Что же такое загадочный колёсный электродвигатель? Оказывается, это система, в которой функции «привода, трансмиссии и торможения» автомобиля интегрированы в один единственный электродвигатель — этот двигатель непосредственно установлен на ободе каждого колеса, обеспечивая независимый привод конкретного колеса. Компания BYD оснащает каждый модельный ряд четырьмя отдельными колёсными электродвигателями и дала этой инновационной технологии название «e-4D», что означает: благодаря четырём независимым двигателям, каждое из четырёх колёс по отдельности выдает мощность, позволяя автомобилю совершать настоящий поворот на 360 градусов на месте без каких-либо дополнительных рулевых механизмов и с лёгкостью осуществлять повороты.

Колёсные двигатели и моторы-колеса:

С точки зрения структуры:

1. Двигатель в ступице: двигатель в ступице непосредственно встроен внутрь колеса и точно установлен на том же месте, где ранее располагались оригинальные тормозные компоненты, находившиеся внутри шины. Такая конструкция умело использует ограниченное пространство для размещения двигателя, однако при этом неизбежно увеличивает общий вес колеса — так называемую «неподрессоренную массу». Кроме того, из-за ограниченного доступного пространства такие двигатели обычно не способны обеспечивать очень высокую выходную мощность; их пиковая мощность обычно составляет лишь около 50–80 киловатт. Однако чем выше мощность двигателя, тем тяжелее становится неподрессоренная масса, что в конечном счёте может привести к ухудшению управляемости автомобиля, особенно заметному при прохождении поворотов.

2. Двигатель в ступице колеса: такой двигатель не интегрирован непосредственно в ступицу колеса, а устанавливается снаружи и передаёт мощность на левое и правое колёса посредством приводного вала, обеспечивая таким образом движение — эта конструкция имеет сходство с традиционной централизованной системой привода. Однако, в отличие от традиционных систем, здесь уже не требуется дифференциал: два независимых двигателя напрямую через приводные валы обеспечивают движение колёс. Следует отметить, что весь блок двигателя монтируется на верхней части рамы автомобиля, превращаясь тем самым в часть нерессорированной массы. Такая конструкция не только значительно улучшает управляемость автомобиля, но и существенно повышает гибкость планировки пространства, позволяя системе развивать чрезвычайно высокую мощность. Как правило, одно колесо способно выдавать от 200 до 300 киловатт мощности, а совокупная мощность всего автомобиля может достигать 800–1000 киловатт — такие показатели просто поражают! В реальных условиях эксплуатации такая мощность обычно сопоставима с характеристиками суперкара, оснащённого двигателем примерно в 1000 лошадиных сил.

В плане производительности:

1. Двигатель в ступице колеса: подходит только для транспортных средств класса А и ниже, поскольку они не способны обеспечить особо высокие характеристики управляемости для всего автомобиля.

2. Двигатель в ступице колеса: некоторые высокопроизводительные модели — например, близкие к уровню спорткаров или даже класса B и выше — способны обеспечивать большую мощность, превосходную динамику разгона и улучшенную управляемость.

Увеличение или уменьшение деталей:

1. Ступицы: один тип встроен с понижающей зубчатой передачей, тогда как другой — без неё. В настоящее время, если вы хотите получить высокую выходную мощность от электродвигателя — особенно в таких применениях, как автомобили, где требуется высокая частота вращения, — вам обязательно потребуется использовать коробку передач. Без коробки передач невозможно further увеличить мощность. Например, обычные низкооборотистые двигатели, используемые в электровелосипедах, обычно способны развивать максимальную мощность лишь около 30–40 киловатт; однако, если их совместить с зубчатой конструкцией, такие двигатели легко могут выдавать мощность от 50 до 80 киловатт.

