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（湖北省城市客車(chē)工程技術(shù)中心雷洪鈞）王健老師（重慶交通大學(xué)交通運輸學(xué)院教授）2年前就多次給我介紹說(shuō)，歐洲的公交車(chē)采用輪轂電機已經(jīng)是標配。從此我開(kāi)始認真專(zhuān)注輪轂電機技術(shù)，繼而思考如何，將其用到揚子江公司的新能源公交客車(chē)上。目前已有些體會(huì )：一方面，輪轂電機尚存諸多問(wèn)題，如：在高速下失穩、非簧質(zhì)量大、高密封環(huán)境下的散熱難、制動(dòng)集成困難、能量管理有待優(yōu)化等。這是目前輪轂電機商業(yè)化的主要瓶頸；另一方面，傳統車(chē)輛的一些技術(shù)方案（如：機械差速器，變速箱）經(jīng)通過(guò)多年大規模商業(yè)化逐步演變而來(lái)的經(jīng)典，要顛覆他，不容易的。輪轂電機尚存諸多問(wèn)題的解決同樣是經(jīng)過(guò)規模化商業(yè)化過(guò)程的，否則主要瓶頸是不可能解決的。

用輪轂電機是新能源公交客車(chē)的終極方案，一步到位是十分困難的，探討一條可以實(shí)現商業(yè)化的路線(xiàn)，是筆者的初衷。
一、目前純電動(dòng)車(chē)輛上采用的商品的輪轂電機類(lèi)別
輪轂電機外形都為扁平型（圖1）其結構如下圖所示，由轉子、軸承、定子、功率與控制電子模塊以及密封背板等部分組成，可以分為三大類(lèi)：

（1）按類(lèi)型又可以細分四類(lèi)：①永磁電機(PM)； ②異步電機(IM)；③開(kāi)關(guān)磁阻電機(SRM)；④橫向磁通電機(TFM)。（其中：永磁電機應用最普遍，而橫向磁通電機是一種低速大扭矩新型電機）；
（2）按主磁通行經(jīng)路徑又可以細分三種形式：①徑向磁場(chǎng)(radial )；②軸向磁場(chǎng)(axial )；③橫向磁通(transverse)；
（3）按運動(dòng)方式又可以細分三種形式：①內轉子；②外轉子；③雙轉子（其中：雙轉子結構是內轉子主動(dòng)，外轉子從動(dòng)。通過(guò)一組行星齒輪傳遞動(dòng)力，實(shí)現反向旋轉，使磁場(chǎng)切割導體的速度為內、外轉子速度之和。）；
（4）按驅動(dòng)方式又可以細分兩種：
①直接驅動(dòng)，即轉子直接帶動(dòng)輪轂旋轉，其驅動(dòng)采用低速電機(體積大，耗材多，功率密度小，噪聲低)，其基本特點(diǎn)是轉速較低；
②間接驅動(dòng)，即內轉子結構，通過(guò)行星輪加齒環(huán)機構實(shí)現減速，帶動(dòng)輪轂旋轉,因而也稱(chēng)之為減速驅動(dòng)。而間接驅動(dòng)則多對應于高速電機(體積小,耗材少，功率密度大，噪聲高)，其基本特點(diǎn)是轉速較高。
二、輪轂電機是直接驅動(dòng)輪轂旋轉，其技術(shù)優(yōu)勢明顯
（1）輪轂電機驅動(dòng)系統可以靈活地布置于各類(lèi)電動(dòng)車(chē)輛的車(chē)輪中，使得驅動(dòng)系統和整車(chē)結構簡(jiǎn)約歸一，可利用空間增大，傳動(dòng)效率提高；
（2）省卻了傳統的機械換檔、離合器、變速器、傳動(dòng)軸和機械差速器等裝置，簡(jiǎn)化了橋架結構；
（3）各輪轂扭矩獨立可控，正反轉靈活，瞬時(shí)動(dòng)力性能更為優(yōu)越；
（4）有助于輪轂的電氣制動(dòng)、機電復合制動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程中的能量回饋技術(shù)的應用；
（5）如果導入四輪轉向技術(shù)(4WS)，還可能實(shí)現零半徑轉向。
