隨著國(guó)內(nèi)石油能源緊張以及環(huán)境污染的日益加劇，采用新能源汽車(chē)替代傳統(tǒng)燃油車(chē)成為今后國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)主要的發(fā)展方向。隨著政府政策的大力支持和各大主機(jī)廠的廣泛宣傳，近些年新能源汽車(chē)特別是純電動(dòng)汽車(chē)和插電式混合動(dòng)力汽車(chē)受到了大量消費(fèi)者的青睞。同時(shí)，分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為區(qū)別于中央驅(qū)動(dòng)的另外一種驅(qū)動(dòng)方式，也受到了廣泛關(guān)注。

其實(shí)早在1900年，費(fèi)迪南德 保時(shí)捷就把輪轂電機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了汽車(chē)制造上，首先制造出了前輪裝備輪轂電機(jī)的電動(dòng)汽車(chē)。但是受制于當(dāng)時(shí)的電池壽命等原因，該技術(shù)并未得到廣泛應(yīng)用。直到20世紀(jì)70年代，輪轂電機(jī)技術(shù)逐步在礦山運(yùn)輸車(chē)等專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。目前市面上生產(chǎn)銷(xiāo)售的電動(dòng)自行車(chē)，多采用輪轂電機(jī)直驅(qū)方案，但該電機(jī)功率小、扭矩低，并不能滿足乘用車(chē)的動(dòng)力要求。

圖1：早期裝載輪轂電機(jī)的汽車(chē)

隨著電機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)外已有幾家企業(yè)，如Protean、Elaphe和e-Traction等設(shè)計(jì)了適用于乘用車(chē)和商用車(chē)的輪轂電機(jī)產(chǎn)品。但筆者認(rèn)為乘用車(chē)應(yīng)用門(mén)檻高、產(chǎn)品驗(yàn)證周期長(zhǎng)，對(duì)系統(tǒng)的安全性、可靠性和耐久性等要求高，同時(shí)采用輪轂電機(jī)直驅(qū)系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)有底盤(pán)平臺(tái)的顛覆太大，短期內(nèi)輪轂電機(jī)并不會(huì)在乘用車(chē)上首先實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。但其高效的驅(qū)動(dòng)形式、緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和靈活的控制方式，在商用車(chē)、專(zhuān)用車(chē)和無(wú)人駕駛等領(lǐng)域應(yīng)該會(huì)先于乘用車(chē)得到廣泛的應(yīng)用。本文主要針對(duì)商用車(chē)、專(zhuān)用車(chē)和無(wú)人駕駛平臺(tái)，闡述和分析采用輪轂電機(jī)直驅(qū)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)和目前還需克服的技術(shù)難題，也希望和大家共同探討分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用前景。

一.商用車(chē)和物流車(chē)領(lǐng)域

現(xiàn)代物流業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，也間接推動(dòng)了物流車(chē)行業(yè)的發(fā)展。物流配送主要可分為城際物流和同城物流：由于受到續(xù)航里程和充電時(shí)間的限制，目前用于城際配送的物流車(chē)基本采用傳統(tǒng)的柴油車(chē)，今后可以重點(diǎn)發(fā)展串聯(lián)式混合動(dòng)力或者燃料電池物流車(chē)來(lái)解決里程焦慮和充電問(wèn)題，不論哪種形式均可采用輪轂電機(jī)后驅(qū)方案；但對(duì)同城物流來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)很多大城市都限制燃油物流車(chē)進(jìn)入市區(qū)，故同城物流配送采用純電動(dòng)物流車(chē)替換如依維柯、全順、海獅等車(chē)型將成主要趨勢(shì)。

目前市面上大部分的純電動(dòng)物流車(chē)都是在傳統(tǒng)柴油車(chē)的基礎(chǔ)上改裝而來(lái)，采用中央電機(jī)替換柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，整車(chē)質(zhì)量重、底盤(pán)離地間隙高、載重量和裝載空間有限、能耗高，不能滿足物流行業(yè)對(duì)于車(chē)輛大裝載空間、高載重比和長(zhǎng)續(xù)航的需求。如采用分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可充分發(fā)揮輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)勢(shì)，特別是對(duì)于采用后輪驅(qū)動(dòng)的車(chē)型，可以省去傳動(dòng)軸、差速器等機(jī)械零部件，減輕簧下質(zhì)量、有效降低底盤(pán)高度、增加裝載容積；同時(shí)采用輕量化下車(chē)體，減少整車(chē)重量，結(jié)合輪轂電機(jī)高效驅(qū)動(dòng)方式，提高系統(tǒng)效率、降低整車(chē)能耗，提升續(xù)航里程。美國(guó)的一家汽車(chē)技術(shù)公司W(wǎng)orkhorse采用Protean的PD18輪轂電機(jī)設(shè)計(jì)了一款輕型純電動(dòng)物流車(chē)，并打算近期投入量產(chǎn)。

