EV-hjul EV Hub-motorer kan vara en spelväxlare. Varför är de inte här ännu?
Ferdinand Porsche, verkar det, var alltid före kurvan. Han tänkte en av de tidigaste elbilarna tillbaka 1900, som senare tilllade en gasmotor för att kompensera för sina primitiva blybatterier. Idag skulle vi kalla det en utökad EV, och det kan vara nästa stora sak inom elektrifiering.
Men den bilen hade en annan bit av teknik som kommer igen: hjulnavmotorer, som så småningom gav upphov till det första fyrhjulsdrivna fordonet. Hjulsmotorer skiljer sig från de allestädes närvarande inombordsmotorer eftersom de i huvudsak är en del av hjulet, vilket eliminerar behovet av drivaxlar eller differentialer.
De möjliggör mer direkt kraftöverföring till vägen och har flera fördelar som du skulle tro skulle ha gjort dem mer populära nu.
Foto av: Hyundai
Hub Motors verkar också vara ett bra sätt att förvandla en konventionell förbränningsbil till en hybrid med minimal kostnad. Ändå, medan några biltillverkare och tekniska leverantörer har leksat med dessa idéer, har ingenting kommit till verkan, så jag kunde inte låta bli att undra: Varför har vi inte sett dem på produktionens EV eller som en tredjepartslösning för att elektrifiera fordon?
Vad gör navmotorer bra?
1901 Porsche yttre elmotor
Foto av: Porsche
Först kan en grundare på elmotorer vara nödvändig här. På en konventionell EV levererar dragbatteriet (dvs. huvudbatteriet) kraft till elektriska motorer som driver hjulen. De flesta moderna EV: er har en elmotor för fram- eller bakhjulsdrift, eller två motorer för fyrhjulsdrift. Vissa biltillverkare lägger till tre eller till och med fyra motorer till sina bilar för ännu mer kraft.
Men dessa motorer är alltid belägna mellan hjulen, integrerade i själva transaxeln. Med tanke på deras allt mer kompakta storlek, kunde inte elektriska motorer gå in i hjulen själva?
Att ha motorerna i hjulen verkar vara ett bra sätt att göra mer utrymme i fordonet. Detta kan antingen möjliggöra att ett större batteri kan användas, eller det kan helt enkelt vara ett sätt att öka nivån på last eller passagerarrum i kabinen.
Hub Motors skulle också förenkla EV -plattformar och göra underramsdesigner betydligt enklare. Denna lägre komplexitet skulle göra dem billigare att tillverka och också underlätta plattformsmodularitet genom att göra det enklare att variera hjulbas och spåra bredd utan att kräva modifieringar av många andra komponenter.
Med andra ord, om du inte behöver ge plats för motorer någonstans i mitten eller kroppen av bilen, får du mycket mer frihet när det gäller design.
Foto av: Renault
Det skulle också göra att ha fram-, bak- och fyrhjulsdrivna fordon på samma plattform med minimala modifieringar. Att kunna bygga flera olika fordon på samma plattform skulle säkert hjälpa nystartade företag att minska kostnaden för konstruktion och tillverkning, samtidigt som det minskar den tid det tar att faktiskt bygga bilar, vilket ger nya företag en högre chans att lyckas.
En annan stor fördel med navmotorer är den betydande minskningen av drivlinanförlusterna. Dessa är högst i ett förbränningsfordon, som skickar kraft från motorn till hjulen genom en växellåda, differentiella och drivaxlar, som alla har förluster. Även nuvarande EV: er har fortfarande reduktionsväxlar, skillnader och drivaxlar, och en del av kraften går fortfarande förlorad när de överförs från motorn till hjulen.
Att ha motorn inuti hjulet som driver direkt resulterar det i mindre friktion och mindre bortkastad energi. Det säkerställer inte bara att de flesta av motorns kraft läggs till marken, utan det bör också förbättra effektiviteten och räckvidden. Du kan aldrig ha tillräckligt med räckvidd i en EV, så att ha mer av det genom att ha en enklare, billigare drivlinje verkar vara en bra idé.
