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車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)要靠扭矩驅(qū)動(dòng)，輪轂電機(jī)技術(shù)允許將電力動(dòng)力裝置安裝在車輪內(nèi)，直接為其提供所需的扭矩，同時(shí)也可用作制動(dòng)裝置。結(jié)合新的系統(tǒng)架構(gòu)，這種電機(jī)不僅能提高效率和安全性，更為通過軟件升級(jí)，定制個(gè)性化汽車開辟了道路。西門子的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一輛試驗(yàn)車。

德國慕尼黑西門子中央研究院（CT）的汽車試驗(yàn)處，看上去不太像一個(gè)汽車專業(yè)設(shè)施——這里沒有一團(tuán)團(tuán)的油污、黑乎乎的尾氣排放痕跡或刺鼻的汽油味。不過，這不足為奇，因?yàn)檫@里是清潔電動(dòng)汽車的試驗(yàn)室。此時(shí)此刻，升降裝置正將一輛白底綠色圖案的流線型敞篷跑車懸空抬至與人身高齊平的位置，仿佛要突出展示其杰出的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)。在德國環(huán)境部的支持下，西門子與Roding汽車、TRW汽車及其他小企業(yè)合作開發(fā)了這輛車。在這個(gè)試驗(yàn)處，這輛車的車軸被連接至外部的4個(gè)巨大的風(fēng)冷式電機(jī)，后者龐大的身軀與汽車形成了鮮明的對比——這是用于通過單獨(dú)改變每個(gè)車輪的轉(zhuǎn)速，模擬各種行駛情況的典型試驗(yàn)裝置。

這輛電動(dòng)汽車的特性是，將兩個(gè)非常小巧的輪轂電機(jī)直接安裝在車輪鋼圈內(nèi)。事實(shí)上，早在112年前，*批采用輪轂電機(jī)的電動(dòng)汽車便已問世——1900年巴黎世博會(huì)上驚艷亮相的保時(shí)捷Lohner Porsche就是一個(gè)例子。

西門子研究人員為Roding跑車配備了兩個(gè)輪轂電機(jī)。這些電力動(dòng)力裝置安裝在車輪鋼圈內(nèi)，可產(chǎn)生高達(dá)2500牛米的總扭矩。

輪轂電機(jī)堪稱理想的驅(qū)動(dòng)裝置，因?yàn)榭梢詫⒅惭b在車輪內(nèi)，直接為其提供所需的扭矩。從技術(shù)上講，尺寸其實(shí)不是問題，關(guān)鍵在于不受自由活動(dòng)部件的影響，盡可能提高電機(jī)的密封性，以確保不會(huì)受到塵土或濕氣的損害。很長一段時(shí)間以來，人們總是擔(dān)心在車輪上安裝如此大型的裝置會(huì)影響操控性能，此外，由于電機(jī)本身缺乏減震能力，因此人們也擔(dān)心當(dāng)汽車在崎嶇不平的地面上行駛時(shí)，安裝在車輪內(nèi)的電機(jī)會(huì)受到損害。實(shí)驗(yàn)表明，這樣的擔(dān)心是多余的，并且未來甚至可能直接在車輪上安裝彈簧。

實(shí)際上，輪轂電機(jī)無需占用汽車內(nèi)部空間，對設(shè)計(jì)者而言，這一特性帶來了全新的機(jī)遇。西門子中央研究院電動(dòng)汽車概念開發(fā)主管Gernot Spiegelberg教授表示，“常規(guī)汽車必須圍繞著動(dòng)力系進(jìn)行設(shè)計(jì)，而采用輪轂電機(jī)的汽車則允許我們探索新的途徑。拜這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步所賜，現(xiàn)在我們可以設(shè)計(jì)出擁有人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)和操控性能的汽車，而無須煩惱要將引擎安置在哪里。”

其最大的優(yōu)點(diǎn)是，不再需要任何沉重的高能耗凸輪軸、變速箱或差速器。大多數(shù)電動(dòng)汽車還不需要離合器或齒輪。這輛試驗(yàn)敞篷跑車所使用的輪轂電機(jī)可以從一開始就提供所需的動(dòng)力，并且無需任何換擋操作，即可以1000牛米的扭矩（在短距離沖刺中，扭矩可高達(dá)2500牛米），將汽車加速至每小時(shí)160公里。該系統(tǒng)還可在70%的制動(dòng)操作中，回收幾乎所有的勢能和動(dòng)能。

西門子研究人員Gunter Freitag博士（左圖）在檢查輪轂驅(qū)動(dòng)裝置，該裝置亦可被用作電子制動(dòng)器。

西門子中央研究院電機(jī)開發(fā)組負(fù)責(zé)人Gunter Freitag博士表示，“我們的目標(biāo)不是追求高速度。因此，我們采用電子技術(shù)，將這輛車的最高速度限制在每小時(shí)120公里。對我們而言，更為重要的是以部分引擎負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)很高的效率。我們在一輛流線型跑車中采用了這項(xiàng)技術(shù)，但我們的開發(fā)目標(biāo)是，打造一輛大部分時(shí)間在中等負(fù)荷范圍內(nèi)行駛的城市車輛。”

