科技日報記者 朱虹

在全球新能源汽車市場競爭從“增量爭奪”邁入“存量博弈”的今天，核心技術(shù)的自主可控成為車企安身立命的根本。驅(qū)動系統(tǒng)作為新能源汽車的“動力心臟”，更是各國車企創(chuàng)新角力的核心戰(zhàn)場。

近日，由哈爾濱理工大學教授謝穎領(lǐng)銜的研發(fā)團隊，在國家“十四五”重點研發(fā)計劃項目的支持下，歷時2年攻關(guān)，成功破解了高性能輪轂電機從實驗室走向生產(chǎn)線的系列關(guān)鍵技術(shù)。更令人振奮的是，這項被譽為“未來驅(qū)動解決方案”的輪轂電機技術(shù)，已正式搭載于全國首款輪轂電機量產(chǎn)乘用車——“東風奕派007”。目前，該車已納入工業(yè)和信息化部第401批《道路機動車輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品公告》。

創(chuàng)新設(shè)計：車輪自己具備驅(qū)動能力

簡單來說，輪轂電機是把原本安裝在汽車底盤懸架上的集中驅(qū)動電機，“拆分”為多個電機，分別集成到每個車輪里，讓車輪自己具備驅(qū)動能力。這個聽起來巧妙的設(shè)計，卻是一道困擾行業(yè)多年的工程技術(shù)難題：傳統(tǒng)集中驅(qū)動電機有足夠的底盤空間安放，還能配備完善的散熱、防護裝置，而輪轂電機要在直徑不到70厘米的車輪內(nèi)部，塞進電機、制動器、輪轂軸承等一整套裝置。更苛刻的是，車輪在行駛中要承受顛簸、浸水、泥漿、高低溫等各種惡劣環(huán)境考驗，這對電機的密封性、耐久性、抗干擾性提出了遠超傳統(tǒng)電機的要求。

為此，謝穎團隊提出了多場量強耦合與精確解耦的輪轂電機協(xié)同設(shè)計新方法。該方法能夠更精確地模擬和預測電機在實際運行中的復雜狀態(tài)，從而指導設(shè)計優(yōu)化。

在這一設(shè)計理念指導下，團隊取得了一系列突破性創(chuàng)新。他們首創(chuàng)的12層梯形齒變繞距扁線繞組結(jié)構(gòu)，相當于給電機繞組“瘦身塑形”，在同樣空間內(nèi)提升了電磁性能；而創(chuàng)新的齒軛分離定子結(jié)構(gòu)，更實現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩密度與效率的雙重提升。

值得一提的是，這個產(chǎn)學研團隊形成了強大的攻堅合力。該項目由東風汽車集團牽頭，聯(lián)合哈爾濱理工大學、上海電驅(qū)動股份有限公司等多家單位攻關(guān)。經(jīng)過6輪迭代優(yōu)化，團隊研發(fā)的電機樣機在中期驗收時就全面超越預設(shè)指標，為量產(chǎn)奠定了堅實基礎(chǔ)。

散熱突破：緊湊結(jié)構(gòu)內(nèi)實現(xiàn)高效降溫

如果說創(chuàng)新設(shè)計是輪轂電機的“心臟”，那么散熱技術(shù)就是保障它持續(xù)運轉(zhuǎn)的“呼吸系統(tǒng)”，這也是橫亙在輪轂電機量產(chǎn)面前的“攔路虎”。電機運行時會產(chǎn)生大量熱量，如同家里的電暖氣，溫度過高就會自動跳閘保護。而輪轂電機被密封在車輪內(nèi)部，空間狹小，緊鄰“制動器”，熱量散不出去就會導致電機效率下降，嚴重時甚至會燒毀電機。

團隊把解決電機溫升的問題比作“在密封的小房間里裝空調(diào)”。這個“空調(diào)”既要散熱效率高，又不能占用太多空間。經(jīng)過無數(shù)次設(shè)計分析，他們提出了高散熱、低流阻的冷卻結(jié)構(gòu)與新型導熱灌封材料集成方案，實現(xiàn)了直驅(qū)輪轂電機的高效冷卻。

“我們讓電機實現(xiàn)了體積越來越小、性能逐漸提高的設(shè)計目標?！敝x穎介紹，團隊最終研發(fā)出的高密度直驅(qū)輪轂電機樣機，在項目中期驗收時已全面滿足甚至超過了課題預設(shè)的全部性能指標，為后續(xù)的工程化樣車開發(fā)與量產(chǎn)落地提供了堅實的技術(shù)保障。

體驗升級：駕乘盡享靈活大空間

技術(shù)突破最終要轉(zhuǎn)化為實實在在的駕乘體驗。輪轂電機最具革命性的價值，就在于它顛覆了延續(xù)百年的汽車驅(qū)動架構(gòu)，實現(xiàn)了從“中央集權(quán)”到“分布式自治”的轉(zhuǎn)變。謝穎打了個比方，傳統(tǒng)汽車的驅(qū)動系統(tǒng)就像“一個教練帶著四個運動員跑步”，教練通過傳動軸這個“指揮棒”給四個車輪分配動力，響應速度慢且不夠精準；而輪轂電機則是“四個運動員各自配備一個教練”，每個車輪都能根據(jù)路況獨立調(diào)整動力輸出，不僅響應更快，還能實現(xiàn)更復雜的行駛姿態(tài)，適應電動智能化的發(fā)展趨勢。

這種轉(zhuǎn)變帶來的首先是駕駛體驗的升級。傳統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)的動力傳遞存在延遲，而輪轂電機實現(xiàn)了“指令直達車輪”。為了解決轉(zhuǎn)矩輸出平順性問題，團隊采用轉(zhuǎn)子三段“一字”斜極技術(shù)，大幅降低了齒槽轉(zhuǎn)矩脈動，就像給動力輸出裝上了“平順器”。

空間利用率的提升更是讓消費者直接受益。由于取消了發(fā)動機、傳動軸等傳統(tǒng)部件，汽車底盤實現(xiàn)了“全面瘦身”。輪轂電動車布置拓撲可以被比喻為給電池平板加了4個自驅(qū)車輪，調(diào)節(jié)輪距和軸距即可改變車寬和車長，讓小車、大車、乘用車、商用車共享平臺化開發(fā)優(yōu)勢?！斑@就像把客廳里的大沙發(fā)換成了組合式家具，空間一下子就騰出來了。”謝穎解釋道。這種空間重構(gòu)使得底盤可以容納更多電池，有效提升續(xù)航里程；同時還能打造超大前備箱，車內(nèi)地板實現(xiàn)純平設(shè)計，后排乘客腿部空間也更加充裕。

技術(shù)的終極價值在于其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應用?！皷|風奕派007”是全國首款進入工業(yè)和信息化部新車公告的輪轂電機驅(qū)動新能源乘用車，這標志著東風汽車集團與課題合作單位在工程化、產(chǎn)品化方面實現(xiàn)了完美對接。

從實驗室里的原理樣機到即將駛上街頭的量產(chǎn)車型，哈爾濱理工大學團隊用多年深耕實現(xiàn)了輪轂電機技術(shù)的國產(chǎn)化突破。這一全球首款量產(chǎn)輪轂電動車成果不僅讓我國在新能源汽車核心驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域掌握了主動權(quán)，更為汽車產(chǎn)業(yè)提供了分布式驅(qū)動的新范式。隨著首款量產(chǎn)車的落地，一個更高效、更舒適、更智能的電動出行新時代，正加速向我們駛來。