19世紀(jì)末，維也納的費(fèi)迪南德?保時(shí)捷（Ferdinand Porsche）、芝加哥的約瑟夫?雷德溫卡（Joseph Ledwinka）及弗雷德?紐曼（Fred Newman）在 一輛老式汽車的每個(gè)車輪上裝上電機(jī)，以簡(jiǎn)單、高效且可控的方式提供動(dòng)力。這些汽車先驅(qū)們?cè)趺炊剂喜坏?，電力?qū)動(dòng)會(huì)很快式微，而且后人發(fā)明了更復(fù)雜的傳動(dòng)裝置，將安裝在車輛中部?jī)?nèi)燃機(jī)的輸出功率轉(zhuǎn)變?yōu)檐囕喩系呐ぞ?。然而事?shí)確是如此。

一個(gè)世紀(jì)以后，為了減少溫室氣體排放、降低對(duì)化石能源的依賴并凈化城鎮(zhèn)城市空氣，人們重新燃起了對(duì)車輛電氣化的興趣。中國(guó)對(duì)此格外熱衷，中國(guó)政府曾宣布到2020年中國(guó)將有500萬(wàn)輛電動(dòng)汽車上路。這個(gè)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)起來(lái)將是艱難的，因?yàn)橹袊?guó)的100多家汽車制造商都缺乏開(kāi)發(fā)復(fù)雜電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工程經(jīng)驗(yàn)。很榮幸，我們普羅天恩電氣公司（Protean Electric）能夠助力電動(dòng)汽車市場(chǎng)發(fā)展。我們生產(chǎn)的輪轂電機(jī)直接在車輪內(nèi)產(chǎn)生動(dòng)力，可簡(jiǎn)化汽車結(jié)構(gòu)，為乘客或貨物提供更多空間并完善汽車操縱性能。

普羅天恩電氣公司在世界范圍內(nèi)得到多位投資者及合作伙伴的支持，現(xiàn)正在中國(guó)建立制造廠。第一家工廠位于天津，目前正小批量生產(chǎn)輪轂電機(jī)。我們正與多家中國(guó)汽車制造商合作，將我們的技術(shù)融入其電動(dòng)或插電式混合動(dòng)力車輛。如果一切按計(jì)劃順利進(jìn)行，那么裝配我們公司所產(chǎn)電機(jī)的車輛將很快問(wèn)世。因此，我們來(lái)更詳細(xì)地解釋這些電機(jī)如何工作，以及為什么我們認(rèn)為它代表了電動(dòng)汽車的發(fā)展方向。

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單就簡(jiǎn)化機(jī)械配置而言，在車輪上直接安裝電機(jī)是一條顯而易見(jiàn)的發(fā)展之路。然而沒(méi)有一家大型制造商在混合動(dòng)力或電動(dòng)車車輪上安裝電機(jī)。原因?yàn)楹危?/p>

一些制造商不愿意采用輪轂電機(jī)的原因是擔(dān)心簧下質(zhì)量?；上沦|(zhì)量指的是汽車懸架系統(tǒng)以下所有部件的質(zhì)量。對(duì)于傳統(tǒng)車輛而言，簧下質(zhì)量包括制動(dòng)裝置、軸承、車輪、等速萬(wàn)向節(jié)（位于傳動(dòng)軸兩端，以相同角速度傳遞動(dòng)力的裝置）以及輪胎，不包括位于汽車底盤之上、引擎蓋之下的傳動(dòng)系統(tǒng)其他部分，例如引擎或發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱。

減少簧下質(zhì)量可以改善司機(jī)及乘客的乘車品質(zhì)，并使懸架系統(tǒng)更好地控制輪胎緊密接觸路面。

輪轂電機(jī)會(huì)明顯增加簧下質(zhì)量，因?yàn)槊總€(gè)動(dòng)力輪都要增加一個(gè)電機(jī)的質(zhì)量。很多汽車設(shè)計(jì)師認(rèn)為輪轂電機(jī)先天存在問(wèn)題。但是這些擔(dān)憂是否合理呢？

很早之前我們咨詢了公認(rèn)的汽車行駛與操縱專家——英國(guó)蓮花工程公司（Lotus Engineering）。我們?cè)屍?a target="_blank">工程師就簧下質(zhì)量對(duì)車輛操控的影響進(jìn)行客觀調(diào)查。這項(xiàng)測(cè)試決定著我們公司的成敗。

蓮花工程公司在一輛福特?？怂蛊嚨?個(gè)車輪上分別增加30公斤的質(zhì)量，并用儀器測(cè)量車輛的振動(dòng)和運(yùn)動(dòng)。同時(shí)還利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，進(jìn)一步掌握車輪同時(shí)增加靜態(tài)質(zhì)量及轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量的影響。此外，由受訓(xùn)的專業(yè)駕駛員進(jìn)行實(shí)操評(píng)估，為增加簧下質(zhì)量對(duì)汽車駕駛及操縱的影響提供更多信息。