其實(shí)，F(xiàn)reitag不喜歡人們將他的輪轂驅(qū)動(dòng)裝置稱為“電機(jī)”。他認(rèn)為，“機(jī)器”是一個(gè)更為恰當(dāng)?shù)男g(shù)語，因?yàn)樵撾姍C(jī)還可作為制動(dòng)裝置。這兩臺(tái)電機(jī)都具備高性能（連續(xù)工作功率：63千瓦；最高功率：120千瓦），總輸出功率達(dá)325馬力。這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)槟呐略撾姍C(jī)充當(dāng)制動(dòng)裝置和發(fā)電機(jī)，以電能形式將回收的制動(dòng)能量存儲(chǔ)到蓄電池中時(shí)，仍可提供如此高的功率。因此，這輛車的電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)非常強(qiáng)大，足以產(chǎn)生法律要求的當(dāng)機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)失靈時(shí)使車輛停止下來所需的總制動(dòng)力的30%。

再生制動(dòng)現(xiàn)已是電動(dòng)汽車的標(biāo)準(zhǔn)特性，但西門子工程師研制的輪轂機(jī)器遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了當(dāng)今的技術(shù)水平。迄今為止，電動(dòng)汽車開發(fā)者總是設(shè)定一個(gè)當(dāng)駕車者松開油門時(shí)就開始制動(dòng)車輛的恒定阻力矩。一旦駕車者踩下剎車，標(biāo)準(zhǔn)摩擦制動(dòng)器就會(huì)起作用，并將相對很大一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱量，白白浪費(fèi)掉。

在西門子的設(shè)計(jì)中，這輛車在剛開始減速時(shí)僅采用電氣制動(dòng)裝置，直到所需制動(dòng)力達(dá)到總制動(dòng)力的30%以上時(shí)，才使用常規(guī)摩擦制動(dòng)器。Freitag解釋道，“然而，經(jīng)驗(yàn)表明，在所有制動(dòng)操作中，70%以上的情況下不需要這樣做。換句話說，在這種情況下，我們可以將制動(dòng)過程產(chǎn)生的動(dòng)能回收多達(dá)80%。”正如Freitag所指出，駕車者不會(huì)覺察到這種“混合制動(dòng)”有何異樣。這種創(chuàng)新技術(shù)，加上19.4千瓦時(shí)容量的鋰離子電池，為這輛Roding敞篷跑車帶來了120公里左右的續(xù)航距離。

輪轂電機(jī)已經(jīng)在彎道行駛中實(shí)現(xiàn)了極其精確的操控。今后幾年，輪轂電機(jī)還將實(shí)現(xiàn)汽車原地打轉(zhuǎn)。

系統(tǒng)化方法。顯然，僅當(dāng)每臺(tái)電機(jī)均*由電子系統(tǒng)控制時(shí)，這輛敞篷跑車所采用的技術(shù)才能發(fā)揮優(yōu)勢。Spiegelberg堅(jiān)信，朝著電力動(dòng)力裝置轉(zhuǎn)變的趨勢，將迫使工程師*反思整個(gè)系統(tǒng)，而不是像以往那樣，僅考慮改進(jìn)某個(gè)組件。他解釋道，“當(dāng)前這股從內(nèi)燃機(jī)向電力動(dòng)力裝置轉(zhuǎn)變的趨勢，讓我們有機(jī)會(huì)*改造車輛的整個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)。”這種發(fā)展也將大幅提升安全性和舒適度。譬如，所有控制系統(tǒng)都將連接起來，并且可以自動(dòng)激活，而無需駕車者執(zhí)行任何操作。

未來，當(dāng)每個(gè)車輪都配備了可以單獨(dú)控制的電機(jī)時(shí)，將更是如此。如今的防抱死系統(tǒng)僅當(dāng)車輪抱死時(shí)被動(dòng)地重新松開制動(dòng)器，與之不同的是，專門打造的輪轂電機(jī)可以精確制動(dòng)，而不會(huì)造成車輪抱死。這也使這種電動(dòng)汽車可以更加安全地以更高的速度駛過彎道。

Freitag解釋道，“如果每個(gè)車輪都裝配一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置，就可以設(shè)計(jì)出能夠在高速駛過急轉(zhuǎn)彎時(shí)極其快速地作出反應(yīng)的汽車，因?yàn)槊總€(gè)電機(jī)都將以較合理的方式自動(dòng)加速。在高速公路上，這種汽車操控起來就像轎車一樣順暢、穩(wěn)定，并且僅需輕觸按鈕，即可完成這一切操作。”專家稱之為“扭矩定向”。

