輪轂電機驅動

結構

減速驅動：高速內轉子電機+行星齒輪減速器

直接驅動：低速外轉子電機

電機安裝在車輪輪轂中，動力直接傳遞給車輪。

定子：升級為車輛的懸架橋殼。繞組、電力電子裝置以及散熱都安裝在該金屬板上；

輪軸軸承：背面連接至定子和懸架橋殼，正面連接至轉子和車輪；

微型逆變器：沿繞線銅線圈安裝于定子；

線圈：沿微型逆變器直接安裝至散熱器；

轉子：安裝至輪軸軸承及車輪，允許其自由旋轉。

功能與實現方式

·承載

依靠輪軸軸承實現轉子與定子的定心，車輛的輪輞穿過輪軸軸承而非定子和轉子連接至懸架橋殼，以承載路面減震器及負荷。

·驅動

外轉子與輪輞直接相連，達到直接驅動的目的

·電子差速控制

前輪轉向，由普通轉向機完成；后輪需要轉差，由電子差速完成。轉彎半徑由前輪轉向機轉角決定，后輪轉差由車輛轉彎半徑和輪距軸距決定。由前輪轉向機轉動角度計算后輪轉差。轉向機也可以是電子轉向。后輪即使不能嚴格差速，內輪也應該由“主動”變為“從動”，由斷開電機或在回路中串聯補償電阻實現。

車輛直線行駛時，驅動輪線速度相等，輪速傳感器測量速度并將信號送入中央處理器，中央處理器比較左右左右兩輪轉速，控制電機控制器使左右車輪轉速一致；轉彎行駛時，保證驅動車輪相對旋轉中心的角速度相等以避免輪胎發生滑移。中央處理器根據方向盤實際轉角、車輪轉速和路面狀況進行計算，將兩輪所需的轉速信號輸入電機控制器。

·制動能量回收（智能化能量管理系統）

電動汽車在制動過程中，整車動能通過車輪傳遞到電機，從而帶動電機旋轉。此時，電機工作在發電狀態，向儲能裝置（蓄電池或超級電容）充電，將制動能量轉化為電能儲存在儲能裝置中，實現能量的再生利用。同時，電機產生的阻力矩作用于車輪，產生制動力矩，起到減速制動的作用。