Det skulle också möjliggöra mer exakt vridmomentkontroll och vridmomentvektorering. Att ha enskilda motorer kan inte bara simulera vad en begränsad glidskillnad gör, utan det kan gå utöver det och erbjuda dragnivåer som du helt enkelt inte kunde uppnå på annat sätt genom exakt kontroll av varje motor.
Vad är navmotors nackdelar?
Foto av: Porsche
Hub Motors har många fördelar jämfört med att ha dem inombord, men de ger också nya problem till bordet. Ökad osammanställd massa är den första frågan som kommer att tänka på. Osspampmassa avser vikten av upphängningskomponenterna (och hjulet) som inte stöds av upphängningen och att hålla den låg förbättrar komfort, grepp och hantering av precision.
Detta kan kompenseras av att ha de tunga bromsarna inombord, men detta skulle också öka komplexiteten i suspensionen och underramsdesignen, vilket sannolikt eliminerar mycket av fördelen med att ha navmotorer i första hand. Mercedes vill integrera och helt omsluta bromsskivan i drivenheten, som har ett antal fördelar, inklusive att eliminera utsläpp av bromsbeläggsdamm, som är en källa till luftföroreningar som mest har ignorerats men börjar få uppmärksamhet.
Rotordelen av elmotorn skulle förmodligen vara direkt ansluten till hjulet, medan statorn skulle fixeras på upphängningen. När statorn i huvudsak är en del av hjulet skulle detta öka dess rotationströghet, vilket innebär att den kommer att motstå hastighet och riktning förändras mer, vilket minskar dess förmåga att påskynda och ändra riktning, vilket potentiellt sänker ett fordons smidighet.
En annan potentiell fråga med navmotorer har att göra med att de tar en betydligt mer brutalt slag än om de var inomboende – oavsett missbruk av dina däck och upphängning kan potentiellt överföra till motorn på något sätt.
Varje grythål eller ofullkomlighet i vägen skulle skicka ett stång genom motorn, vilket påverkar livslängden för rörliga delar som lager eller själva rotorn. Motorerna skulle också utsättas för vatten, snö och salt, vilket kan orsaka accelererat slitage på tätningar och potentiellt sippra in i motorn, vilket orsakar alla möjliga problem.
Kylning kan vara ett annat potentiellt hinder att övervinna, även om ingenjörer kan komma med smarta hjulkonstruktioner som sprider värme, liksom sätt att kanalisera sval luft mot motorerna för att förhindra överhettning. Många prestandbilar använder detta för att hålla bromsarna svala, och det bör också fungera för drivenheter, om än inte riktigt lika effektivt, eftersom du inte skulle kyla de faktiska interna komponenterna som blir heta.
Det skulle också finnas högspänningskablar som körs genom upphängningen från batteriet till motorerna. Dessa skulle behövas för att driva motorerna, men de skulle också utsättas för mycket rörelse, och i händelse av en krasch som får fordonet att förlora ett hjul, skulle de potentiellt avslöja högspänningskabeln, vilket utgör en betydande risk för elektrokution för passagerare och räddningstjänster runt fordonet.
Det finns sätt att denna risk kan mildras, men den skulle också ge komplexitet till ett system vars huvudattraktion var tänkt att vara dess enkelhet. Hub Traction Motors sällsynthet driver också upp sitt pris, och den ekonomiska faktorn spelar säkert en stor roll i varför OEM har inte omfamnat dem.
Navmotorer är vettiga i nischanvändning
Foto av: Renault
Men vissa försöker.
Renault har meddelat sin ambition att utrusta de kommande 5 Turbo 3E med två navmotorer som driver var och en av sina bakhjul individuellt. Den stora fördelen som Renault kommer med hjulmotorer är lyhördhet, ”för en effekt inte till skillnad från turbos från går, utan utan fördröjningstiden.” Att tillåta noggrann kontroll av hur mycket kraft som går till varje hjul möjliggör rolig utgångshantering och ett obligatoriskt driftläge.