蓮花工程公司發(fā)現(xiàn)，盡管增加簧下質(zhì)量的影響對(duì)于受過(guò)培訓(xùn)的專業(yè)駕駛員來(lái)說(shuō)是明顯的，但其實(shí)際影響并不嚴(yán)重。增加簧下質(zhì)量讓汽車開(kāi)起來(lái)就像懸架和操控系統(tǒng)還沒(méi)有經(jīng)過(guò)慣常的磨合，而磨合在汽車開(kāi)發(fā)中是必不可少的。

蓮花工程公司的工程師通過(guò)稍微加大懸架阻尼就能大大減少附加簧下質(zhì)量的影響。并且，他們還發(fā)現(xiàn)當(dāng)把電機(jī)作為簧下質(zhì)量直接裝到車輪上時(shí)，可為汽車兩側(cè)分別提供動(dòng)力，實(shí)質(zhì)性地改善汽車操縱性能。

我們對(duì)其他車輛也做了類似研究。在所有研究中，我們發(fā)現(xiàn)只需重新調(diào)整減震器并增加單個(gè)車輪控制，對(duì)車輛操控的效果就會(huì)更好。因此事實(shí)上，增加簧下質(zhì)量并非完全是攪局。

關(guān)于輪轂電機(jī)的另一擔(dān)憂是增加了電機(jī)控制器軟件的復(fù)雜性。電機(jī)控制軟件必須實(shí)時(shí)根據(jù)車況及司機(jī)指令來(lái)控制每臺(tái)電機(jī)。通常情況下控制兩個(gè)電機(jī)反而比控制一個(gè)電機(jī)更加直接。但是如果一個(gè)電機(jī)出現(xiàn)故障，控制器就需要防止發(fā)生失衡的危險(xiǎn)，避免車輛被不可控制地拖向一邊。

為了解決這個(gè)重大安全問(wèn)題，我們?cè)陔姍C(jī)中建立了兩個(gè)完全獨(dú)立的系統(tǒng)，既可以檢測(cè)故障又能平衡兩個(gè)或多個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。車輛必須滿足ISO 26262安全標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)要求證明危險(xiǎn)技術(shù)故障的發(fā)生概率為極度不可能。這是一項(xiàng)極其嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，但我們確信我們的電機(jī)會(huì)幫助汽車制造商達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)。

那么成本又是如何呢？無(wú)論技術(shù)多杰出，消費(fèi)者都不會(huì)接受過(guò)高的價(jià)格。我們將一個(gè)典型電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)（包括變速箱、電機(jī)、差速器及傳動(dòng)軸）與兩個(gè)輪轂電機(jī)的成本進(jìn)行比較。雖然雙電機(jī)比一個(gè)中央電機(jī)及動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)要貴一些，但是輪轂電機(jī)系統(tǒng)更有效，因?yàn)樗哂休^小的質(zhì)量并且不會(huì)受到變速器中摩擦損失的影響。這意味著，在許多情況下汽車制造商生產(chǎn)的汽車將跑得更快或更遠(yuǎn)（或兩者兼有），且成本不高于同類競(jìng)爭(zhēng)性產(chǎn)品。

還有一個(gè)關(guān)于輪轂電機(jī)的擔(dān)憂是有些人認(rèn)為其缺乏耐用性。將電機(jī)裝在車輪上而不是引擎蓋下，這意味著當(dāng)汽車在崎嶇不平的道路上行駛時(shí)，它們會(huì)受到重創(chuàng)。電機(jī)還經(jīng)常會(huì)遇到水、沙土、碎石和其他雜物的沖擊。是的，這些問(wèn)題的確存在，但我們已經(jīng)進(jìn)行了大量真實(shí)測(cè)試，證明完全可以生產(chǎn)出能承受各種路況考驗(yàn)的產(chǎn)品。

過(guò)去，諸如以上擔(dān)憂使得大多數(shù)汽車生產(chǎn)商都忽略了輪轂電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。少數(shù)生產(chǎn)商在概念車中對(duì)輪轂電機(jī)進(jìn)行了探索。現(xiàn)在一些公司正努力將流行于電動(dòng)車和踏板車已久的輪轂電機(jī)引入汽車市場(chǎng)，普羅天恩電氣公司作為領(lǐng)頭羊，已經(jīng)完成了必需的工程準(zhǔn)備，確保富有吸引力的輪轂電機(jī)為電動(dòng)汽車提供動(dòng)力。

