比亚迪仰望的“易四方”四独立电机,到底颠覆了什么?

文/车亮

图/源自官方

比亚迪仰望U8的亮相,最有话题度的莫过于其搭载的“易四方”平台技术,这套平台核心在于用四个独立电机,来单独控制四个车轮。我们来看看它有什么技术特点?它到底是颠覆还是噱头?

关于四轮独立电机控制,其实很早就有轮毂电机的相关研究,其原理也是独立四电机来独立控制四个车轮。但是轮毂电机解决不了的一个问题就是,电机体积太大轮毂位置没办法容纳,如果电机尺寸太小,又有动力输出不足的问题。比亚迪的“易四方”平台为了容纳前后轴四个独立电机,它是在前后轴正中间也就是差速器的位置,各放了一套集成系统,集成了左右两台电机+两台电机控制器+左右两台减速器。我们来看看这套系统的几个特点。

集成度很高,但能不能干粗活要打个问号

首先,这套集成系统的形状类似一个“干”字,参考下面这张图,干字的上面“一横”是两组电机控制器,中间“一横”是左右双电机,最下面的“一竖”是左右两组减速器。电机和减速器是平行布局。此外,这张图里没有显示的是,从两组减速器左右各伸出一根半轴,来连接和控制左右车轮。

其次,整个系统的集成度很高,它的横向和纵向尺寸从下图中可以看出,这个方盒子就是电机控制器,代表这套电驱系统的纵向尺寸高度,看起来只比前轮高一点点,跟前悬弹簧等高。

此外不难看出,在这套电驱前方,还能再放一台混动发动机。这种横向和纵向尺寸意味着它适配轿车也好,做混动车也好,应该都没什么问题。另外在这张图里,从减速器那里伸出来的半轴也能看得清楚。

其三,因为没有了前后传动轴外加左右两侧车轮都是独立控制,因此它应该是去掉了传统的差速器。那么轮间差速问题怎么解决呢?应该就是通过中央计算平台和电机控制器来实时感知、计算、控制左右车轮的不同转速,从而实现差速的效果。不过,本来一个简单的差速器就能实现的事情,如果需要电脑实时感知、计算、控制才能实现左右两个车轮的差速平衡,这未免是把简单的事情搞复杂了。

但反过来想这么做也有它的道理。四个电机要单独控制四轮,所以要减少左右车轮之间的相互干涉,以免给电机控制增加不必要的麻烦。特别是有时候需要一侧车轮向前转动,另一侧车轮向后转动,显然传统差速器搞不定这么复杂的要求。再加上似乎从空间上,也没有给差速器留出位置。

其四,虽然没有传统的差速器,但官方称电驱总成内部集成了前后两把差速锁。这种差速锁要集成在电驱系统内部,体积估计大不了,很可能就是简单的离合器片压紧实现的锁止功能,对其锁止效果也不宜给予太高期待。不过,它的单电机输出都有320-420牛米,当一侧车轮打滑时,即使打滑一侧的电机不介入,没打滑一侧的电机能输出三四百牛米,应付一般的坑洼也足够了。因此即便是锁止效果不强,凭借四台独立大电机,实现单轮脱困、应付湿滑冰雪路面应该问题不大。

其五,其电机控制器采用800V的SIC功率模块,可以支持更大电流输出和高频的电流控制,为了实时控制四台大电机这样的设置是必须的,同时预计这台车应该也能支持800V的高压快充。

其六,这种将动力源无限接近轮端的布局,以及电驱系统的高集成设计,带来的好处最直接就体现在系统效率,官方称其高达97.7%,这个已经高于普通手动变速箱96%的传动效率。加上四台电机分别能最大输出220-240kW,320-420牛米,让整个系统的最大功率输出超过1100马力。零百加速达到3秒级。从动力上来说非常强悍。此外值得一提的是,它的电机理论最高转速达到每分钟20500转,这就意味着能带来更广的电机调速范围,加上1100马力的额定高功率,可以保证在高转速下仍可以获得比较大的扭矩,扭矩变化的区间更广,能适应各种工况的扭矩输出需求。但问题是,四台电机如果同时达到高转速,而且挨得这么近,怎么解决散热的问题呢?此外当遇到打滑时,两个电机同时旋转外加差速锁止,那要产生多少热量?电机温度一高,那就会自动减速以自我保护,性能必然会打折扣。

