Hur hjulmotorer fungerar

Michelin hoppas att det aktiva hjulsystemet kommer att ta fart på biltillverkare snart. Michelin Nordamerika, Inc.

De flesta bilejare funderar inte mycket på hjulen och däcken på sina bilar - och vem kan klandra dem, egentligen? Om dina däck fungerar som de ska, finns det vanligtvis inte mycket mer att tänka på. Det finns en betydande mängd teknik, design och forskning som gör ett bra däck, men bara två saker kommer vanligtvis att tänka på när någon köper nya däck: Hur mycket kostar de? Och hur länge kommer de att pågå?

Men i drygt ett decennium har många biltillverkare och däckföretag arbetat hårt för att ändra hur bilägare tänker på och använder sina däck. Mer specifikt vill de ta fordonets strömförsörjning, såväl som många andra integrerade delar av en fungerande bil, och placera allt inne i hjulet. Baserat på den beskrivningen kommer det förmodligen inte att överraska dig att dessa något nya komponenter kallas hjulmotorer. Och företag som Michelin hoppas att denna nya teknik kommer att revolutionera transportens framtid.

Grundprincipen bakom ett fordon som är utrustat med elektriska motorer är enkelt. Förbränningsmotorn som normalt finns under huven är helt enkelt inte nödvändig. Den ersätts med minst två motorer som sitter i hjulnavet. Dessa hjul innehåller inte bara bromskomponenterna utan också all funktionalitet som tidigare utfördes av motorn, växellådan, kopplingen, upphängningen och andra relaterade delar.

Även om konceptet är relativt enkelt i teorin ställer hjulmotorer ett antal frågor om prestanda, funktion och effektivitet. Vi tittar på alla dessa frågor och mer från nästa sida.

Innehåll

1. Prestanda i hjulet
2. Motoreffektivitet i hjulet
3. Motorkraft i hjulet

Protean F 150 EV har ingen motor; emellertid har den fyra elektriska motorer i hjul som kan producera mer än 100 hästkrafter per motor (över 400 hk totalt). Foto med tillstånd Protean Electric

Att producera ett fordon som använder elektriska motorer i hjul är en process som är mycket mer komplex än att bara riva ut motorn och sedan pressa elektriska motorer i det oanvända utrymmet inuti hjulet. Denna typ av elmotor är utformad för att fungera på hybridfordon, fulla batteridrivna fordon och till och med bränslecelldrivna elfordon.

Mängden kraft som genereras av dessa hjulmotorer kan variera beroende på tillverkaren och motorens storlek. Till exempel avslöjade ett företag som heter Protean Electric en Ford F 150-lastbil vid Specialutrustningen Market Association (SEMA) 2008. Protean modifierade Ford F-150 EV genom att ta bort V8-motorn och lägga till fyra elektriska motorer i hjulet till lastbil. Var och en av de fyra Protean Drive-motorerna kan leverera över 100 hk vardera, totalt 400 hk från alla fyra motorerna - mycket mer än producerat av standard V8-motorn. Varje motor vägde endast 31 kg och fick kraft från ett 42 kWh litiumjonbatteri som gav lastbilen en räckvidd på 16 mil innan den laddades..

Antalet hjulmotorer som ett fordon faktiskt använder kan justeras för att uppfylla fordonets krav. Till exempel, i de flesta fall, kommer två motorer att tillhandahålla tillräcklig kraft; Men om du pratar om ett fordon med fyrhjulsdrift (AWD) - antingen en terrängbil eller en prestandabil - skulle det uppenbart kräva fyra hjulmotorer.

Låt oss nu titta på Michelins Active Wheel-system för att bättre förstå hur denna teknik fungerar.

Michelins Active Wheel-system innehåller inte bara den elektriska motorn som faktiskt driver hjulet, utan också bromssystemet och ett aktivt upphängningssystem. Michelin Nordamerika, Inc.

Beroende på tillverkaren kan en hjulmotor innehålla en mängd olika komponenter, men de flesta har samma grunddelar. Vi använder Michelins Active Wheel-system som vårt exempel.

Utsidan av en hjulmotor har mycket liten variation jämfört med ett standardhjul. Men när hjulet har tagits ur fordonet, exponeras huvudelementen i det elektriska motorsystemet i hjulet. Det relativt lilla området innehåller bromssystemet, ett aktivt upphängningssystem och den elektriska motor som faktiskt driver hjulet. Det aktiva upphängningssystemet i hjulet är ett elektriskt manövrerat system som kan reagera på bara 3/1000: a sekunden för att automatiskt korrigera stignings- och rullningsrörelser.

Vissa hjulmotorkonstruktioner erbjuder också vad som kallas regenerativ bromsning. Det betyder att systemet fångar upp en del av sin egen kinetiska energi under bromsning och skickar tillbaka den för att ladda batteriet. Vissa hybrider, som Toyota Prius och Tesla Roadster, har redan den här regenererande bromsningstekniken, som ger bilarna ett längre körområde.