三、目前輪轂電機應用到新能源車(chē)輛上技術(shù)瓶頸分析
（1）用輪轂電機沒(méi)了傳統車(chē)橋，非簧載質(zhì)量增加許多
輪轂電機驅動(dòng)系統把驅動(dòng)電機、減速機構、制動(dòng)器都集中在車(chē)輪（圖2）內，非簧載質(zhì)量的增加許多。新問(wèn)題來(lái)了：

①車(chē)輛垂直方向的振動(dòng)幅度變大，降低了車(chē)輛的平順性和舒適性；
②輪胎的附著(zhù)性能變差，車(chē)輛控制難度變大；
③電機放置在車(chē)輪內，來(lái)自路面的沖擊載荷是很大的；
④非簧載質(zhì)量增加，車(chē)輛尤其是大客車(chē)（商業(yè)車(chē)）制動(dòng)更為困難。
（2）電子差速性能指標要超過(guò)經(jīng)典的機械差速器并非易事
輪轂電機是直接驅動(dòng)輪轂旋轉后，傳統車(chē)輛的機械傳動(dòng)部分被取消了，機械差速器不用了。而機械差速器是經(jīng)典，電子差速控制技術(shù)水平要超過(guò)經(jīng)典的機械差速器并非易事。難在電子差速控制技術(shù)國內外還處于初步積累階段，當車(chē)速超過(guò)某一定值時(shí)，車(chē)輛會(huì )出現明顯的方向失穩現象，如何解決？目前還要進(jìn)行攻關(guān)。
（3）輪轂電機一致性要求精度，是傳統電機生產(chǎn)工藝技術(shù)不能比的
輪轂電機是成對（最少要用2個(gè)以上）使用要到車(chē)輛上，彼此之間性能上要求的一致性，是傳統電機生產(chǎn)工藝技術(shù)不能比的。目前傳統電機的生產(chǎn)一致性，其要求互換好即可，而輪轂電機生產(chǎn)一致性，則要求多個(gè)電機在工作上能深度配合到位。這樣的一致性，比傳統電機的一致性要高出數量級的水準。車(chē)身左右兩邊對稱(chēng)的電機裝配的同心度比硬聯(lián)接時(shí)有要高出很多。這是目前電動(dòng)自行車(chē)可以普遍采用輪轂電機，而商業(yè)車(chē)輛上目前做不到的原因之一。
（4）輪轂電機既要冷卻到位又要散熱性好，這是非常矛盾的
輪轂電機放置在狹小的車(chē)輪內，一方面，車(chē)輪經(jīng)常處在大負荷低速爬長(cháng)坡工況下是一個(gè)常態(tài)，如果冷卻做得不好，如果出現冷卻不足，會(huì )導致電機過(guò)熱（燒毀）的；另一方面，車(chē)輪工作環(huán)境十分惡劣，如：路面的泥水砂石等對輪轂電機的防護和保養而言，其密封性要求是越強越好。同時(shí)提高密封性與散熱性是矛盾的。如何解決好這個(gè)矛盾，是高難度的技術(shù)問(wèn)題。
（5）“有限車(chē)載能源和動(dòng)力的調度與管理問(wèn)題”，對新能源車(chē)輛而言是一個(gè)全新的課題
目前傳統車(chē)輛節油不再是純機械層面的技術(shù)，已是在大量地使用智能控制技術(shù)。新能源車(chē)輛車(chē)載能量比傳統車(chē)輛要少得多，新能源車(chē)輛能量管理系統更需要采用智能控制技術(shù)。如何解決好？它是一個(gè)系統工程性、最優(yōu)化技術(shù)解決方案，難度非常大。
四、車(chē)用輪轂電機是終極方案，其商業(yè)化路線(xiàn)探討
新能源車(chē)輛目前推廣的困局是：“是先有雞，還是先有蛋”。大家都希望以對方為前提，同樣輪轂電機的應用也是一樣的。一個(gè)論點(diǎn)是：“輪轂電機目前的問(wèn)題解決了，才可以規模商業(yè)化；另一個(gè)論點(diǎn)是“規模化應用了，目前輪轂電機的問(wèn)題是可以解決的。”
筆者認為，輪轂電機商業(yè)化路線(xiàn)基本是三種，但是不同路線(xiàn)，得到的結果是不一樣的。
（1）以某一個(gè)車(chē)型為突破口，一籃子解決這個(gè)車(chē)型上商業(yè)化的瓶頸