圖2：NGEN-1000低地板輪轂電機(jī)物流車(chē)

浙江亞太機(jī)電股份有限公司專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)用于同城配送的純電動(dòng)物流車(chē)底盤(pán)平臺(tái)，該平臺(tái)采用輪轂電機(jī)后驅(qū)系統(tǒng)，后懸架采用多連桿和橫置板簧結(jié)構(gòu)。平臺(tái)貨箱內(nèi)陸板通道兩輪罩最窄處不小于1.2m，可以實(shí)現(xiàn)接近1:1的載重比，滿載情況下貨箱底板離地高度小于400mm，裝載容積可達(dá)約7.6m3。

該平臺(tái)主要向客戶展示輪轂電機(jī)和懸架系統(tǒng)的集成方式，以及結(jié)合電機(jī)再生能量回收的高效驅(qū)動(dòng)方案。目前該平臺(tái)已落地，今后還會(huì)驗(yàn)證動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性等性能指標(biāo)。

圖3：亞太機(jī)電自主研發(fā)的集成輪轂電機(jī)的純電動(dòng)物流車(chē)后驅(qū)平臺(tái)

由于物流車(chē)的使用場(chǎng)景和工況跟乘用車(chē)有很大差距，電機(jī)的高效工作區(qū)間也完全不同，故在電機(jī)設(shè)計(jì)或選型時(shí)要充分考慮重載、低速和大扭矩輸出的特性。若是大型商用車(chē)或重載車(chē)輛，在輪轂電機(jī)設(shè)計(jì)初期就應(yīng)考慮制動(dòng)系統(tǒng)和后橋的集成方案，筆者認(rèn)為單由一家設(shè)計(jì)公司很難完成該方案的開(kāi)發(fā)工作，需要聯(lián)合電機(jī)設(shè)計(jì)公司、制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)公司和底盤(pán)懸架設(shè)計(jì)公司共同開(kāi)發(fā)一套模塊化的集成產(chǎn)品。

二.專(zhuān)用車(chē)和特種車(chē)領(lǐng)域

專(zhuān)用車(chē)或特種車(chē)是指裝置有專(zhuān)用設(shè)備，具有專(zhuān)用功能，用于承擔(dān)專(zhuān)門(mén)運(yùn)輸任務(wù)或?qū)ｍ?xiàng)作業(yè)及其他專(zhuān)項(xiàng)用途的車(chē)輛，如防爆車(chē)、救援車(chē)和牽引車(chē)等。其底盤(pán)和懸架系統(tǒng)往往為了實(shí)現(xiàn)某些特殊功能而做專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，采用輪轂電機(jī)直驅(qū)系統(tǒng)正好可以擺脫變速箱、減速器、差速器和傳動(dòng)軸等機(jī)械零部件的束縛，為輪邊節(jié)省大量空間，可用于懸架系統(tǒng)的特殊設(shè)計(jì)。同時(shí)根據(jù)不用車(chē)型需求，可采用多輪驅(qū)動(dòng)，單輪可以獨(dú)立控制扭矩輸出，整車(chē)動(dòng)力輸出均衡，提升車(chē)輛在復(fù)雜路況的通過(guò)性。由電機(jī)控制器中的電子差速功能替代傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，整車(chē)可實(shí)現(xiàn)滑移轉(zhuǎn)向，即靠左、右輪的反扭控制，實(shí)現(xiàn)原地掉頭等功能，減小轉(zhuǎn)彎半徑，有效提升整車(chē)在特殊場(chǎng)景應(yīng)用的靈活性。

