起步要比国内早一些。例如日本，德国等国家。为了更加清晰的看到国外的研究进展，就列如表1。

2 国内研究进展

我国的在轮毂电机的研究与应用方面要稍晚于国外的一些国家，但是就目前我国在这方面的研究有了很大的进展，目前国内还没有达到量产化，但是电动轮驱动的概念车和试验车已有相关报道。对于国内的进展也做了如表2统计。

上表中提到的比亚迪K9早在2011年就在深圳投入商业运营，而且中国的比亚迪K9的品牌早就在国外打响了知名度，得到了国外的认可。今年我国的西安市于今年的2月26日起，将陆续投放800辆比亚迪高品质的纯电动客车K9用于公交线路中。

在去年的12月28日，山西的东辉新能源汽车研究院有限公司和日本的株式会社e-Gle进行了合作。据悉要建设“清水工作站”、试制中心、测试中心、展示中心等功能模块。主要是研究轮毂电机技术与汽车上其他的先进技术进行结合，例如碳纤维轻量化技术，底盘控制技术等[2]。

2019年3月15日，迎来了新能源汽车领域的又一大好消息，恒大集团以5亿的金额收购了泰特机电有限公司70%的股份[3]。据了解，泰特机电有限公司是全球轮毂电机研发和生产的领跑者，而轮毂电机又是对于轮式驱动电动汽车而言最为关键的技术。这个收购案无疑是让我们拥有了国际先进的轮毂电机技术和许多有关的专利技术。这是为我国的轮式驱动电动汽车的发展增添了又一大助燃剂。

3 国内外进展差距

山西东辉新能源汽车研究院有限公司与日本轮毂电机项目的合作，恒大的收购案都为我国的轮毂电机的发展提供了良好的基础空间。但是，目前我国和国际上仍然有一些差距。

1)在基础的制造材料上，我国在电机核心原材料硅钢片以及电机的动密封橡胶材料在物理特性和高温可靠性方面还有很大的差距。

2)电机控制系统中的IGBT模块依赖于跨国公司的采购，轮毂电机电控系统的防错容错算法以及功能安全的考虑还不够充分。

3)就电机性能而言，中国品牌在功率密度，扭矩密度方面同国际先进水平之间还有不少差距。

4 国内目前遇到的问题

我国现在轮毂电机的研究有了很大的成果，但是就广泛应用于电动汽车上仍然有些问题需要解决。轮式电动汽车的产量化需要进一步的研究。下面是我们首先要解决的主要问题。

1)轮毂电机的应用会使得汽车的簧下质量增加以及轮毂的转动惯量也会随之增加，这样的话会对车辆的操纵稳定性有所影响。所以如何解决轮毂电机的轻量化设计？

2)车辆高速运转的情况下，轮毂电机长期处于高温的情况下，会影响制动工况下的由于电机的失效而引起的制动能量回收的问题。

3)由于轮毂电机将直接安装在轮毂里，轮毂电机所接触的环境相当恶劣，不平整路面下造成的轮胎跳动，泥泞路面，以及车辆的涉水等问题都对轮毂电机的振动耐久性，动密封性，抗腐蚀性是一个极大的挑战。

4)轮毂电机的使用挤占了车轮内部的大量空间，这样的话不利于车轮内部制动器的安装，就目前如何解决轮毂电机内部的制动器的制造和维护给研发者带来了困难。

5 可行性建议

1)可以采用树脂基复合材料。例如保时捷911Turbo、新一代的福特野马GT350R的轮毂都采用了碳纤维树脂基这种材料。这种轮毂在减轻质量的同时还能吸收大量的撞击能。而且碳纤维树脂基这种材料的耐高温特性非常好。例如碳纤维制动盘能够承受2500℃的高温，具有优秀的制动稳定性。树脂基复合材料的化学性能也非常稳定，树脂基体和各种非金属纤维增强材料都具有耐强酸、耐强碱以及耐强脂等特性，因此使得树脂基复合材料制件能够适应多种外界条件，与金属材料相比，这种材料具有更长的使用寿命。此外树脂基复合材料还具有抗冲击性强以及一体成型性好的优点[4]。这样的话不仅可以解决轮毂的轻量化设计，又可以解决在恶劣环境下轮毂的密封性和防腐蚀的问题。

2)基于轮毂电机难散热的问题，现在大多数的解决方式就是“风冷”、“水冷”这两种方式。在美国所申请的专利中，有一个“轮毂电机的冷却机构”是由Naoki Morigunchi等人于2012年申请的这个发明利用的是外转子直接驱动的轮毂电机，电机的外壳做成有利于空气流动的网状结构，利用轮毂电机内加速的空气循环流动，电机可以得到足够的冷却效果[5]。我们可以在这个基础上加装冷却管道，将风冷和水冷的方式有机结合，可大大提高轮毂电机的冷却散热效率。减少电机过热而导致的电机失效的问题。

6 轮式电动汽车发展前景预测

近几年来，我国目前的新能源汽车还是以混合动力汽车为主要市场，混合动力其实是新能源汽车发展的一个过渡阶段，而纯电动和燃料电池汽车才是未来的发展方向。在纯电动汽车领域，轮毂电机的研究在逐步的完善，随着一些公司的概念车的出世，我国的轮式电动汽车的量产化加快了脚步。恒大的并购案，山西东辉新能源汽车研究院的项目合作，在这些良好的行业发展环境下，相信在不久的将来，我国的轮式驱动电动汽车将会迎来量产化。