金年會金字招牌信譽至上特斯拉推出輪邊電機？詳細(xì)剖析輪邊驅(qū)動技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景最近，針對近期網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)的關(guān)于“特斯拉雙電機驅(qū)動系統(tǒng)是輪邊驅(qū)動形式”的熱議。知乎集合了眾多電動汽車和智能汽車領(lǐng)域的專業(yè)答主，組成「拆車天團」，對特斯拉的Model Y車型進行了全面拆解和驗證。

　　接下來就跟著小編來一一剖析特斯拉的雙電機驅(qū)動系統(tǒng)是什么？輪邊驅(qū)動形又是如何布置？我們該如何從專利角度看懂輪邊驅(qū)動技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景？

　　在區(qū)分兩者的概念前，我們先來了解下什么是純電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)？首先，純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)作為“三電”系統(tǒng)核心技術(shù)之一，主要由驅(qū)動控制系統(tǒng)、驅(qū)動電機和減速器等部件構(gòu)成。驅(qū)動電機和驅(qū)動控制系統(tǒng)作為關(guān)鍵技術(shù)，其技術(shù)水平直接決定了純電動汽車整車的動力性、經(jīng)濟性和客戶的駕乘感受。

　　集中式驅(qū)動布置形式按照電機數(shù)量可分為單電機和雙電機兩種；而分布式驅(qū)動布置形式按照電機安裝位置可分為輪邊電機和輪轂電機兩種。

　　那么，特斯拉的雙電機驅(qū)動系統(tǒng)在整車中是如何布置的呢？（見圖1）可以明顯看出，紅色部分是特斯拉雙電機安裝的位置，（兩電機分別安裝在前橋和后橋的中部）其屬于集中式驅(qū)動布置的雙電機形式。

　　用戶為什么會將這種雙電機布置形式誤解為輪邊驅(qū)動形式呢？這時我們需要了解輪邊驅(qū)動的定義：“每個驅(qū)動車輪由單獨的電動機驅(qū)動，但是電動機不是集成在車輪內(nèi)，而是通過傳動電機輸出軸連接到車輪把驅(qū)動電機安置在副車架驅(qū)動力附近，著重強調(diào)在驅(qū)動輪附近”；簡而言之就是，輪邊電機的安裝位置緊靠驅(qū)動輪附近；而特斯拉的雙電機驅(qū)動則是安裝在車輛的前橋和后橋中部。兩者的字面意思容易使人產(chǎn)生概念上的混淆，誤以為雙電機驅(qū)動是分布式驅(qū)動形式的一種。

　　究其根源，用戶為什么會如此在意特斯拉的電機是集中式驅(qū)動布置形式還是輪邊驅(qū)動布置形式呢？其原因就在于輪邊電機的安裝會對整車總布置產(chǎn)生很大的影響，尤其是在后軸驅(qū)動的情況下，由于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也具有一定的限制。簡單來說，輪邊驅(qū)動布置會對車輛的操控性和舒適性產(chǎn)生影響。這很可能是特斯拉用戶會對這種布置形式擔(dān)憂的來源。

　　雖然，輪邊電機的驅(qū)動布置形式會對車輛的操作性和舒適性產(chǎn)生影響。但是在要求較低的商用車行業(yè)，輪邊驅(qū)動電機的優(yōu)勢則變得很顯著，它可以大大簡化車輛結(jié)構(gòu)，縮短動力傳遞路徑，進一步提高能量的傳動效率，使電能得到最大限度的利用。[1]而且輪邊電機系統(tǒng)由于其電機安置位置離輪轂近的特點，對后期的維修服務(wù)非常友好。所以輪邊電機在商用車市場很受歡迎。

　　在商用車領(lǐng)域，國際上布局最為領(lǐng)先的是比亞迪、采埃孚和奔馳一類專門從事電機技術(shù)研發(fā)且有成熟產(chǎn)品的公司。金年會官方網(wǎng)站入口其中，以國際零部件巨頭采埃孚布局最為迅猛，安裝了采埃孚輪邊電驅(qū)動車橋的車輛已經(jīng)正在亞歐城市中試用（如圖2），并且得到了德國聯(lián)邦交通和數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施部的補貼。近年來一些新型和傳統(tǒng)的零部件巨頭，如Protean、Elaphe舍弗勒、日本 NSK也開始意識到輪邊電機的重要性，逐步加強在輪邊電機領(lǐng)域的研發(fā)投入。