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我們的新型輪轂電機(jī)系統(tǒng)，即ProteanDrive系統(tǒng)，是完全安置于車輪上的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。不過(guò)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)這個(gè)名稱似乎并不確切，因?yàn)镻roteanDrive系統(tǒng)沒(méi)有傳動(dòng)裝置。相反，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子直接連接到輪轂，從馬達(dá)向車輪傳遞扭矩。這就實(shí)現(xiàn)了最高的效率和緊湊性。我們針對(duì)不同的應(yīng)用設(shè)計(jì)了不同尺寸的電機(jī)，但是我們的旗艦產(chǎn)品是Pd18。之所以稱之為Pd18是因?yàn)檫@款產(chǎn)品適合于直徑18寸（約46厘米）的輪輞。Pd18重36公斤，轉(zhuǎn)矩可達(dá)1250牛米，車輪功率可達(dá)75千瓦。也就是說(shuō)兩個(gè)電機(jī)加起來(lái)轉(zhuǎn)矩可達(dá)2500牛米，功率可達(dá)150千瓦。

這看起來(lái)似乎非常具有吸引力，特別是考慮到典型的內(nèi)燃型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)只能產(chǎn)生幾百牛米的轉(zhuǎn)矩。但不要忘了，傳統(tǒng)汽車引擎轉(zhuǎn)矩還要乘以引擎與車輪間的傳動(dòng)比。1擋時(shí)，數(shù)字可能是10，擋位越高乘數(shù)將會(huì)越低。所以，一對(duì)Pd18提供的車輪轉(zhuǎn)矩與傳統(tǒng)汽車的相當(dāng)。

ProteanDrive系統(tǒng)的核心是永磁同步電機(jī)及一套緊密集成電子設(shè)備。電子設(shè)備準(zhǔn)確地將控制電流傳遞到電機(jī)的電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)與固定在轉(zhuǎn)子上的稀土永磁體相互作用。利用這一機(jī)制，輪轂電機(jī)能在1毫秒內(nèi)產(chǎn)生所需轉(zhuǎn)矩。

電子電路的設(shè)計(jì)剛好適合安裝在整個(gè)電機(jī)內(nèi)，并與電機(jī)共享冷卻。高達(dá)90安的電流通過(guò)電機(jī)上的線圈，會(huì)產(chǎn)生很多廢熱，這些廢熱與電子線路產(chǎn)生的熱量一起被電機(jī)外殼冷卻劑管道內(nèi)的水流帶走。冷卻劑與電子元件及電機(jī)線圈具有良好的熱接觸。防護(hù)性的環(huán)氧樹(shù)脂將線圈密封起來(lái)，可幫助導(dǎo)熱。電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路的緊密集成，可使小體積的電機(jī)產(chǎn)生很大的功率。

軟件在微處理器和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列上運(yùn)行。軟件根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)來(lái)控制作用在線圈上的電壓值，每秒決策1.6萬(wàn)次。傳感器提供電機(jī)的電氣和熱力狀況，以及位置和速度信息。軟件確保通過(guò)電機(jī)的電流精準(zhǔn)地維持車輛平穩(wěn)運(yùn)行。

我們的電機(jī)不需要傳動(dòng)裝置、差速器或等速萬(wàn)向節(jié)與車輪相連，因此摩擦損失能量很少。行駛相同里程的電池耗電減少，這項(xiàng)節(jié)省很重要。此外，電機(jī)還能降低運(yùn)行成本，車主們將很高興不必更換損壞的等速萬(wàn)向節(jié)。

空間是另一優(yōu)勢(shì)。引擎蓋下不再有電機(jī)，這就騰出了更多空間。將電機(jī)安裝在車輪上，設(shè)計(jì)師們就擁有更多空間進(jìn)行汽車布局設(shè)計(jì)。消費(fèi)者正逐漸認(rèn)識(shí)到其中的巨大價(jià)值。

但是輪轂電機(jī)的真正閃光點(diǎn)是汽車操控。傳統(tǒng)車輛在實(shí)現(xiàn)增大牽引和平穩(wěn)控制等功能時(shí)，要靠降低車輪的轉(zhuǎn)速。但這種方式的響應(yīng)速度慢且需要利用制動(dòng)力。要擺脫輪胎打滑，施加驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩是個(gè)好辦法。而輪轂電機(jī)就可以做到這一點(diǎn)。事實(shí)上你可以在1毫秒內(nèi)對(duì)制動(dòng)力和電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行準(zhǔn)確控制，大大改善牽引及平穩(wěn)控制，減少制動(dòng)距離，增強(qiáng)駕駛性和安全性。

