19世紀末，維也納的費迪南德?保時捷（Ferdinand Porsche）、芝加哥的約瑟夫?雷德溫卡（Joseph Ledwinka）及弗雷德?紐曼（Fred Newman）在 一輛老式汽車的每個車輪上裝上電機，以簡單、高效且可控的方式提供動力。這些汽車先驅們怎么都料不到，電力驅動會很快式微，而且后人發明了更復雜的傳動裝置，將安裝在車輛中部內燃機的輸出功率轉變為車輪上的扭矩。然而事實確是如此。

一個世紀以后，為了減少溫室氣體排放、降低對化石能源的依賴并凈化城鎮城市空氣，人們重新燃起了對車輛電氣化的興趣。中國對此格外熱衷，中國政府曾宣布到2020年中國將有500萬輛電動汽車上路。這個目標實現起來將是艱難的，因為中國的100多家汽車制造商都缺乏開發復雜電動驅動系統的工程經驗。很榮幸，我們普羅天恩電氣公司（Protean Electric）能夠助力電動汽車市場發展。我們生產的輪轂電機直接在車輪內產生動力，可簡化汽車結構，為乘客或貨物提供更多空間并完善汽車操縱性能。

普羅天恩電氣公司在世界范圍內得到多位投資者及合作伙伴的支持，現正在中國建立制造廠。第一家工廠位于天津，目前正小批量生產輪轂電機。我們正與多家中國汽車制造商合作，將我們的技術融入其電動或插電式混合動力車輛。如果一切按計劃順利進行，那么裝配我們公司所產電機的車輛將很快問世。因此，我們來更詳細地解釋這些電機如何工作，以及為什么我們認為它代表了電動汽車的發展方向。

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單就簡化機械配置而言，在車輪上直接安裝電機是一條顯而易見的發展之路。然而沒有一家大型制造商在混合動力或電動車車輪上安裝電機。原因為何？

一些制造商不愿意采用輪轂電機的原因是擔心簧下質量。簧下質量指的是汽車懸架系統以下所有部件的質量。對于傳統車輛而言，簧下質量包括制動裝置、軸承、車輪、等速萬向節（位于傳動軸兩端，以相同角速度傳遞動力的裝置）以及輪胎，不包括位于汽車底盤之上、引擎蓋之下的傳動系統其他部分，例如引擎或發動機和變速箱。

減少簧下質量可以改善司機及乘客的乘車品質，并使懸架系統更好地控制輪胎緊密接觸路面。

輪轂電機會明顯增加簧下質量，因為每個動力輪都要增加一個電機的質量。很多汽車設計師認為輪轂電機先天存在問題。但是這些擔憂是否合理呢？

很早之前我們咨詢了公認的汽車行駛與操縱專家——英國蓮花工程公司（Lotus Engineering）。我們曾讓其工程師就簧下質量對車輛操控的影響進行客觀調查。這項測試決定著我們公司的成敗。

蓮花工程公司在一輛福特福克斯汽車的4個車輪上分別增加30公斤的質量，并用儀器測量車輛的振動和運動。同時還利用計算機模擬技術，進一步掌握車輪同時增加靜態質量及轉動質量的影響。此外，由受訓的專業駕駛員進行實操評估，為增加簧下質量對汽車駕駛及操縱的影響提供更多信息。

蓮花工程公司發現，盡管增加簧下質量的影響對于受過培訓的專業駕駛員來說是明顯的，但其實際影響并不嚴重。增加簧下質量讓汽車開起來就像懸架和操控系統還沒有經過慣常的磨合，而磨合在汽車開發中是必不可少的。

蓮花工程公司的工程師通過稍微加大懸架阻尼就能大大減少附加簧下質量的影響。并且，他們還發現當把電機作為簧下質量直接裝到車輪上時，可為汽車兩側分別提供動力，實質性地改善汽車操縱性能。