2. Конструкция с мотором, установленным непосредственно на ступице колеса: как правило, наша конструкция двигателя способна работать на высоких оборотах от 15 000 до 20 000 об/мин, что обеспечивает относительно высокую выходную мощность. В автомобилях с приводом на два колеса такая компоновка включает один двигатель, электронный блок управления и редуктор — при этом полностью исключается традиционный дифференциал. Вместо него мощность передаётся напрямую через зубчатую передачу на левое и правое колёса. Для автомобилей с полным приводом, напротив, требуется установка *двух таких систем*, что полностью заменяет прежний дифференциал, используемый для регулировки разности скоростей вращения несимметричных колёс. Таким образом, дифференциал больше не подвергается никаким механическим нагрузкам; вместо этого функция распределения крутящего момента реализуется электронной системой.

3. ESP: не снижается; по-прежнему необходимо отслеживать крутящий момент и частоту вращения.

4. Пневматическая подвеска: поскольку колёсные двигатели не требуют привода от одного единственного двигателя, две полуоси фактически могут быть механически разделены. Это позволяет улучшить конструкцию подвески без ущерба для установки пневматической подвесной системы.

Преимущества колёсных электродвигателей:

1. Маневренность: каждый колесо приводится в движение независимо, что обеспечивает выдающуюся проходимость. Автомобиль мгновенно реагирует на крутящий момент — например, если одно из колес внезапно теряет контакт с поверхностью, остальные части автомобиля продолжают работать стабильно. Даже в экстремальных условиях устойчивость и мощность двигателя практически не страдают.

2. Разворот: благодаря приводу от электродвигателя каждое колесо может вращаться как вперёд, так и назад, а его скорость можно свободно регулировать — это теоретически позволяет транспортному средству обеспечивать крайне малый радиус поворота. По сути, это всё равно что рисовать идеальную окружность.

3. Безопасность и стабильность: Система обеспечивает быструю регулировку устойчивости автомобиля, позволяя с легкостью выполнять дрифт даже на высокой скорости. Даже в условиях высокоскоростного движения, если переднее колесо внезапно лопнет, система мгновенно обнаружит наклон кузова и немедленно скорректирует скорость и крутящий момент каждого двигателя — быстро восстановив баланс автомобиля и гарантируя, что транспортное средство продолжит平稳ное движение вперёд без потери контроля.

Недостатки колёсных электродвигателей:

1. Высокая цена, подходит только для автомобилей премиального класса

2. Управление представляет собой значительную сложность — даже внезапный отказ рулевого управления передними колёсами может привести к отклонению автомобиля от курса и, соответственно, вызвать проблемы безопасности.

3. С точки зрения дизайна, в конструкцию фактически добавлен дополнительный компонент, что приводит к незначительному увеличению общего объёма. Даже если использовать стандартный корпус и по-прежнему применять алюминий, в конечном счёте всё равно может потребоваться переход на магниевый сплав — возможно, даже с дальнейшим включением карбида кремния для достижения более компактной конструкции, что неизбежно повышает стоимость.

Стоимость велосипеда:

Модели высокого класса BYD «Yangwang» оснащены передовыми технологиями, полностью разработанными в Китае. В состав колёсных агрегатов встроен один электродвигатель, способный развивать мощность около 200 киловатт; при совместной работе четырёх двигателей общая мощность автомобиля достигает почти 800 киловатт. Для достижения компактности и высокой эффективности система использует электронный блок управления на основе карбида кремния. Кроме того, каждый колёсный агрегат оснащён двумя дифференциалами — передним и задним, что позволяет двигателям одновременно работать в синхронизированном режиме или независимо приводить колёса одной из сторон. При этом центральный дифференциал также включён в общий дизайн. Согласно расчётам, стоимость такой конфигурации составляет примерно 20 тысяч юаней за одну сторону (включая два двигателя и два электронных блока управления); общая стоимость двух таких систем легко превышает 40 тысяч юаней.

Цена силовых полупроводниковых приборов на основе карбида кремния составляет примерно от 4000 до 4500 юаней; стоимость двигателя — около 3000–3500 юаней, а оставшиеся 1500 юаней идут на трансмиссию.

Электрическое управление: Карбид кремния, несомненно, поставляется самим BYD, поскольку внутренние производственные затраты компании значительно ниже — это касается как модулей, так и корпусов компонентов.