所以直觉上,这套四轮独立电机控制的结构并不太适合用来干粗活和长时间越野。这种通过电信号、软件、电机来控制的结构,其散热性、可靠性、耐久性都会是问题,可能不如简单直接的物理结构那么耐造。所以这台车到底是不是足够硬派,其实要打一个问号。

公路操稳性和灵活性,打开了一片新天地

在我看来这种四轮独立电机控制的思路,其优势场景更多体现在公路操稳性和灵活性上。其内在逻辑很简单,因为四个车轮可以由四个电机来独立控制,因此每个车轮就可以单独前进、后退、加速、减速,所以就让车辆具备了超强的车身姿态调整能力。

例如,当四个车轮主动减速就起到制动效果,官方说即使驾驶者不踩刹车,其百零制动也能做到40米,四轮电机独立产生的制动力最大也可以超过1个g。这个数据相当吓人,要知道零百六七秒的电动车,最大加速g值也就在0.6g左右。再例如无需转动方向盘,只需要电机控制内侧车轮降低速度,就可以实现车辆转弯。官方说此种情况下转弯直径大约为12米。再例如,当一个车轮爆胎时产生强大的阻力导致车身横向力矩失控,这时候系统可以重新计算分配四轮扭矩,从而产生相反的力矩来摆正车身,所以官方称即使在120公里/小时的时速下爆胎也不用担心车身失控。再例如,通过对左右车轮实施大小相等方向相反的力矩,可以实现原地360度掉头。最后我们还看到有趣一幕,在发布会上这台U8是横着上了舞台,宛如一只横着爬的螃蟹,更是直观体现了四轮独立运动对车身姿态的调整能力。以上这些都是通过位于底盘中央的中央计算平台和分布全身的感知设备,来感知、计算并发出控制指令给四个电机,然后由电机控制车轮来完成。

值得注意的是,电机只能控制每个车轮单独的扭矩和转速、前进或后退,但车轮的转向还必须由转向机构来控制。所以这也并不是百分之百的四轮独立控制。

最后简单总结,因为四个轮子能单独控制,所以为车辆操稳性和灵活性的提升,打开了一片全新天地。同时因为四轮独立控制,省去了传动轴和差速装置,节省了空间也提高了效率,当然成本是大幅增加了,对可靠性耐久性也提出了严峻的考验。此外还有一个关键的问题是,行驶中会涉及到轮间差速、轴间差速、四个轮子的转速、力矩和方向的实时控制、这得需要非常庞大的计算和控制工作,而且还需要大量的实地数据来建立可靠的计算模型。如果模型和算法不成熟的话,反过来就是灾难会起到反效果。

所以比亚迪的这套“易四方”看起来是一套好东西,但最大的问题可能就在可靠性、耐久性上。特别是在如何实现车轮左右硬锁止、如何防止电机过热、如何保证电机对四轮的动态调整始终保持最优解,如何能做到不管何种动作始终不伤胎,如何在传感和计算控制某个环节出问题时保证足够的冗余补救方案等等,这些问题我们不妨等着看看比亚迪下一步会给出怎样的答案。

驾值观

作为一套全新的技术,它确实从结构上、理念上,颠覆了我们对传统车辆驱动控制的理解。但是否是开创了一个全新的时代,只是个噱头还是可靠成熟的技术,还有待观察。另外我相信如果这种四轮独立电机的方案实践效果好的话,很多厂商会迅速跟进。毕竟从结构和原理上看,只要把集成度做好了,其实内在原理并不算复杂,难的主要是算法和控制部分。而这既是比亚迪需要向大家验证的核心难点,也是每个车企都在攻关的核心技术。

最后我还是要说,U8浮水脱困测试的这个视频广告,实在太浮夸了。给人的感觉是似乎将车可以当成一条船来开。实际上四个轮子无法取代螺旋浆叶,车身也只能通过控制四个车轮轮速差来实现水中转向而已,在水中没什么驱动力,大部分都是靠漂浮。这样的展示虽然能增加谈资,但却是一种误导。

比亚迪其实不必做这种浮夸的展示宣传。有时候克制一点自己的展示欲望,保守一些才会更显大厂的成熟气质,反而会让人觉得更靠谱、更可信赖。

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