电动汽车轮毂电机技术

响应
按控制理论来说，整个控制系统
中各个环节的动态响应时间常数，是
制约其控制性能好坏的重要因素。通
常电气系统的响应速度比机械系统要
高出 1~2 个数量级，就驱动调速系统
来说，传统汽车需从控制节气门，经发
动机的爆燃过程，到各个机械传动机
构等众多环节传递后的响应时间，与
采用轮毂电机直接驱动车轮的动态响

应速度相比，其整体的快速响应指标
二 、 电 动 汽 车 轮 毂 电 机 驱 动 技 动力性能，这一点尚不是最大缺陷。
术的缺点
（一） 增大簧下质量和轮毂的转 动惯量，对车辆的操控有所影响
对于普通民用车辆来说，常常用 一些相对轻质的材料，比如铝合金来 制作悬挂的部件，以减轻簧下质量，
（二）电制动性能有限，维持制动 系统运行需要消耗不少电能
目前国内也有自主品牌汽车厂 商开始研发此项技术，在 2011 年上 海车展展出的麒麟 X1 增程电动车 就采用了轮毂电机技术， （见图 1）。
（一）简化了机械传动机构 降低 了车载自重
采用轮毂电机直接驱动车轮，大
大缩短了机械传动链，可实现“零传 动”方式，使电动汽车的结构发生了 脱胎换骨的变化，对纯电动汽车来 说，不仅去掉了发动机、冷却水系统、 排气消音系统和油箱等相应的辅助 装置，还省去了变速器万向传动部件 及驱动桥等机械传动装置，这不仅节 省了大量的机械部件成本，还减轻了 汽车自重，有利于提高整车的驱动效 率，对节能减噪都有益， （见图 2）
8．绝缘体裙部破裂：如图 14 所 物冲压或中心电极耗损严重。
机运行工况，可以得到有价值的信
示。
造成后果：点火失败，点火电弧 息，帮助我们提供一个很重要的维
产生原因：由于更换时机械损 发生在难以接近新鲜混合气的地方。 护、修理方法及诊断方向和思路。□
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系列讲座
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驱动的特性，因此无论是前驱、后驱还
是四驱或多驱形式，他都可以比较轻
松地实现，全时四驱在轮毂电机驱动
的车辆上实现起来非常容易。同时轮 毂电机可以通过左右车轮的不同转速
轮毂电机转子
甚至反转实现类似履带式车辆的差动
转向，大大减小车辆的转弯半径，在特 殊情况下几乎可以实现原地转向 （不
制动盘与制动卡钳
过此时对车辆转向机构和轮胎的磨损
现在的传统动力商用车已经有 不少装备了利用涡流制动原理（也即 电阻制动）的辅助减速设备，比如很 多卡车所用的电动缓速器。而由于能 源的关系，电动车采用电制动也是首
选 ，不 过 对 于 轮
毂电机驱动的车
辆 ，由 于 轮 毂 电
机系统的电制动
容 量 较 小 ，不 能
满足整车制动性
能 的 要 求 ，都 需
图 3 传统后驱车车厢后排地板上的突起在电动车上 也会消失，为乘员腾出更大的空间
图 5 像 AHED“先进混合电驱动”样车这样的 8 轮电驱动很轻松就能实现
纯电动力
轮毂电机
轮毂电机
逆变器
混合动力车 发动机/发电机
油箱
锂电池组
燃料电池车 燃料电池组
燃料罐（氢燃料）
图 4 传统变速器在轮毂电机驱动的车辆上已经见不到了
46 汽车维修 2012.3
制动盘
主动悬挂电机
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轮毂电机 （恒定功 率 ：30kW ）
制动卡钳
减震弹簧 轮内主动悬架
图 11 米其林研发的将轮毂电机和电子主动悬挂都整合到轮内的驱动/悬挂系统结构图
图 13 通用开发的为 150 吨的重型卡车 设计的轮毂电机（内燃动力电传动）
图 1 2011 年上海车展上的麒麟 X1-EV 轮毂电机电动汽车
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足），起动困难。
坏，也可能是火花塞使用时间过长，
处理方法：更换新火花塞。
处理方法：更换新火花塞。
绝缘体被其与中心电极之间的残留
因此在平时观察火花塞及发动
要差数百甚至上千倍。从而即可较容 易地实现传统高档轿车较难以实现的
图 2 采用轮毂电机技术的福特 F-150 将此前的所有传动部件通通舍弃不用