·制動系統集成

制動系統包括電制動和摩擦制動。摩擦制動集成一般為盤式制動器。

·電機的冷卻

風冷，應用有利于氣體循環流動的結構來冷卻輪轂電機，如內置冷卻風扇；水冷，設置專門的冷卻液道，通過與液體的熱交換來冷卻輪轂電機

不足（與當代車型相比）

起步、頂風或爬坡時承載大扭矩，需要較大的電流，易損壞電池和永磁體；

電機效率峰值區域很小，負載電流超過一定值后效率急劇下降；

輪轂電機必須成對使用，且各車輪前進與轉向的一致性需要深度校準；

簧下質量和輪轂的轉動慣量均增加，影響操控性；

電制動性能有限，維持制動需要消耗較多的電能。并且，目前機械制動集成技術不成熟，環形制動盤制動力臂大，摩擦片制動面積小，易變形、抖動大、發熱量大；

涉水能力不強，密封要求較高，且須單獨考慮散熱問題；

在不平路面激勵下的輪胎跳動、載荷不均、安裝誤差將引起電機氣隙不均勻，惡化振動激勵，有損平順性和接地安全性。

車輪內部空間有限，電機功率密度要求高，集成度高，優化設計難度大；

附：

輪轂電機減少非簧載質量的方法通常有：改變電機形式，將其變為簧載質量；利用電機質量構造吸振器控制非簧載質量引發的垂向振動負效應；改變簧載質量與非簧載質量的比值。

輪邊電機驅動

結構

每個驅動車輪有單獨的電動機驅動，但電機不集成于車輪內，其動力由輪邊減速器間接傳遞給車輪。出于空間布置的高效合理，輪邊減速器多用行星齒輪。常用行星齒輪傳動有三種：

K-H-V擺線針行星齒輪傳動，傳動比大，效率較高。傳動過程中多吃樹參與嚙合，承載能力大，傳動平穩且噪聲較低。但其生產制造困難，零件成本及精度高；

NGW型行星齒輪傳動，結構緊湊簡單，占用空間小，傳動比范圍大、質量輕便，制造成本低。適用多種工作環境，單級傳動比一般取3~9；

NW型行星齒輪傳動。兼具NGW傳動的優點，如結構簡單、占用空間小、傳動比范圍大、質量輕便等，同時比NGW更加緊湊，但是安裝復雜，成本高。

功能與實現方式

·電子差速控制

前輪轉向，由普通轉向機完成；后輪需要轉差，由電子差速完成。轉彎半徑由前輪轉向機轉角決定，后輪轉差由車輛轉彎半徑和輪距軸距決定。由前輪轉向機轉動角度計算后輪轉差。轉向機也可以是電子轉向。后輪即使不能嚴格差速，內輪也應該由“主動”變為“從動”，由斷開電機或在回路中串聯補償電阻實現。

車輛直線行駛時，驅動輪線速度相等，輪速傳感器測量速度并將信號送入中央處理器，中央處理器比較左右左右兩輪轉速，控制電機控制器使左右車輪轉速一致；轉彎行駛時，保證驅動車輪相對旋轉中心的角速度相等以避免輪胎發生滑移。中央處理器根據方向盤實際轉角、車輪轉速和路面狀況進行計算，將兩輪所需的轉速信號輸入電機控制器。

·驅動防滑控制

通過控制施加到車輪上的驅動與制動轉矩，是汽車在加速與減速時的輪速保持在適當范圍內，從而將車輪的滑移率控制在10%——30%以內，使整車在具有較好動力性地同時具有較大的地面附著系數，提高整車的運動性能。

不足

為滿足各輪運動協調，對多個電動機的同步協調控制要求高；

電動機的分散安裝布置提出了結構布置、熱管理、電磁兼容以及振動控制等多方面的技術難題；

電機安裝于車身，對整車總布置影響較大；

車身和車輪之間存在很大的變形運動，對傳動軸的萬向傳動具有一定的限制；

電機在實際工作中，勵磁磁場在空間的分布不完全為正弦，感應電動勢的波形會發生畸變，因此存在諧波轉矩，產生轉矩脈動；

電機距地面較近，需單獨考慮密封、潤滑、冷卻和可靠性的問題。

輪轂電機驅動與輪邊電機驅動的區別

（經濟性結構 設計 成本 安全）

結構上，輪轂電機驅動和輪邊電機驅動與傳統燃油汽車驅動方式相比均有差異，懸架系統、轉向系統和制動系統都要改型。輪轂電機驅動集成度高，結構偏于緊湊復雜，簧下質量也較大。但是有利于擴大車內空間，車內布局也比較靈活。

成本上，輪轂電機驅動采用外轉子電機，驅動單元、電機控制模塊、制動系統、潤滑系統、冷卻系統高度集成，制造、維修難度較大，安裝調試較為復雜，成本偏高；

設計上，輪轂電機的冷卻及密封要求更為嚴格，輪邊電機的潤滑要求更為嚴格。輪轂電機驅動高度集成，而輪邊電機與車輪相對獨立，體積約束小，功率選擇范圍大，增加了整車的輸出性能，輪轂電機驅動的設計難度偏高。

通過對懸架的良好設計，可將電機引起的簧下質量傳遞給車身，懸架系統隔振性能好，增加車輪運動的平穩性；

輪邊電機車輪輪胎的更換與對電機的維修相對方便；

對低轉速電機而言，沒有減速裝置，對電動機的轉矩特性要求較高，而輪邊電機驅動一般為高速內轉子電機，對電動機的轉矩特性要求相對較低；

輪邊電機與車輪之間具有相對獨立性，與輪轂電機相比，其功率選擇范圍更大，降低了非簧載質量，提高了車輛的行駛穩定性。從安裝調試方面考慮，輪邊電機比集成度高的輪轂電機更方便。

來源：前瞻EV

審核編輯 黃昊宇