1821年,英国科学家Michael Faraday(迈克尔·法拉第)向公众展示了如何利用电磁力产生旋转,而这也成为电驱动技术的起点,电动车的出现也成为了必然,1830年代开始,人们开始制作各种以电池供电、电动机提供动力的车辆模型和小比例试验装置,1832年,苏格兰发明家Robert Anderson(罗伯特·安德森)制作出第一台电力驱动的车辆。也就是说电动车技术从1832年,就已经开始发展了。
图:法国人Gustave Trouvé(古斯塔夫·特劳弗)在1881年4月19日在公众面前完成了第一辆实用化电动三轮车的测试,虽然无法获得专利,但这也开创了电动车应用的先河。在1880年代开始,一直到1910年代,电动车技术在这30年间的确发展非常迅速。我们现在常见的轮上电机技术,也正是在1880年代中期出现。历史上第一个推出轮上电机概念的是一位名为Wellington Adams(惠灵顿·亚当斯)的美国科学家,1884年他推出的轮上电机概念就已经获得了美国专利。有了轮上电机技术概念之后,在1890年同为美国科学家的Edward Parkhurst(爱德华·帕克赫斯特)发明了一款新型的高扭矩、低转速的新型车用电机,以解决早期电机低转扭矩不足的问题。有了概念和技术支持之后,1896年法国科学家Charles Theryc(查尔斯·瑟瑞克)推出了历史上真正意义的轮上电机,该技术于同年获得美国当地的专利,该专利就叫做 Wheel with Electric Motor hub for Vehicles(为汽车打造带电机轮圈)。图:受限于当时技术问题,轮上电机的尺寸以及体积是非常之大的。以上提到的这些都只是车用轮上电机技术的雏形,真正将这项技术用在车上并实现了小批量的生产的是Ferdinand Porsche(费迪南德·保时捷)。1899年费迪南德·保时捷转投Lohner(洛纳)。Lohner委托Ferdinand Porsche在其维也纳-弗洛里斯多夫(Vienna- Floridsdorf)的生产车间负责电气技术。Porsche这个脑洞大开的年轻人,也就有了充分施展拳脚的空间,将他的发明付诸实践。大约10周后,Porsche就成功造出了一款由两个轮毂电机驱动的全新原型车,而且这原型车还为汽车工程带来了另一项技术进步,可以结合后轮上的机械刹车,能够同时对四轮施加制动。图:1900年的巴黎世博会上,Ferdinand Porsche(费迪南.保时捷)展出了这台“Lohner-Porsche”的电动车,这辆车被当时的媒体称为“史上第一辆没有变速箱的汽车”,两个前轮各配备一台轮毂电机,整体为双座马车造型,使用的是铅酸蓄电池,最高时速37km/h,最大续航50km。图:1904年,Porsche(保时捷)与Lohner(洛纳)为 “可转向轮毂电机”获得专利。咱们现在各种电动自行车上用的轮毂电机,实际上就是源自Ferdinand Porsche(费迪南.保时捷)本人的设计。看到这里,可以说保时捷真正开始出名并不是356、911等经典车型开始,而是在1900年代初玩电动车出身的。之后费迪南德·保时捷还打造了不少搭载轮上电机技术的车型,甚至推出了一台搭载了DMG的2.5L四缸发动机作为发电机的混合动力车型。图:这台增程式电动车型名为Lohner-Porsche “Mixte” (来自于法语“voitures mixtes”)。说了那么多关于轮上电机的故事,那么轮上电机究竟厉害在哪里?首先,轮上电机由于是直接安装在轮圈上的,所以就不需要想像使用一般电机那般还要额外安装传动半轴,轮上电机只需要安装转向半轴以及相关电缆即可。也正是因为安装在轮圈上,所以就不会出现使用一般电机那般,电机需要将就转向机的位置安装,导致出现传动半轴一边长一边短,导致加剧扭力转向的现象,特别是前置电机的车型。图:不过要是像图上奥迪这种前后双电机的车型就无需担心这点了,因为通过电控系统控制前后电机的输出,就能减少扭矩转向的问题出现。独立安装的轮上电机能让车子的理论操控以及动力性更上一层楼,首先轮上电机无需传动轴,所以传递到车轮上的动力几乎是没有动力损耗的。另外,四轮轮上电机能通过电控系统实现真正意义上的四驱。单独安装的电机,就无需通过差速器对驱动轮进行差速,当车子在拐弯时,系统增加外侧车轮的动力,同时减少内侧车轮的动力,让车子能更快速更稳定的过弯。同时要是想车尾更灵活的,也可以通过系统自己调整车轮轮上电机的输出。图:图中这款是米其林于2004年推出的路上电机单元组,名为Active Wheel,米其林这款轮上电机技术比起一般的要来得相对复杂,在轮圈里还额外继承了电控主动式避震,米其林这样的做法原因很好懂。就是为了抵消轮上电机组的重量,对轮圈过坑洞时造成太大的负担。但是这样的做法对车辆的簧下质量特别不友好,本来轮上电机组就重,加上电控主动避震之后就更重了。
轮上电机技术离我们非常近,日常我们所使用的“电鸡”就是轮上电机。只不过“电鸡”上的电机为开放式,也就是电机和刹车碟、刹车卡钳都是直接与空气接触,所以在散热这方面就无需太过担心。但四轮车用的就不一样了,两者虽然在概念上大体相同,但是车用的轮上电机组是安装在轮圈内侧的。这样的话散热就会是一个很大的问题,电机驱动车辆会产生热能,加上刹车时同样会产生热能,这样的话刹车和电机所产生的热能就会非常夸张。如果散热跟不上,对电机的效能以及刹车热衰减都有着非常大的影响。另外,使用成本也是一方面的因素,使用一般电机通过传动半轴就可以同时驱动两个车轮,但轮上电机不可能安装传动半轴,所以要同时驱动前轴或者后轴的两个车轮就需要用到两个轮上电机,如果是四驱车型的话则是需要四个。基于以上的种种原因,车用的轮上电机技术迟迟都没有做到真正量产,虽然如今的路上电机技术已经相当成熟了,例如这家来自欧洲的轮上电机制造商Elaphe Propulsion Technologies,该公司于2006年成立,从创立之初开始就一直在研发车用的轮上电机技术。除了私人公司之外,也有不少车企开始研发轮上电机技术,例如本田就在2005年推出了一台名为FCX的概念车款,该车款便是搭载了轮上电机技术。图:包括日产也在2016年,推出了一台名为Blade Glider的概念车款,该车款便是搭载了日产自研的轮上电机技术。
不过就连电动车最顶级的Formula E赛车都还为使用轮上电机技术,可见该技术要用在车上还是有不少技术难点要攻克的。加上现在全球的大趋势下,电动车充其量其实也只是一个过渡阶段的产品,如今已经没有许多车企依旧投入大额资金来研发轮上电机技术了。
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