En av de största fördelarna med elmotorer i hjulet är det faktum att kraften går direkt från motorn direkt till hjulet. Genom att minska avståndet som kraften rör sig ökar motorens effektivitet. Till exempel, i körförhållanden i staden, kan en förbränningsmotor bara köra med 20 procent effektivitet, vilket innebär att större delen av sin energi går förlorad eller slösas bort genom de mekaniska metoder som används för att få kraften till hjulen. En elektrisk motor i hjul i samma miljö sägs fungera med cirka 90 procent effektivitet [källa: Lepisto].

Låter ganska bra, eller hur? Tja, fortsätt att läsa för att ta reda på hur en elektrisk motor i hjulet inte offrar kraft och ökar effektiviteten.

Mitsubishi CT-konceptet använder MIESB-hybridmotordrivna elektriska fordon (MIEV), som använder en elmotor i vart och ett av fordonets fyra hjul. AP Photo / Paul Sancya

Hittills har vi lärt oss att kombinationen av flera hjulmotorer kan lägga ut mer än 600 hästkrafter och att de kan få sin egen energi medan de bromsas, men hur är det med den momentana kraften som ibland krävs vid hjulen? Med andra ord, ger dessa elektriska motorer i hjulet tillräckligt med vridmoment för varje tillämpning? När allt kommer omkring spelar vridmoment en viktig roll i alla bilers svarstid och prestanda, eller hur??

I ett fordon utrustat med elektriska motorer i hjulet finns det gott om vridmoment - nästan omedelbart, som ett faktum. Elektriska motorer producerar en stor mängd vridmoment, och eftersom den kraften överförs direkt till hjulet förloras väldigt lite i överföringen. Varje hjul kan utrustas med sensorer för att bestämma hur mycket vridmoment som krävs vid varje given tidpunkt. Liknande system finns i bilar på vägen nu, men responstiderna är något långsammare på grund av antalet komponenter som är inblandade och de mer komplexa elektriska kommunikationsvägarna.

På ett fordon utrustat med elektriska motorer i hjulet finns flera stora system inuti själva hjulet. Så det är bara en anledning att många av kärnkomponenterna i en traditionell bil kan tas bort. Vi nämnde i början av denna artikel att motorn, växellådan, kopplingen, upphängningen och andra relaterade delar kan elimineras på fordon som är utrustade med elektriska motorer i hjul eftersom hjulkomponenterna hanterar alla dessa funktioner. Denna ersättning av mekaniska funktioner med elektriska funktioner kallas ofta by-wire-teknik -- till exempel driv-för-tråd eller broms-för-tråd.

Genom att eliminera motorn är det möjligt att lägga till konstruktion och strukturella förbättringar till ett fordon. Hittills har testning av det elektriska motorsystemet i hjulet genomförts av många biltillverkare och teknikföretag, inklusive Venturi Corporation of Monaco för användning i sitt Volage-konceptfordon, men frågor om tillförlitlighet, hållbarhet och säkerhet är svåra att rapportera utan att spridas användning av systemet.

För mer information om elmotorer i hjul och företag som utvecklar och testar tekniken, följ länkarna på nästa sida.

Relaterade artiklar

• Hur bränsleceller fungerar
• Hur fungerar regenerativ bromsning
• Hur däck fungerar
• Hur elbilar fungerar
• Hur bilmotorer fungerar
• Så fungerar GM: s Hy-wire System

Fler bra länkar

• Michelin USA
• Hi-Pa Drive F-150

källor

• Doggett, Scott. "Michelin för att kommersialisera aktivt hjul; teknik för att visas 2010 bilar." Edmunds.com. 1 december 2008. (10 mars 2009) http://blogs.edmunds.com/greencaradvisor/Manufacturers/heuliez/
• Eureka Magazine. "Gör fallet för borstlösa hjul." September 2008. (10 mars 2009) http://www.pmlflightlink.com/pdfs/eureka.pdf
• Garrett, Jerry. "Utställningen för Red-Hot Performance tar en grön tur." The New York Times. 6 november 2008. (10 mars 2009) http://www.nytimes.com/2008/11/09/automobiles/09SEMA.html
• GreenCar.com. "Kan hjulmotorer vara nästa stora sak?" 1 oktober 2007. (11 mars 2009) http://www.greencar.com/articles/could-wheel-motors-next-big-thing.php
• Lepisto, Christine. "Michelin avslöjar det aktiva hjulet i en prisvärd elbil." TreeHugger.com. 30 november 2008. (9 mars 2009) http://www.treehugger.com/files/2008/11/active-wheel-affordable-electric-car.php
• Michelin. "Michelin Active Wheel." 2 oktober 2008. (4 mars 2009) http://www.michelin.com/corporate/actualites/en/document.DocumentRepositoryServlet?codeDocument=7735&codeRepository=MICHCORP&codeRubrique=salonauto2008