國(guó)外很多軍工產(chǎn)品如運(yùn)輸車(chē)、作戰(zhàn)車(chē)等也采用輪轂電機(jī)直驅(qū)系統(tǒng)，美國(guó)軍方采用DARPA設(shè)計(jì)的輪轂電機(jī)純電動(dòng)特種車(chē)—extreme以及美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)測(cè)試過(guò)一臺(tái)純電動(dòng)Nikola UTV特種車(chē)，輪轂電機(jī)運(yùn)用在作戰(zhàn)車(chē)上可以提高其機(jī)動(dòng)性能，已受到軍方越來(lái)越廣泛的關(guān)注。浙江亞太機(jī)電股份有限公司也積極參與軍工項(xiàng)目，為野外無(wú)人駕駛平臺(tái)提供輪轂電機(jī)直驅(qū)系統(tǒng)，平臺(tái)采用增程式混合動(dòng)力系統(tǒng)，可以提高燃油經(jīng)濟(jì)性、增加續(xù)航里程，同時(shí)可以有效降低熱輻射和整車(chē)噪音，有利于野外作戰(zhàn)環(huán)境。

圖4：純電動(dòng)特種車(chē)extreme和純電動(dòng)Nikola UTV特種車(chē)

專(zhuān)用車(chē)輛往往車(chē)型種類(lèi)多，單一類(lèi)型的需求量小，同時(shí)需要為不同類(lèi)型的專(zhuān)用車(chē)做專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，這對(duì)輪轂電機(jī)的開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證周期提出了不小挑戰(zhàn)。同時(shí)專(zhuān)用車(chē)或特種車(chē)工況復(fù)雜，工作環(huán)境惡劣，機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣系統(tǒng)都應(yīng)作相應(yīng)考慮：

1. 由于輪轂單元和電機(jī)集成為一體，輪轂軸承和緊固螺栓的強(qiáng)度需要重新設(shè)計(jì)匹配，同時(shí)也需要優(yōu)化電機(jī)定轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，防止輪邊沖擊對(duì)電機(jī)和永磁體造成損害；

2. 在一些極端條件下，如強(qiáng)磁場(chǎng)、大電流干擾等，對(duì)電氣系統(tǒng)的絕緣防護(hù)、電磁抗干擾能力等都提出了更高的要求。

隨著人工智能和車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智能駕駛以及無(wú)人駕駛得到了越來(lái)越多的關(guān)注。當(dāng)整車(chē)實(shí)現(xiàn)L4級(jí)智能駕駛，甚至是更高的L5級(jí)完全無(wú)人駕駛時(shí)，需要整車(chē)具有環(huán)境感知和決策判斷的能力，就好比是人的眼睛和大腦。同時(shí)也需要有執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)加速、轉(zhuǎn)彎和剎車(chē)等功能。輪轂電機(jī)直驅(qū)系統(tǒng)作為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行單元具有以下優(yōu)勢(shì)：

三.智能駕駛和無(wú)人駕駛領(lǐng)域

1. 中央電機(jī)由于需要變速箱、減速器、差速器和傳動(dòng)軸等，從發(fā)信號(hào)給電機(jī)到電機(jī)驅(qū)動(dòng)作用到輪端，往往需要幾百毫秒的響應(yīng)時(shí)間；而采用輪轂電機(jī)可實(shí)現(xiàn)全時(shí)線控驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)響應(yīng)快、控制精度高，響應(yīng)時(shí)間為幾十毫秒，可提升整車(chē)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能；

2. 可采用多輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，通過(guò)牽引力控制、扭矩矢量控制等算法實(shí)現(xiàn)左、右輪不同扭矩輸出，有效防止車(chē)輪打滑、減小轉(zhuǎn)彎半徑，提升車(chē)輛過(guò)彎時(shí)的穩(wěn)定性和平順性；

3. 由于省略了大量機(jī)械傳動(dòng)部件，底盤(pán)平臺(tái)的設(shè)計(jì)將更加靈活多樣，可滿足未來(lái)智能出行的特殊功能需求。

圖5：豐田為未來(lái)出行打造的純電動(dòng)輪轂電機(jī)共享移動(dòng)平臺(tái)