　　我們已經(jīng)弄清楚了輪邊驅(qū)動布置形式的概念和定義，并且發(fā)現(xiàn)輪邊電機在商用車領(lǐng)域的應(yīng)用前景要好于乘用車領(lǐng)域后。接下來我們需要從專利技術(shù)角度對輪邊驅(qū)動電機技術(shù)的研究現(xiàn)狀進行分析。通過智慧芽全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫發(fā)現(xiàn)日本在這一領(lǐng)域的研究起步早，其技術(shù)在世界上處于領(lǐng)先。但近10年來，中國關(guān)于輪邊驅(qū)動電機的研究數(shù)量明顯增多，在專利申請量上已經(jīng)逐漸趕超國外企業(yè)，輪邊驅(qū)動電機的研究日益受到全球重視。

　　首先，從輪邊驅(qū)動電機的全球?qū)＠暾堏厔莘治霭l(fā)現(xiàn)，整個輪邊電機技術(shù)發(fā)展處于穩(wěn)定上升的態(tài)勢；每年的專利數(shù)量呈現(xiàn)顯著遞增的趨勢；專利授權(quán)比則呈現(xiàn)略微下降趨勢。（如圖3）

　　早在1900年，保時捷就研制出了兩前輪電機驅(qū)動的雙座電動汽車。筆者在智慧芽全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫檢索后發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)庫中最早出現(xiàn)的相關(guān)專利申請是在1916年；2001年之前的專利申請量較少，其中1993年、1995年、1997年和2000年各一件，德國申請兩件、日本申請一件和俄羅斯申請一件。此階段的專利申請還是以零星形式出現(xiàn)，并未成為電機主流的技術(shù)發(fā)展方向。

　　從2002年開始，輪邊電機的專利申請量呈現(xiàn)小幅度增長態(tài)勢。其中年均專利申請量31.5件，年均專利授權(quán)比64.8%；此階段的輪邊電機技術(shù)處于萌芽時期，專利申請量增長的主要動力來源于中國政府對新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈的扶持。整體產(chǎn)業(yè)處于政策引導(dǎo)階段，市場需求并不是特別顯著。

　　從2011年開始，輪邊電機專利申請量在這一階段呈現(xiàn)爆發(fā)式增長態(tài)勢，其中年均專利申請量達(dá)到107件，同比增長75.5件；年均授權(quán)比63.54%，基本與第一階段年均授權(quán)比平齊；主要是新能源產(chǎn)業(yè)開始從政府引導(dǎo)轉(zhuǎn)為市場引導(dǎo)的階段，促使廠商大量申請與輪邊電機相關(guān)的專利以應(yīng)對不斷增長的市場需求。

　　根據(jù)國家經(jīng)濟研究局建立的平均趨勢法，智慧芽全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫對輪邊驅(qū)動電機的專利申請趨勢進行了預(yù)測，未來3年輪邊電機的專利申請量仍呈現(xiàn)上升趨勢。其中預(yù)計2021年專利申請量達(dá)到136件；預(yù)計2022年專利申請量達(dá)到155件；預(yù)計2023年專利申請量達(dá)到166件。

　　從輪邊電機目標(biāo)市場國/地區(qū)圖表中，分析得出中國是最受到國內(nèi)外企業(yè)關(guān)注的市場，占總比重的40.54%；其次是美國和日本市場，其輪邊電機的專利申請量分別占總比重的16.22%和11.23%；（如圖4）

　　中國之所以能成為輪邊電機主要的目標(biāo)市場原因在于，中國政府很早就將新能源汽車產(chǎn)業(yè)上升到國家戰(zhàn)略，并且在20年內(nèi)對新能源汽車產(chǎn)業(yè)投資超過2萬億，除此之外還拿出數(shù)千億人民幣補貼新能源汽車購買者，以及執(zhí)行免征購置稅等各項優(yōu)惠政策。在中國政府的不懈推動下，國內(nèi)新能源汽車產(chǎn)業(yè)得以蓬勃發(fā)展，從而促使企業(yè)加大對輪邊電機技術(shù)的研發(fā)投入。