在不久的將來，可能不僅將驅(qū)動(dòng)裝置、制動(dòng)器和減震器，而且將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)全部都集成到每個(gè)車輪中。

請不妨想象，如果汽車的兩個(gè)前輪旋轉(zhuǎn)，而同時(shí)兩個(gè)后輪換擋，會(huì)怎么樣？汽車將寸步不移，至少常規(guī)汽車會(huì)是這樣。但如果左輪朝前旋轉(zhuǎn)，右輪朝后旋轉(zhuǎn)，汽車則將原地打轉(zhuǎn)。這是件好事——不僅是對于今天那些需要三次操作才能完成調(diào)頭的駕車新手，許多其他方面亦可從中受益。

當(dāng)然，也可以讓4個(gè)車輪都朝右，形成一條右曲線，以便將車停入最狹小的泊車位——或許是在泊車輔助系統(tǒng)的幫助下。

利用其車輛試驗(yàn)裝置，西門子的專家可以通過單獨(dú)改變每個(gè)車輪的轉(zhuǎn)速，模擬任何行駛情況。

電子油門（Drive-by-Wire）。所有這些技術(shù)都不可避免地引出如下問題：未來的汽車究竟是誰在開？人，還是機(jī)器？換言之，我們的汽車會(huì)不會(huì)成為機(jī)器人？

西門子中央研究院的Michael Armbruster博士說：“有一項(xiàng)新技術(shù)，將有助于安全、簡單地實(shí)現(xiàn)未來的整體式駕駛輔助系統(tǒng)，自動(dòng)進(jìn)行制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、推進(jìn)等等操作。”Armbruster在斯圖加特大學(xué)航空器系統(tǒng)研究院獲得了他的博士學(xué)位。在加盟西門子之前，Armbruster在將現(xiàn)代航空器中使用的電傳操縱飛行控制系統(tǒng)（fly-by-wire），引入面向陸地車輛的全面故障導(dǎo)向安全電子控制系統(tǒng)方面，發(fā)揮了重要作用。

然而，這樣的系統(tǒng)要求新型車輛控制和通信技術(shù)。在電子油門系統(tǒng)中，不是以機(jī)械方式轉(zhuǎn)動(dòng)車輪，而是通過電子信號(hào)進(jìn)行定位，這種設(shè)計(jì)允許集成每一種可能的電子輔助系統(tǒng)。配備了這種系統(tǒng)的車輛可以自行泊車，可以在危險(xiǎn)情況下自動(dòng)剎車，并且可以自動(dòng)輔助駕車者駛過道路施工工地。未來，創(chuàng)新駕駛輔助系統(tǒng)提供的不計(jì)其數(shù)的輔助功能，將更加重要，因?yàn)樵絹碓蕉嗟睦夏耆艘蚕腴_車出行。甚至可以想象，這些汽車將可以*自動(dòng)行駛。

當(dāng)然，采用內(nèi)燃機(jī)的車輛也可以使用電子油門。不過這要求逐漸替換或連接現(xiàn)有組件。轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?dòng)力系統(tǒng)，從根本上讓設(shè)計(jì)工程師有機(jī)會(huì)重新打造車輛系統(tǒng)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、懸掛系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等都被集成到每個(gè)車輪中，并實(shí)現(xiàn)始終如一的安全控制時(shí)，這種新型車輛系統(tǒng)將尤為充分地釋放其效率。

但是，要將這個(gè)愿景變成現(xiàn)實(shí)，電子系統(tǒng)必須可靠，硬件也必須實(shí)現(xiàn)冗余。西門子研究人員從概念上區(qū)分了硬件和功能。他們認(rèn)為，控制裝置不需要知道是哪個(gè)硬件在執(zhí)行其命令。歸功于這種對硬件和功能的區(qū)分，我們設(shè)計(jì)出可靈活擴(kuò)展的軟件，允許通過即插即用式設(shè)備，隨時(shí)添加新的功能。

配備了西門子輪轂電機(jī)的Roding電動(dòng)敞篷跑車擁有325馬力的輸出功率；這輛汽車的鋰離子電池可實(shí)現(xiàn)約120公里續(xù)航距離。

目前，西門子工程師正在與數(shù)家研究機(jī)構(gòu)及工業(yè)企業(yè)合作，將他們的愿景變成現(xiàn)實(shí)。在德國經(jīng)濟(jì)和技術(shù)部的支持下，這些組織計(jì)劃在2014年年底，開發(fā)并試驗(yàn)一個(gè)面向電動(dòng)汽車的全新系統(tǒng)架構(gòu)。

這個(gè)架構(gòu)將允許駕車者就像如今更新和升級(jí)計(jì)算機(jī)程序那樣，為其車輛添加輔助安全系統(tǒng)。畢竟，人們永遠(yuǎn)不知道老了以后是否需要泊車輔助系統(tǒng)——還有什么安裝方式比下載更好呢？