這是許多人想象的方案。一籃子的解決方案（或者頂層方案），是邏輯上工作安排方案，而具體的技術(shù)問(wèn)題，是要落到實(shí)處的，是有時(shí)序要求的。目前輪轂電機存在這樣多的技術(shù)問(wèn)題，且彼此是關(guān)聯(lián)的。如果一步到位來(lái)實(shí)施，其難度是相當大的。當然，有決心，有能力來(lái)集中大量的人力、物力、資金，加上強有力組織能力，不是不能解決好。如果沒(méi)有這個(gè)能力，一步到位實(shí)施方案，商業(yè)化成功的可能性不大；即使有這樣的實(shí)力，一步到位實(shí)施方案，商業(yè)化成功的可行性也不是大概率事件。理由是不確定的因素太多。如果其期望是發(fā)現問(wèn)題，尋找探索解決委托的途徑，這是另一個(gè)層面的話(huà)題。
（2）以某一個(gè)車(chē)型為突破口，分步解決小瓶頸問(wèn)題，推動(dòng)轂電機應用商業(yè)化進(jìn)程
第一步，一個(gè)電機替代發(fā)動(dòng)機、電池替代油箱，保留其他傳統部件，形成規模化應用；
第二步，一個(gè)電機替代發(fā)動(dòng)機、電池替代油箱，拿下變速箱，保留其他傳統部件，實(shí)現直驅?zhuān)纬梢幠；瘧茫?
第三步，在直驅的基礎上，把電機安裝在驅動(dòng)橋上，拿下傳動(dòng)軸，形成規模化應用；
第四步，在第三步的基礎上，把電機安裝車(chē)輪邊（用輪邊電機），拿下傳統車(chē)橋，形成規模化應用；
第五步，在四步的基礎上，把輪邊電機拿下，安裝輪轂電機，最終形成規模化應用。
（3）從低級車(chē)輛開(kāi)始推進(jìn)，每一步形成規模后，再逐級向上推進(jìn)，再形成規模應用
目前輪轂電機應用在電動(dòng)自行車(chē)上已經(jīng)成規模商業(yè)化。這為后續的推廣奠定一定的基礎。比電動(dòng)自行車(chē)性能要求高一些是小型低速電動(dòng)車(chē)，這是輪轂電機在商業(yè)車(chē)推廣（商業(yè)化）的切入口，解決好其技術(shù)問(wèn)題，形成第一波商業(yè)規模化應用；有了小型低速電動(dòng)車(chē)采用輪轂電機規模化的基礎，再以純電動(dòng)城市車(chē)為新的切入口，解決好其技術(shù)問(wèn)題，形成第二波商業(yè)規模化應用；接下來(lái)，以6-8米純電動(dòng)公交車(chē)找到新的切入口，形成第三波規模化應用；再接下來(lái)，以9-10米純電動(dòng)公交車(chē)找到新的切入口，形成第四波規模化應用。
五、總結
車(chē)用輪轂電機商業(yè)應用成功與否是新能源汽車(chē)推廣成功的最終重要的標志。大家都在努力，推進(jìn)技術(shù)路線(xiàn)如何選擇是企業(yè)自己的事情。但是從《決策分析學(xué)》研究結論而言，按不同的技術(shù)路線(xiàn)來(lái)推進(jìn)，去成本（含時(shí)間、空間、資金、人力、物力的）是不同的，其成功概率也是不同的。筆者的觀(guān)點(diǎn)是：
（1）車(chē)用輪轂電機是終極方案，但商業(yè)化起來(lái)其路很長(cháng)，思想上必須清晰認識到位；
（2）技術(shù)上沒(méi)有基本上解決好，不可能規模化的商業(yè)化應用；
（3）沒(méi)有規模化的商業(yè)化應用，技術(shù)上的問(wèn)題不可能都解決到位；
（4）推進(jìn)路線(xiàn)的研究是學(xué)理工作者的事情，其結論正確與否，僅供企業(yè)家參考；
（5）條條道路通長(cháng)城（北京），不到長(cháng)城（北京）非好漢。最終由實(shí)踐來(lái)檢驗。

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