浙江亞太機(jī)電股份有限公司目前正在開(kāi)發(fā)基于L3級(jí)的ADAS智能駕駛輔助系統(tǒng)，主要功能包含ACC自適應(yīng)巡航、AEB自動(dòng)緊急制動(dòng)、FCW前方碰撞預(yù)警、LDW車(chē)道偏離預(yù)警等功能。結(jié)合已經(jīng)開(kāi)發(fā)的IBS線控助力系統(tǒng)、ESC車(chē)身穩(wěn)定系統(tǒng)和輪轂電機(jī)線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，今后可以為智能駕駛平臺(tái)提供一整套成熟的智能化底盤(pán)主動(dòng)控制方案。

今后的智能駕駛控制系統(tǒng)會(huì)采用多傳感器融合的解決方案來(lái)提高目標(biāo)識(shí)別的速度和準(zhǔn)確度，目前已有較為成熟的線控驅(qū)動(dòng)、線控制動(dòng)和線控轉(zhuǎn)向的解決方案，并且各大主機(jī)廠也在做各系統(tǒng)融合的開(kāi)發(fā)，但在系統(tǒng)的決策層面，暫時(shí)還沒(méi)有一套成熟的可量產(chǎn)的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)如自動(dòng)駕駛、路徑規(guī)劃等功能。筆者認(rèn)為無(wú)人駕駛平臺(tái)首先應(yīng)用的場(chǎng)景應(yīng)該是滿足低速條件下的封閉場(chǎng)所，再逐漸往開(kāi)放場(chǎng)地、中高速等場(chǎng)景應(yīng)用，通過(guò)積累大量的行駛數(shù)據(jù)以及人工智能的深入學(xué)習(xí)，逐步完善整車(chē)的感知系統(tǒng)、決策系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)，將主動(dòng)控制和被動(dòng)安全深入耦合，最大程度提升整車(chē)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性、安全性和穩(wěn)定性。同時(shí)國(guó)家相關(guān)部門(mén)也應(yīng)該盡快完善和智能駕駛有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及和功能安全相關(guān)的測(cè)試方法，為行業(yè)發(fā)展提供明確的技術(shù)路線和法律法規(guī)。

從去年下半年到今年5月底，各大主機(jī)廠燃油車(chē)的銷(xiāo)售量普遍下滑，可以說(shuō)已經(jīng)到了新能源汽車(chē)發(fā)展至關(guān)重要的時(shí)刻。如何擺脫傳統(tǒng)燃油車(chē)的發(fā)展模式，找到一條適用于新能源汽車(chē)的發(fā)展道路，充分發(fā)揮新能源汽車(chē)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)整車(chē)的電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化、無(wú)人化和共享化，成為當(dāng)前急需解決的問(wèn)題。而輪轂電機(jī)直驅(qū)系統(tǒng)作為最高效的終極驅(qū)動(dòng)方案，肯定會(huì)隨著新能源汽車(chē)的普及而實(shí)現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用。

雖然目前產(chǎn)品種類(lèi)和技術(shù)成熟度有待完善和提高，但其技術(shù)完全可以應(yīng)用到專(zhuān)用車(chē)和特種車(chē)領(lǐng)域，定制化設(shè)計(jì)輪轂電機(jī)產(chǎn)品，首先實(shí)現(xiàn)小批量的生產(chǎn)，并提供完善的售后服務(wù)；同時(shí)和各大主機(jī)廠開(kāi)展廣泛合作，充分利用主機(jī)廠的資源和試驗(yàn)條件，在現(xiàn)有平臺(tái)的基礎(chǔ)上改裝輪轂電機(jī)試驗(yàn)車(chē)，進(jìn)行充分的系統(tǒng)驗(yàn)證和邊界開(kāi)發(fā)，如輪轂電機(jī)和懸架系統(tǒng)的集成、底盤(pán)懸架系統(tǒng)調(diào)校、電機(jī)再生能量回收和電液耦合制動(dòng)匹配、電機(jī)和電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)設(shè)計(jì)和整車(chē)NVH優(yōu)化等，為輪轂電機(jī)今后往乘用車(chē)市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)大批量應(yīng)用做好技術(shù)儲(chǔ)備。

隨著產(chǎn)業(yè)升級(jí)和互聯(lián)網(wǎng)、通訊等其它行業(yè)的發(fā)展，新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)終將整合行業(yè)資源，顛覆傳統(tǒng)燃油車(chē)的應(yīng)用場(chǎng)景和使用需求，找到一條適合自身的發(fā)展道路，為未來(lái)數(shù)字城市、智能化交通出行提供完善的解決方案。