Корпус двигателя: некоторые детали закупаются внешними поставщиками, а некоторые изготавливаются внутри.

Замедляющие шестерни: самодельные шестерни, а также аналоги от таких компаний, как Чунгда и Шуанхуань.

Вторичные компоненты, вероятнее всего, полностью производятся внутри, тогда как третичные компоненты в основном приобретаются извне.

Расположение предприятия:

1. Huawei: Мы начали разработку колёсных агрегатов ещё в 2020 году, и сейчас образец B уже готов. Однако, поскольку наши колёсные системы ориентированы, естественно, на премиальные бренды, пока что остаётся трудно найти подходящие модели автомобилей для установки этих продуктов.

2. BYD: Ещё на ранней стадии патентной разработки — начиная с 2018 года — уже заняла заметное преимущество.

3. Шёффлер: ведёт совместные исследования с BYD и уже завершил испытания и наладку полного автомобиля в Европе к концу 2019 года. Кроме того, компания разработала собственный алгоритм управления для управления всем автомобилем.

4. Tesla: В настоящее время мы разрабатываем трёхмоторную версию Model S Plaid. При этом задний привод оснащён моторами в ступицах колёс, тогда как передний привод питается от двигателя постоянного тока. Ключевым моментом станет совместное управление электронным дифференциалом и рулевой системой — хотя теоретически установка моторов в ступицах на передней оси могла бы усложнить управление всей системой. Поэтому мы решили оснастить моторами в ступицах только заднюю ось.

5. Volkswagen: ещё одна модель с полностью электрической трансмиссией — задний привод здесь реализован с помощью колёсных электродвигателей, тогда как передний привод питается от двигателя постоянного тока. Фактически это имитирует компоновку с двумя двигателями.

Вызовы, с которыми сталкивается производство компонентов для колёсных электродвигателей в электромобилях:

1. 从逻辑上讲：适用范围包括D级车型——即那些价格不低、且涉及客户定义相关问题的车辆——因此，在整车层面推进通常比在零部件层面更为顺畅。

2. 组件技术：高度集成——掌握核心的“三电”技术至关重要。

1）在功率方面，这包括基于碳化硅的电机控制器，其IGBT开关频率通常约为10 kHz。然而，碳化硅的开关频率最高可达到20 kHz——甚至在某些情况下可达30 kHz。更高的开关频率会显著提升瞬时电压，从而直接影响电机的耐压设计。

2) Высокоскоростные двигатели с частотой вращения более 15 000 об/мин сталкиваются с проблемами динамической балансировки и NVH, а также представляют собой значительные производственные вызовы;

3) Для компонентов высокой мощности требуются аккумуляторы с высокой емкостью разрядки. Как правило, стандартные аккумуляторы с терморегулированием работают при скорости разрядки от 3 до 5C — это означает, что батарея емкостью 100 кВт·ч может выдавать максимальную мощность до 500 кВт. Однако каждый колесный электродвигатель потребляет 200 кВт; таким образом, четыре двигателя вместе потребляют в общей сложности 800 кВт (200 кВт × 4). Поэтому крайне необходимы аккумуляторы с высокой скоростью разрядки — до 8C. Однако на сегодняшний день разработка таких аккумуляторов представляет собой значительную задачу, главным образом из-за необходимости эффективно снижать внутреннее сопротивление аккумулятора и надлежащим образом контролировать тепловыделение. Если же увеличить энергоемкость аккумулятора до 200 кВт·ч, то для удовлетворения потребностей будет достаточно скорости разрядки всего в 4C. Это наглядно демонстрирует важный баланс между плотностью энергии и возможностями разрядки.

4) Кроме того: подшипники, охлаждающая смазка, алгоритмы управления, EMS и т.д.

Преимущества BYD:

Что касается управления теплом: при разработке гибридной системы четвёртого поколения мы внедрили технологию охлаждения аккумуляторных ячеек на основе хладагента — это сейчас самый эффективный способ охлаждения.