一些高性能控制功能，如驱动防滑转控制 ASR、车
辆动态控制系统 VDC、安全测距防撞控制系统、四
轮电子差速转向控制系统，若导入四轮转向技术
（4WS）减小转弯半径，还可实现零半径转弯。传动
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电 动 汽 车 轮杨
养
毂户 电 机 技 术
轮毂电机驱动技术是电动汽车 的先进方式。这项技术早在 20 世纪 50 年代，由美国人罗伯特发明。早在 1900 年，保时捷就首先制造出了前 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。而对于乘用车所 用的轮毂电机，日系厂商对于此项技 术研发开展较早，目前处于领先地 位，包括通用、丰田在内的国际汽车 巨头也都对该技术有所涉足。
图 6 采用轮毂电机可以匹配包括纯电动、混合动力和燃料电池电动车 等多种新能源车型
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图 7 轮毂电机可以和传统动力并联使用，这对于混合 动力车型很有意义
图 8 铝制下摆臂采用主要就为减重，如果加上轮毂电机，这些努力 也就白费了
效率提高 10%（理论值），同时提高了
行驶于操纵稳定性、安全性。
（四）有利于对制动能量的回收
采用轮毂电机驱动，在汽车滑行、
降速制动和下坡过程中实现电磁制动
和发电，其回收的电能比其他方式提
高至少一倍多。
（五）可实现多种复杂的驱动方式
由于轮毂电机具备单个车轮独立 图 9 商用车车桥的内置缓速器采用涡流制动原理，而轮毂电机的制动也可以利用这一原理
为起步或者急加速时的助力，可谓是 提升悬挂的响应速度。可是轮毂电机
一机多用。同时，新能源车的很多技 恰好较大幅度地增大了簧下质量，同
术，比如制动能量回收（即再生制动） 时也增加了轮毂的转动惯量，这对于
也可以很轻松地在轮毂电机驱动车 车辆的操控性能是不利的。不过考虑
型上得以实现， （参见图 4）。
到电动车型大多限于代步而非追求
较大），对于特种车辆很有价值。 （六）便于采用多种新能源汽车技
定子托架
术 新能源车型不少都采用电驱动，
轮毂电机定子
因此轮毂电机驱动也就派上了大用
场。无论是纯电动还是燃料电池电动
转子托架
车，抑或是增程电动车，都可以用轮毂
电机作为主要驱动力；即便是对于混
合动力车型，也可以采用轮毂电机作
图 10 典型内转子结构的轮毂电机驱动系统结构示意图
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（二）有利于汽车结构布局 由于省去了大量机械装置，腾出 了许多有效空间便于汽车总体布局， 使所增加的蓄电池可按车辆动力学 要求适当分散，作为配重物按尽可能 降低车辆质心高度等要求来进行结 构布局， （参见图 3） （三） 提高了对车轮控制的动态
一、 电动汽车轮毂电机驱动技 术的优点
资源和环境是当今社会和谐发 展的永恒主题。电动汽车作为“绿色 交通”的主要载体，在资源与环境可 持续发展中发挥着重要作用。
要附加机械制动
系 统 ，但 是 对 于
普通电动乘用
车，没有了传统
内燃机带动的真
图 12 本田研发的轮毂电机实物
空泵，就需要电
动真空泵来提供制动助力，但也就意
味着更大的能量消耗，即便是再生制
动能回收一些能量，如果要确保制动
系统的效能，制动系统消耗的能量也
是影响电动车续航里程的重要因素之
一。此外，轮毂电机工作的环境恶劣，
轮的转速与电机相同；而内转子式则
采用高速内转子电机，配备固定传动
比的减速器，为获得较高的功率密
度，电机的转速可高达 10000r/min。
随着更为紧凑的行星齿轮减速器的
出现，内转子式轮毂电机在功率密度
方面比低速外转子式更具竞争力，参
见图 11~13）。
（未完待续）
（作者单位： 西安思源学院汽车
交通分院）
面临水、灰尘等多方面影响，在密封方
面也有较高要求，同时在设计上也需
要为轮毂电机单独考虑散热问题， （参
见图 7~10）。
三、电动汽车轮毂机的结构类型
轮毂电机驱动系统根据电机的
转子型式主要分成 2 种结构型式：内
转子式和外转子式。其中外转子式采
用低速外转子电机，电机的最高转速
在 1000～1500r/min，无减速装置，车