Med hjälp av denna typ av drivenhet, som också innehåller skivbromsarna, ger ”betydande vikt och rymdbesparingar på bakaxeln.” Bilen behöver 20-tums hjul för att kunna rymma drivenheterna, som var och en producerar 268 hästkrafter och en kombinerad topp på 536 hk. Renault räknar med att den ska accelerera till 62 mph (100 km/h) på cirka 3,5 sekunder med en toppfart på 167 mph (270 km/h).
Hyundai är en av de få andra OEM -tillverkarna som arbetar på navmotorer. Dess projekt, kallad UNI Wheel, föreställer ett brett utbud av drivenheter för användning i EVs och andra produkter, vilket utesluter samma fördelar med förbättrad förpackning och frigör mer inre rum. Tillverkaren säger att den planerar att använda hjulmotorer i alla typer av fordon, från små bilar till prestanda EVs, i framtiden.
En vy av en Hyundai EV-plattform utan motorer i nav (vänster) och med dem (höger.) Lägg märke till skillnaden i rymdbesparingar som kan användas för nya mönster och förpackningsval.
Foto av: Hyundai
Hub Motors skulle också vara vettiga i ett urbant leveransfordon, där de kunde möjliggöra ännu mer lastrum inom en fast spårbredd och hjulbas. Eftersom du kan bli av med en konventionell axel finns det ingen anledning till att du inte kunde använda utrymmet mellan hjulen för extra lagringskapacitet, vilket gör att skåpbilen kan bära ännu fler lådor.
Automotive Driveline-leverantör Neapco samarbetade med hjulmotorspecialisten Elaphe och designade en navmotor som heter SuperBear specifikt för detta ändamål, vilket utställer ovanstående fördelar. Dess drivenheter har till och med en inbyggd två-växlad växellåda, och de är utformade för att passa på en vanlig kommersiell kantkant för både fram- och bakhjulsdrivna applikationer.
Att ha tunga motorer som driver framhjulen kan dock inte vara bra för styrning. Att ha navmotorer på framaxeln kan kräva ytterligare reengineering av det främre upphängningen och styrsystemet för att göra det kontrollerbart och minska vad som potentiellt kan vara mycket allvarligt vridmomentstyrning.
De är utformade för att driva ett fordon på egen hand eller tillsammans med en förbränningsmotor som en del av ett hybridsystem. Elektrifierande äldre fordon är också en genomförbar användning för dessa motorer, även om idén inte är ny och andra företag har också försökt utveckla liknande lösningar men slutligen misslyckades med att leverera dem till marknaden som utlovat.
Vi kan inte heller glömma Lordstown Endurance, som hade fyra Elaphe-sourced hjulmotorer, och det gjorde det nästan till produktion. Kanske var det för före sin tid med sina unika motorer och elektriska drivlinor med utvidgad räckvidd som innehöll ett litet batteri. Range Extenders ses som en möjlig nästa stor sak i det elektrifierade fordonsutrymmet, men ingen av dem kommer att ha motorer inuti sina hjul.
Liksom NEAPCO arbetar Storbritannien-baserade Protean Electric också med hjulmotorer för både passagerare och kommersiella fordon samt mer tunga applikationer. Dess senaste Gen 5 Proteandrive Motors gör 138 hk, så upp till 552 hk i en fyrhjulingskonfiguration. Den passar in i ett 18-tums hjul, och de säger att det är kompatibelt med fordon som väger upp till 11 400 pund (5,2 ton).
Många företag säger att deras fordon är byggt på en ”skateboardplattform”, men i verkligheten är det bara ett strukturellt batteripaket och två underramar som är bultade till det – det är inte ett riktigt skateboard. Att ha fyra hjulmotorer skulle möjliggöra en riktig skateboardliknande plattform och frigöra utrymmet mellan hjulen som ska användas på andra sätt (som för ytterligare batterimoduler för att förlänga intervallet).
Hub Motors har funnit utbredd framgång i tvåhjuliga fordon i alla former och storlekar. Men i fyrhjuliga fordon användes de bara sporadiskt under årtionden, vanligtvis bara för att testa ändamål (eller i Moon Rovers), men de blev aldrig en häftklammer i elektrifierad bilteknik. Det kan allt förändras när ett företag tar dem till marknaden, utnyttjar alla deras fördelar och ser framgång med ett sådant projekt.