　　另外，從圖中看出美國的輪邊電機專利申請量排名第二，占總比重的16.22%。主要原因在于新一屆的美國政府正加大對商用車產(chǎn)業(yè)電動化的補貼和激勵政策，而輪邊電機由于其適用于客車和卡車領(lǐng)域且方便維修和維修成本低的特點，故其市場份額隨之增長。筆者預(yù)測美國輪邊電機專利申請量會繼續(xù)保持較高的增長態(tài)勢。

　　從近年來輪邊電機專利申請人排名中可以看出，以比亞迪和宇通客車為代表的中國車企是輪邊電機專利申請的主力，占總比重的33.37%；其次是以斯巴魯和本田為代表的日本車企，占總比重的27.9%；最后是德國奔馳、保時捷和奧迪和法國的雷諾等一眾的老牌車企；

　　排名前10名申請人排名僅同濟大學(xué)一所高校。其余申請企業(yè)均為在商用車零部件或者整車領(lǐng)域有成熟業(yè)務(wù)。側(cè)面可見輪邊電機的商業(yè)化程度較高，已經(jīng)處于大規(guī)模應(yīng)用的階段。(如圖5)

　　此外，針對輪邊電機技術(shù)的專利地圖的不同領(lǐng)域分析可以看出，在與電動機相關(guān)的斷開輸出部、齒輪組、輸入齒輪和車輪速度特性、四輪獨立驅(qū)動、速度差、制動力聚集了大量的高價值專利。從這些領(lǐng)域的專利申請可以看出，車企聚焦在如何解決輪邊驅(qū)動電機在四輪獨立控制方面的一致性，以及解決輪邊驅(qū)動電機行駛時所產(chǎn)生的速度差和制動力不均衡的問題。這些問題同樣制約著輪邊電機在乘用車領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。

　　綜合來看，輪邊電機可以大大簡化車輛結(jié)構(gòu)，縮短動力傳遞路徑，進一步提高能量的傳動效率，使電能得到最大限度的利用。而且輪邊電機系統(tǒng)由于其電機安置離輪轂近的特點，對于后期的維修服務(wù)非常友好。但其缺點也非常明顯，輪邊電機的安裝尤其是在后軸驅(qū)動的情況下，由于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，對車輛的操縱性和舒適性產(chǎn)生影響。正是因為輪邊電機顯著的優(yōu)缺點，使其目前在商用車領(lǐng)域的應(yīng)用前景遠(yuǎn)好于在乘用車領(lǐng)域。

　　通過對輪邊電機的專利技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，日本在該技術(shù)領(lǐng)域上處于領(lǐng)先地位。但近10年來，中國關(guān)于輪邊驅(qū)動電機的專利申請數(shù)量明顯增多，在專利申請量上已經(jīng)逐漸趕超國外企業(yè)，可見輪邊驅(qū)動電機的研究日益受到全球重視。

　　從專利的目標(biāo)申請國分析發(fā)現(xiàn)，中國是最受到國內(nèi)外企業(yè)關(guān)注的市場，其次是美國和日本市場?，F(xiàn)階段，輪邊電機的發(fā)展動力主要受到各國的政策影響，尤其是中國政府在近20年內(nèi)對新能源汽車相關(guān)產(chǎn)業(yè)投資超過2萬億，極大地帶動了輪邊電機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

　　另外，從輪邊電機專利申請人排名分析可以看出，以比亞迪和宇通客車為代表的國內(nèi)企業(yè)是當(dāng)前該領(lǐng)域的申請主力。其次是以斯巴魯、本田為代表的日本車企和德國奔馳、保時捷等一眾的老牌車企。這些企業(yè)均在商用車零部件或者整車領(lǐng)域有成熟業(yè)務(wù)。

　　從輪邊電機的專利地圖分析可得出，車企更多聚焦在如何解決輪邊驅(qū)動電機在四輪獨立控制方面的一致性，以及解決輪邊驅(qū)動電機行駛時所產(chǎn)生的速度差和制動力不均衡等阻礙技術(shù)在乘用車領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用的問題。這些問題同樣制約著現(xiàn)在輪邊電機在乘用電動車領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。

　　最后，雖然以特斯拉為代表的集中式驅(qū)動形式仍是純電動乘用車底盤技術(shù)的主流。但相信在不遠(yuǎn)的將來，輪邊電機在突破技術(shù)層面的難點后，它能量利用效率高等優(yōu)勢將會促使其在乘用車領(lǐng)域的規(guī)模化應(yīng)用。 轉(zhuǎn)自公眾號：旺材電機與電控