輪轂電機(jī)同時(shí)考慮到了扭矩矢量分配系統(tǒng)，即為不同的車輪應(yīng)用不同轉(zhuǎn)矩，從而顯著改善汽車操作。比如本田在某些型號(hào)的汽車中裝入其超級(jí)操控全輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，但所需的機(jī)械結(jié)構(gòu)通常十分復(fù)雜且昂貴。如果汽車應(yīng)用的是輪轂電機(jī)系統(tǒng)，那么扭矩矢量分配只需恰當(dāng)?shù)能浖涂梢悦赓M(fèi)實(shí)現(xiàn)。有了這一功能，汽車將像行駛在軌道上一樣，在城市交通中反應(yīng)敏捷，在高速路上保持平穩(wěn)。

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為了達(dá)到這些目標(biāo)，我們必須攻克一些技術(shù)難關(guān)。其中之一是實(shí)現(xiàn)逆變器的小型化和集成化：逆變器將電池的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)檫m用電機(jī)的交流電。汽車的大多數(shù)逆變器為鞋盒大小，然而我們將逆變器縮小到原尺寸的一半，恰好可以安置在電機(jī)后面。這樣，每個(gè)電機(jī)僅用兩根直流電纜，而不需6根電纜輸送交流電。如果我們將逆變器安裝在其他位置，將無(wú)法避免采用6根電纜這種情況。

與大多數(shù)競(jìng)爭(zhēng)性產(chǎn)品不同，我們的電機(jī)外部裝配有轉(zhuǎn)子，使定子與轉(zhuǎn)子間距（磁力作用區(qū)）處于最大半徑，從而在輪輞范圍內(nèi)產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩。利用這一方法，電機(jī)無(wú)需傳動(dòng)裝置便可產(chǎn)生足夠轉(zhuǎn)矩，避免降低效率及產(chǎn)生噪音。

當(dāng)然，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩需要耗費(fèi)很多電能，因此線圈和電子線路會(huì)產(chǎn)生很多熱量。為此，我們必須想辦法將熱量導(dǎo)出電機(jī)，避免燒壞元件。那么我們究竟需要導(dǎo)出多少熱量？電爐上的一個(gè)加熱元件產(chǎn)生的熱量近3千瓦，而電機(jī)產(chǎn)生的熱量高達(dá)6千瓦。我們利用液體冷卻系統(tǒng)，包括安裝在汽車中間位置的一個(gè)散熱器，來(lái)導(dǎo)出這些熱量。

為了讓車輪經(jīng)受住在車輛壽命期限內(nèi)可能遇到的各種環(huán)境的考驗(yàn)，我們的設(shè)計(jì)考慮到了各種情況。除了沖撞、振動(dòng)、水及巖石，我們還預(yù)想到，當(dāng)司機(jī)需要車輛供電時(shí)，電子設(shè)備會(huì)迅速變熱然后冷卻下來(lái)；反復(fù)熱循環(huán)會(huì)導(dǎo)致零部件提前退化。因此我們使用特殊鉆機(jī)對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)并確認(rèn)薄弱點(diǎn)。我們現(xiàn)在擁有的是一種非常穩(wěn)定的設(shè)計(jì)，可以維持車輪在整個(gè)車輛壽命期內(nèi)的運(yùn)行。我們所定義的車輛壽命是行駛30萬(wàn)公里，使用15年以及運(yùn)轉(zhuǎn)8000小時(shí)，這是汽車行業(yè)的普遍期望值。

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然而我們還需要攻克一個(gè)難關(guān)：一些汽車制造商固化的思維模式。他們中的許多人早已認(rèn)定輪轂電機(jī)不可行，很難說(shuō)服他們改變。這就是為什么當(dāng)我們和中國(guó)以及西方一些新建汽車制造商達(dá)成合作時(shí)，我們感到非常興奮，這些汽車制造商思想更加開(kāi)放。

盡管與歐洲及北美傳統(tǒng)汽車制造商合作的進(jìn)展緩慢，但我們正在努力。我們可以看到輪轂電機(jī)在需求強(qiáng)勁的應(yīng)用方面擁有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，比如低板貨車、電動(dòng)全驅(qū)汽車以及卡車。此外，輪轂電機(jī)能夠節(jié)省很大空間，未來(lái)自動(dòng)駕駛汽車的設(shè)計(jì)師們也對(duì)此興趣濃厚。

雖然在這里不能講述得太具體，但我們預(yù)期我們的客戶及戰(zhàn)略合作伙伴將在今年下半年發(fā)布一些振奮人心的消息。因此，普羅天恩充滿信心，最終將實(shí)現(xiàn)百年以前先驅(qū)們將電機(jī)裝進(jìn)老式汽車車輪的愿景。