轮毂电机及电动轮关键技术是什么

前言   世界新能源汽车大会（WNEVC）是全球最具影响力的国际盛会，“全球新能源汽车前沿及创新技术“评选是WNEVC的重要同期活动。“分布式电驱动系统技术”、“扇形模组轴向磁场轮毂电机技术”、“高转矩密度重载电动轮系统关键技术”分别入选2019年、2020年和2021年WNEVC前沿技术。

2023年3月12日，东风威孚轮毂驱动乘用车示范运营项目全球首发仪式在江苏无锡举行。东风威孚轮毂驱动技术开创“5项第一”：全球第一个轮毂电机乘用车公告，全球第一个轮毂电机乘用车示范运营项目，中国首个分布式驱动技术品牌商标注册（Any-Drive），行业首创“前集中+后轮毂”三电机四驱构型，国内首个搭载轮毂电机的新能源汽车推广应用推荐车型。

一 东风威孚轮毂驱动乘用车简介

根据中华人民共和国工业和信息化部2022年第33号公告发布，风神E70搭载ProteanDrive 轮毂电机出现在《道路机动车辆生产企业及产品（第365批）》目录上。宣告了风神E70成为全球首个获得乘用车型式认证公告的轮毂电机车型，也是中国轮毂电机产业化进程中新的里程碑。前轴配置东风自主中央电机，后轮配备两台ProteanDrive Pd18轮毂电机，每台Pd18轮毂电机匹配功率为78kW, 匹配扭矩1250Nm。 威孚电驱（WFDT）成立于2018年，由无锡威孚高科技集团股份有限公司（威孚高科，股比为80%）和英国Protean（堡敦，股比为20%）合资建立，负责排他性授权生产和销售ProteanDrive 轮毂电机。工程中心一期项目已于2021年落成，初步具备轮毂电机性能和可靠性测试能力，厂房占地面积约6550㎡，规划总产能15万台/年。 根据英国Protean公司网站，其轮毂电机集成了电力电子模块和数字控制功能，并结合了可兼容的摩擦制动器。能满足长达三十万公里使用寿命，包括防水防尘、冲击和震动、洼穴和路缘撞击等路况。2011年，Protean公布了PD18（18英寸）轮毂电机，历经多次迭代，目前PD18 4250参数见表1所示。

图1 英国Protean轮毂电机

表1 英国Protean PD18轮毂电机参数  

二 轮毂电机在新能源乘用车上的应用    

轮毂电机并非新生事物，费迪南德·保时捷提出了把电机装到车轮上的想法，并于1900年首先制造出前轮装备轮毂电机的电动汽车。在20世纪70年代，这一技术在矿山运输车等领域得到应用。日系厂商对乘用车所用轮毂电机技术的研发较早，目前处于领先地位，包括丰田、通用、福特等在内的国际汽车巨头也都对该技术有所涉足。但目前市场上的新能源乘用车，仍基本采用中央驱动方式。表2列举近十年轮毂电机在新能源乘用车上的几个典型应用情况，全部为样车状态。

表 2 轮毂电机在新能源乘用车上的典型应用

三 轮毂电机构型和主要企业    

轮毂电机构型方案主要为减速轮毂电机与直驱轮毂电机两类。参考同济大学陈辛波老师在2021年中国汽车工程学会年会上的报告《轮毂／轮边电驱动系统研发与底盘应用》，不同构型轮毂电机对比分析见表3所示。

图2 轮毂电机产品

表3 不同构型轮毂电机对比分析

欧洲直驱轮毂电机技术相对更为成熟，如英国Protean、斯洛文尼亚Elaphe、荷兰e-Traction等公司均采用外转子直驱轮毂电机方案，舍弗勒集团采用散热性能更好的内转子方案，并在福特汽车嘉年华上进行搭载。不同企业的直驱轮毂电机方案主要区别于制动器的集成方案上。

表4 国内外典型直驱轮毂电机技术参数

日本的丰田汽车、NTN公司、NSK公司和日产汽车等企业研发减速轮毂电机。减速轮毂电机多采用多级圆柱齿轮和行星齿轮，NSK公司采用多级圆柱齿轮方案，丰田汽车采用行星齿轮方案，此外，NTN公司采用摆线式齿轮方案。减速轮毂电机体积较小，布置方式和位置比较灵活。

表5 国外典型减速轮毂电机技术参数  

四 轮毂电机集成方面

  在轮毂电机集成方面，各企业正在逐步加强轮毂电机总成与制动系统、转向系统、悬架系统等相邻系统的集成设计，如米其林主动轮方案、Protean360+方案、舍弗勒e-Corner 方案、现代摩比斯e-Corner 方案等。 2019年，Protean开发了一款名为“Protean360+”的轮毂电机转向模块。“Protean360+”模块集成了轮毂电机、逆变器、专用的液冷系统、摩擦制动盘和制动钳、特殊的转向以及悬架系统。一辆车的四个转向模块可以分别控制，单个转向模块支持连续转向超过 360°。

图3 Protean360+

舍弗勒曾在德国推出了eCorner概念，并在2019年上海车展期间展出了可90度旋转的e-Corner模块。通过轮毂电机和车轮悬架，以及车辆悬架系统和机电转向的执行器，将驱动装置集成为一个紧凑的单元。在控制方面结合了ESP驱动动态控制系统的功能，从动轮之间的力分配（扭矩矢量分配）和全轮转向，从而提供高安全储备。采用线控转向系统，车轮模块中的执行器与转向轴同轴集成 。在正常驾驶模式下，模块的转向角限制为最大45°，而在机动过程中可以调节到90°。

现代摩比斯e-Corner技术在2018年就已亮相，在拉斯维加斯举行的 2023 年消费电子展（CES）上，现代摩比斯展示了一辆搭载e-corner模块技术的 IONIC 5 原型车，该车四个车轮均能进行90度转向，能完成横向行驶、原地 360 度掉头等特殊动作。现代汽车计划在 2023 年将其优化成熟，并在 2025 年形成完整的解决方案。

以色列电动汽车公司REE Automotive (REE)开发了全新一代电动汽车平台，该平台是完全扁平，可扩展和模块化的。REECorner将转向、制动、悬架、动力总成和控制等关键车辆部件集成到车轮中。

五 结束语    

轮毂电机的研发、产业化和整车应用为全球技术竞争的焦点和研究热点。十三五和十四五期间，国家“新能源汽车”试点专项持续推动轮毂电机相关课题的研究，如2017年分布式纯电动轿车底盘开发（重大共性关键技术类），2018年高效轻量化轮毂电动轮总成开发（重大共性关键技术类），2021年高性能轮毂电机及总成技术（共性关键技术），从而突破轮毂电机及电动轮关键技术。

但轮毂电机由于成本高、可靠性低、对底盘悬架制动影响大、整车分布式驱动控制成熟度低等诸多因素的制约，在国内外乘用车市场上尚无大批量应用。中国汽车工程学会定于2023年4月20日在上海召开第五期“汽车科技评论”闭门研讨会，围绕“先进电机关键材料和分布式驱动技术”主题，特别邀请行业高端专家演讲，定向邀请整车企业、驱动电机相关零部件企业和科研机构的研发团队负责人参与闭门研讨。

编辑：黄飞