轮毂电机分布式驱动是相对于单一驱动源(一个发动机或者一个电机)集中式驱动而言,世界上第一台轮毂电机分布式驱动车辆诞生于1900年。
费迪南德·保时捷在1900年巴黎世博会上发布了“Lohner-Porsche”,一辆前轮装有轮毂电机分布式驱动,外形酷似马车的两座电动汽车。这一切源于费迪南德·保时捷发明了轮毂电机,并于1897年申请了专利。“Lohner-Porsche”使用了大量铅酸蓄电池,车辆过于笨重,而且续驶里程短,1900年秋天被加装了两台单缸发动机分别驱动两台发电机发电,改造成了世界上第一台混合动力汽车。
20世纪70年代,轮毂电机分布式驱动技术在矿山运输车、航天月球车等领域得到应用。1971年,阿波罗15号月球车就采用了4个轮毂电机分布式驱动的方案。
2000年之后,国内外知名整车厂、零部件供应商、科研院所都纷纷开展了轮毂电机分布式驱动控制相关的研发工作。目前虽然研发了不少轮毂电机分布式驱动的试验样车及概念车型,但在乘用车领域并没实现大规模量产。在商用车领域,大功率轮毂电机被应用到欧洲多个国家的大型客车、公交车上实际运营(图1-1)。
图1-1 欧洲实际运营的大功率轮毂电机后驱公交车
轮毂电机分布式驱动技术是未来车辆电驱动系统的必然发展方向,是实现智能化、模块化、标准化动力底盘的必然选择。随着车辆智能化、新能源化不断发展,电驱动系统的智能化、集成化、模块化程度会越来越高(图1-2)。从最早的电机、驱动控制器、减速器分体式驱动单元,过渡到“三合一”物理集成单元,目前已经逐步达到电机、减速器共轴、共控制的集成式驱动单元,最终通过轮毂电机完成驱动与制动的智能化集成,实现智能底盘标准化集成。
图1-2 电驱动系统智能化集成发展趋势
另外,我国于2016年发布《节能与新能源汽车技术路线图1.0》,在“纯电动与插电式混合动力汽车技术创新要求”中明确将“分布式驱动控制技术”列为基础前瞻研究;2020年发布的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》中,在“新能源汽车电驱动系统总体技术路线图”中把轮毂电机总成作为未来研发重点。在2019年、2020年、2021年召开的世界新能源汽车大会上,分布式电驱动系统技术、扇形模组轴向磁场轮毂电机技术、高转矩密度重载电动轮系统关键技术,分别入选具有前瞻性、先导性和探索性的前沿技术。
2015年开始,中国企业通过海外并购的形式,逐步接触并熟悉世界上最先进的轮毂电机技术:
1)浙江亚太机电股份有限公司,2015年以1000万欧元增资先进乘用车轮毂电机公司斯洛文尼亚Elaphe。
2)天津天海同步集团有限公司,2015年投资先进乘用车轮毂电机公司英国Protean;2016年又成立湖北泰特机电有限公司,以5500万欧元收购了先进商用车轮毂电机公司荷兰e-Traction。
3)浙江万安科技股份有限公司,2016年以2000万美元参投先进乘用车轮毂电机公司英国Protean。
进入21世纪以来,伴随着汽车电动化、智能化、网联化变革性转型升级,轮毂电机分布式驱动技术这项起源于100多年前的“黑科技”也焕发出新的活力与生机。100多年尚未解决的车辆多种复杂行驶工况下轮毂电机的可靠性,分布式驱动控制的鲁棒性,与现有制动、转向、车身稳定等系统的兼容性等技术难题,将在其逐步被智能化新能源汽车应用中被不断攻克。电动商用车领域很可能率先打破“鸡生蛋、蛋生鸡”死锁,实现大功率轮毂电机分布式驱动技术大规模应用。