电动汽车真的需要三电机甚至四电机吗？

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）比亚迪的四电机易四方技术平台在仰望U8和U9上首发后，8月20日，三电机的易三方平台在腾势Z9系列上首发亮相。易三方借助三电机的配置，可以实现超高角度的后轮转向，极小的转弯半径，以及“圆规掉头”等传统车型无法实现的驾驶模式。
 
类似易四方、易三方的技术，是分布式驱动的一种形式，近几年分布式驱动受到电动汽车厂商关注，一些厂商的分布式驱动技术已经实现量产上车，还有更多厂商以及Tier1展出了相关的电驱系统，或是在预研阶段。业界普遍认为，分布式驱动是未来电动汽车的主要驱动解决方案之一。
 
分布式电驱，提高驱动效率的方式之一
 
一般的乘用电动汽车搭载一到两个电机，采用集中式电驱方案，单个电机放在前轴或后轴，抑或是前后轴各一个电机，电机通过传动系统（减速器、差速器、传动轴等组成的驱动桥）将动力传递至两侧的驱动轮上。
 
集中式电驱方案，顾名思义其中一个优势就是集成度较高，整车可以只需要一个较高功率的电机就可以为整个车辆提供动力，同时电机、逆变器、减速器等部件集成在一个紧凑模块中，可以给座舱腾出更大的空间。
 
除此之外，集中式电驱与传统的燃油车相比，在传动系统设计上基本通用，技术成熟度较高，可以降低整体的开发难度，也具有一定的成本优势。但显然，尽管单个电机的效率很高，但通过传动轴等传动系统输出动力到两边的驱动轮，动力传递路径较长，相对分布式电驱来说还是会存在较高的机械传动损耗，且动力输出的灵活性相对较低。
 
分布式电驱，可以理解通过增加电机数量至三到四个，令电机布局更加靠近驱动轮，甚至是直接安装在驱动轮内部。所以分布式电驱的两种主要技术路线包括：相比集中式电驱，电机位置更靠近驱动轮的轮边电机，驱动电机直接安装在驱动轮旁边，通过半轴或减速器与驱动轮相连；另外一种是采用轮毂电机，驱动电机直接在驱动轮内部，直接驱动或是通过内置的减速器来驱动车轮。
 
一个显而易见的优势是，分布式电驱可以令电机独立控制每个驱动轮。比如四电机的分布式电驱系统中，每一个驱动轮都由单独的电机进行控制，这意味着更加容易实现整车的扭矩矢量控制，可以实时调整每个车轮的扭矩分配，大幅提高车辆的操控性和稳定性。
 
同时这种特性也能给车辆带来一些前所未有的功能，四个驱动轮完全依靠电子控制系统来控制四个电机的转速和转向，无需机械差速器，甚至可以各自以不同的方向转动。比如仰望U8，奔驰EQG、极氪001FR等就采用了四电机的分布式电驱，实现两侧驱动轮反向转动实现360°原地掉头。
 
腾势Z9系列上采用了三电机的分布式电驱，即前轮由单个电机驱动，后轮由两个电机各自驱动，通过两侧后轮反向转动实现“圆规掉头”。
在传动效率上，分布式电驱由于相比集中式电驱减少了部分机械传动的损失，驱动效率也会更高。
 
分布式电驱的技术难点
 
相比集中式电驱，分布式电驱的技术也存在较大的难点。比如在车辆过弯时，由于车辆宽度会造成左右两侧的线速度不同，为了行驶稳定，左右两侧车轮在过弯时必然存在转速差，外侧轮转速较快，内侧轮转速较慢。传统的单轴驱动汽车，在车辆过弯时可以通过差速器，来吸收左右轮的转速差，使车辆更稳定可控。
 
这里的难点主要是电子差速以及如何通过传感器等保证四轮转速的一致。由于车辆在路面行驶的状况复杂，在控制算法、技术路线上也较为多样且复杂。在四电机系统中，四轮差速控制可以有两种方式实现，一是以汽车左前轮转速作为标定车速，调节其他三个车轮转速，四个车轮绕转向中心同角度旋转从而实现差速；二是基于前轴整体转向设计四轮差速控制系统，控制器通过调节四个车轮毂电机的转速来实现差速，其独到之处在于当电动汽车转弯时，整个前轴可绕前轴中心整体旋转一定的角度。
 
另一方面如何确保直线高速行驶时保持四个轮速的一致，也需要传感器、电机控制等具备极高的精度以及极低的响应延迟。
 
目前已经推出的一些分布式电驱方案
 
三电机的车型实际上出现得较早，相关的方案也相对成熟，最早的是奥迪推出的ATA250，官方称其为电气解耦型分布式轮边电机驱动，将两个轮边电机水平对置，两个电机分别控制两侧的驱动半轴，同时两侧各配备了减速器，以及独立的逆变器和控制器。ATA250被应用到奥迪E-tron S车型后轴上，两个400V电机共提供276kW的功率。
 
从目前的方案来看，三电机以及四电机的分布式电驱中，后轴的电机基本都采用双同轴结构，也就是电机背靠背水平对置。这是由于后轴横向空间较大，足够容纳水平对置的双电机，同时也可以尽可能降低对座舱的空间影响。
 
但在前轴上，由于需要容纳转向机构，前轮转向机构需要前轴预留一定的横向空间，于是横向空间不足的情况下，还要容纳两台轮边电机，就需要将两台电机平行布置了，这也被称为平行轴式双电机电驱动。
 
比如采用四电机的极氪001FR，在前轴上就采用了一套双电机平行轴分布式电驱动将两台155kW的电机转子平行布置集成到电驱模块中，实现前轴输出高达310kW。
 
当然也有在前轴上用双同轴结构的双电机布局，比如仰望U8。仰望U8上的前轴电驱系统采用双同轴水平布置，但减速器的结构从两侧变成从中间延伸出，两组减速器并排紧贴着。这样的布局虽然降低了电驱系统的横向长度，但大大增加了纵向高度，因此只能在大型SUV上应用。
 
目前在性能型电动车上，已经有多款车型搭载三电机的分布式电驱，包括保时捷Taycan Turbo GT、奥迪E-Tron S、特斯拉Model S Plaid、腾势Z9系列、Lucid Air Sapphire等；四电机则有仰望U8/U9、极氪001FR、猛士917、Rimac Nevera、Rivian R1系列、悍马EV等。
 
分布式电驱也有多家车企以及Tier1已经推出，比如奇瑞、长安在今年北京车展上就展示过分布式电驱系统，另外华为、汇川、绿传、精进、马瑞利、舍弗勒等Tier1也已经有分布式电驱产品或技术展示。
 
小结：
 
分布式电驱作为未来电动汽车的发展方向之一，目前依然成本较高，仅在一些高端车型上实现量产。不过我们也看到越来越多的厂商展出相关产品和技术，随着集成化带来的成本下降，以及控制算法等应用的成熟，相信在电动汽车产业的高速发展期，分布式电驱很快会实现技术普惠，下放到更多车型上。