Что касается батарей: этот гибридный автомобиль оснащён электродвигателем мощностью 160 кВт с передним приводом и электродвигателем мощностью 200 кВт с задним приводом. Общая ёмкость батареи автомобиля составляет 40 кВт·ч, и она поддерживает скорость разряда 8C. Компания BYD демонстрирует выдающиеся результаты в этой области — ранее, при использовании литий-ионных батарей на основе тройного оксида, скорость разряда могла достигать почти 15C, при этом даже при стабильной отдаче около 12C автомобиль сохранял высокую эффективность. А при использовании литий-железо-фосфатных батарей скорость разряда обычно составляет от 8 до 10C, при этом стабильная отдача всегда превышает 8C.

Среди двух категорий аккумуляторов компании BYD одна называется энергетической, а другая — мощностной. Энергетические аккумуляторы обладают высокой плотностью энергии, тогда как мощностные аккумуляторы характеризуются значительно более высокой скоростью разряда. Химический состав этих двух типов аккумуляторов различен; особенно стоит отметить, что стоимость производства мощностных аккумуляторов обычно выше.

Бренд BYD YANGWANG, скорее всего, будет использовать литий-железо-фосфатные аккумуляторы; а литий-марганцево-железные аккумуляторы маловероятны, поскольку это значительно повысит стоимость.

Примеры применения:

Решение компании BYD требует, чтобы цена автомобиля была не менее 500 тысяч юаней, чтобы данный продукт стал жизнеспособным. В то же время некоторые решения Tesla и Volkswagen на первом этапе могут предполагать передний привод с централизованной силовой установкой, после чего постепенно перейти к приводу колёс — это, возможно, позволит сделать доступными модели в ценовом диапазоне около 300 тысяч юаней.

Модели серии «Уянван»:

Внутренний код — 1234: где цифра 1 обозначает уже выпущенный прочный внедорожник, цифры 2 и 3 — купе с двумя дверями, а цифра 4 — городской SUV.

Параметры: данное транспортное средство должно иметь запас хода 1000 километров, разгон от 0 до 62 миль в час (от 0 до 100 км/ч) должен занимать всего около 2,9 секунды, а максимальная скорость — более 260 км/ч.

Внутри компании BYD имеются два высоко оценённых патентных формата: один — U-образный, другой — трапециевидный.

1. Основной особенностью конструкции R1 является трапециевидная компоновка: два редуктора расположены посередине, а два двигателя размещены непосредственно рядом с редукторами — такая конфигурация напоминает лестницу. Электронный блок управления установлен сверху двигателей и редукторов, что придаёт всему узлу относительно большую высоту. Однако из-за того, что в данной конструкции имеется полуось, прямиком выходящая из редуктора, общая высота устройства значительно увеличивается. Несмотря на это, две полуоси, выступающие по обе стороны от центральной оси, отличаются особенно большой длиной. Такая компоновка особенно подходит для внедорожников, поскольку такие машины обычно не оснащаются независимой подвеской, а используют более прочную конструкцию подвески с большим ходом; именно поэтому трапециевидная компоновка идеально подходит для таких применений.

2. Компонент R2-R3 имеет U-образную конфигурацию: два двигателя размещены посередине, а два других — напротив друг друга по бокам. Двигатели с левой и правой сторон расположены вдоль прямой линии. При этом два редуктора установлены по обе стороны двигателей, а блок электронного управления удачно встроен в пространство в форме буквы «U» — его больше не требуется размещать сверху компонента, что эффективно снижает общую высоту устройства. Однако такая конфигурация приводит к сокращению длины полуосей. Этот компактный дизайн не только уменьшает общую занимаемую площадь, но и снижает сложность управления поворотом колёс и вертикальными движениями при маневрировании автомобиля. Благодаря высоким эксплуатационным характеристикам, достигнутым за счёт технологии карбида кремния, данный дизайн позволяет значительно повысить плотность мощности и одновременно идеально интегрироваться в системную архитектуру.

В настоящее время эти два проекта продвигаются параллельно и их прогресс практически одинаков.