轮毂电机系统

轮毂电机系统是EV（电动汽车）驱动系统的一种。电动机直接连接在车轮上，传统电动汽车的设计采用电动机取代汽油发动机。

什么是轮毂电机？

配备轮毂电机的车辆的基本原理很简单。通常在引擎盖下发现的内燃机根本没有必要，它被替换为位于车辆轮毂中的至少两个电机，这些轮子不仅包含制动部件，还包含以前由发动机执行的所有功能。发动机、变速箱、离合器、悬架和其他相关部件。

尽管这个概念在理论上相对简单，但电机会带来许多有关性能功能和效率的问题。

近年来，我们看到一些车辆开发商转向动力总成配置，其中电机安装在车轮内，即轮毂电机系统。我们必须承认，当电动机集成到车轮中时，会产生大量新的可用空间，并且这些所谓的轮毂电动机或轮内电动机肯定会带来一定的好处，但它们也带来了一些挑战。

轮毂电机并不新鲜，20 世纪初，费迪南德·保时捷 (Ferdinand Porsche) 的第一辆混合动力汽车在每个车轮上都使用了轮毂电机。这些电机直接为车轮提供动力，无需变速箱或驱动轴。使用减速齿轮箱时，速度会降低，扭矩会成倍增加。但对于轮毂电机来说，并没有减少。在该系统中，车轮速度等于电机速度，因此需要以直接驱动模式提供所需的扭矩和功率。

轮毂电机直接暴露于灰尘、盐水和道路上的其他液体，并且还暴露于振动和冲击，从而缩短其预期寿命。这是福特最终决定放弃他们在 150 年为新款电动 f-2008 开发的轮毂电机概念的主要原因之一。

四轮轮毂电机也称为四电机驱动。这四个电机提供即时动力并独立调节每个车轮的扭矩，以便在所有条件下进行精确控制，并且在各个电机级别控制功率将实现扭矩矢量分配。

什么是扭矩矢量？

基本上，扭矩矢量分配是一种将发动机动力分配到车辆左侧和右侧的技术。通过扭矩矢量，轴上车轮的一侧可以比另一侧跑得更快或更慢。

扭矩矢量旨在通过车辆车轮之间的扭矩分配来改善转向响应和操控性。

轮毂电机电动汽车与其他汽车有何不同？

对于传统内燃机汽车来说，传动系统由发动机、变速器、排气、传动轴、差速器等传统机械系统组成。

在传统电动汽车中，发动机被带有逆变器的电动机取代，一组电池安装在车辆后部或底部。

对于使用轮毂电机的电动汽车，动力系统的所有机械子系统都被消除，并被直接驱动和不需要任何驱动轴的电机取代，因为它们直接连接到车轮。

关于设计

生产使用轮毂电机的车辆的过程比仅仅拆下发动机然后将电机塞进车轮内未使用的空间要复杂得多。这种类型的电动机设计用于混合动力车辆，以提高全电池驱动车辆甚至燃料电池驱动的电动车辆的效率。

这些轮毂电机产生的电量可能会有所不同，具体取决于制造商和所使用电机的尺寸。电动机安装在车轮内部，直接为车轮提供动力，无需任何传动装置。

在电动汽车中将电机安装在轮辋内部的想法是一个正确的选择，这样可以确保电机的全部动力输出在车轮上，而不会产生任何机械传动损失。

这些轮毂电机能否为每种应用提供足够的扭矩？

扭矩对任何汽车的响应时间及其性能都起着重要作用。事实上，在配备轮毂电机的车辆中，几乎可以立即提供充足的扭矩。

电动机产生大量扭矩，由于该力直接传输到车轮，每个车轮都可以配备传感器来确定在任何给定时间需要多少扭矩。

轮毂电机的效率

轮毂电机总是会遭受空载损耗和部分负载损耗的影响。因为电机无法与车轮脱开。一些公司声称，轮毂电机的效率更高，因为没有变速箱，尽管变速箱确实总是会带来一点效率低下，但通常用于电动汽车的一速或两速变速箱比复杂的多速变速箱要高效得多。内燃机动力系统中常见的级变速器。

由于变速箱的原因，车辆效率的损失被过度补偿。与直接驱动系统相比，电动机可以在最高效的工作区域运行，从而增加车辆的行驶里程，具体取决于使用情况和驾驶周期。

再生制动功率

一些轮毂电机设计还提供再生制动功能，这意味着系统在制动时捕获其自身的一些动能，并将其发送回给电池充电。

丰田普锐斯和特斯拉跑车等一些混合动力汽车已经采用了这种再生制动技术，可以为汽车提供更长的行驶里程。轮毂电机的最大优点之一是动力直接从电机直接传递到车轮，减少了动力传输的距离，提高了电机的效率。例如，在城市驾驶条件下，内燃机可能只能以 20% 的效率运行，这意味着其大部分能量通过用于为车轮提供动力的机械方法而损失或浪费，但在轮毂电机中同样如此据说环境的运行效率约为 90%。

这是电动汽车的未来吗？

保时捷工程集团开发了一种适用于四电机电动汽车传动系统的扭矩控制系统，使电动 SUV 即使在最困难的条件下也能发挥跑车的能力。由于与内燃机相比，电动机的响应速度要快得多，因此电动汽车牵引力控制系统的响应速度要快得多。

在电动汽车中，扭矩完全由电子控制，其工作速度比机械离合器快得多。每毫秒的智能软件都会以一种使车辆始终保持中性运行的方式分配力，但保时捷的解决方案不仅仅是全轮驱动，它还利用单独的电机来控制车辆中的每个车轮。

多个电机各有利弊，更多电机会增加成本和复杂性，但消除了对驱动轴的需要并提供了更多控制。电机还会增加簧下重量，这会对操控和乘坐质量产生一些负面影响。

例如，可以将车轮旋转 90 度并向左或向右行驶，甚至可以原地旋转，而不仅仅是向前或向后行驶。这为汽车的移动方式增加了另一个维度，并且可以轻松地在狭窄的空间中行驶。

新款 rivian r1t 每个车轮配备一个发动机，这种四电机传动系统使 rivian 卡车能够像运动型轿车一样在公路上轻松行驶，在 4 x 4 越野下轻松行驶，据报道，这使得 r1t 成为世界上最快的卡车。

轮毂电机的优点

轮毂电机易于安装和更换，增加了灵活性，可用于为后轮或前轮驱动以及全轮驱动车辆提供动力，无需对传动链进行太大改变，整个电机尺寸紧凑由于传动差速器和驱动轴没有机械损失，轮毂电机可提供高效率，并通过电子电机控制使汽车运行更安静。这意味着 ABS、牵引力控制甚至巡航控制等功能可以更有效地处理。

轮毂电机的缺点

轮毂电机面临的主要挑战是簧下重量问题，簧下重量是指不受车辆悬架支撑的所有部件的质量，包括车架、电机、乘客和车身。非簧载重量包括车轮、制动器，它会在任何颠簸和坑洼上上下移动，并试图遵循道路的轮廓，并且轮毂电机是车辆非簧载重量的一部分，它们将承受每个坑洼颠簸和高速转弯的影响。

此外，它们还会暴露在道路污垢、泥浆、灰尘水和道路盐中，这会缩短电机的使用寿命。轮毂电机比后轴上安装的单个电机昂贵。

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