我們對其他車輛也做了類似研究。在所有研究中，我們發現只需重新調整減震器并增加單個車輪控制，對車輛操控的效果就會更好。因此事實上，增加簧下質量并非完全是攪局。

關于輪轂電機的另一擔憂是增加了電機控制器軟件的復雜性。電機控制軟件必須實時根據車況及司機指令來控制每臺電機。通常情況下控制兩個電機反而比控制一個電機更加直接。但是如果一個電機出現故障，控制器就需要防止發生失衡的危險，避免車輛被不可控制地拖向一邊。

為了解決這個重大安全問題，我們在電機中建立了兩個完全獨立的系統，既可以檢測故障又能平衡兩個或多個電機的轉矩。車輛必須滿足ISO 26262安全標準，該標準要求證明危險技術故障的發生概率為極度不可能。這是一項極其嚴格的標準，但我們確信我們的電機會幫助汽車制造商達到這一標準。

那么成本又是如何呢？無論技術多杰出，消費者都不會接受過高的價格。我們將一個典型電動傳動系統（包括變速箱、電機、差速器及傳動軸）與兩個輪轂電機的成本進行比較。雖然雙電機比一個中央電機及動力傳動系統要貴一些，但是輪轂電機系統更有效，因為它具有較小的質量并且不會受到變速器中摩擦損失的影響。這意味著，在許多情況下汽車制造商生產的汽車將跑得更快或更遠（或兩者兼有），且成本不高于同類競爭性產品。

還有一個關于輪轂電機的擔憂是有些人認為其缺乏耐用性。將電機裝在車輪上而不是引擎蓋下，這意味著當汽車在崎嶇不平的道路上行駛時，它們會受到重創。電機還經常會遇到水、沙土、碎石和其他雜物的沖擊。是的，這些問題的確存在，但我們已經進行了大量真實測試，證明完全可以生產出能承受各種路況考驗的產品。

過去，諸如以上擔憂使得大多數汽車生產商都忽略了輪轂電機的優點。少數生產商在概念車中對輪轂電機進行了探索。現在一些公司正努力將流行于電動車和踏板車已久的輪轂電機引入汽車市場，普羅天恩電氣公司作為領頭羊，已經完成了必需的工程準備，確保富有吸引力的輪轂電機為電動汽車提供動力。

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我們的新型輪轂電機系統，即ProteanDrive系統，是完全安置于車輪上的動力傳動系統。不過動力傳動系統這個名稱似乎并不確切，因為ProteanDrive系統沒有傳動裝置。相反，電動機的轉子直接連接到輪轂，從馬達向車輪傳遞扭矩。這就實現了最高的效率和緊湊性。我們針對不同的應用設計了不同尺寸的電機，但是我們的旗艦產品是Pd18。之所以稱之為Pd18是因為這款產品適合于直徑18寸（約46厘米）的輪輞。Pd18重36公斤，轉矩可達1250牛米，車輪功率可達75千瓦。也就是說兩個電機加起來轉矩可達2500牛米，功率可達150千瓦。

這看起來似乎非常具有吸引力，特別是考慮到典型的內燃型汽車發動機只能產生幾百牛米的轉矩。但不要忘了，傳統汽車引擎轉矩還要乘以引擎與車輪間的傳動比。1擋時，數字可能是10，擋位越高乘數將會越低。所以，一對Pd18提供的車輪轉矩與傳統汽車的相當。

ProteanDrive系統的核心是永磁同步電機及一套緊密集成電子設備。電子設備準確地將控制電流傳遞到電機的電磁線圈產生磁場，磁場與固定在轉子上的稀土永磁體相互作用。利用這一機制，輪轂電機能在1毫秒內產生所需轉矩。

電子電路的設計剛好適合安裝在整個電機內，并與電機共享冷卻。高達90安的電流通過電機上的線圈，會產生很多廢熱，這些廢熱與電子線路產生的熱量一起被電機外殼冷卻劑管道內的水流帶走。冷卻劑與電子元件及電機線圈具有良好的熱接觸。防護性的環氧樹脂將線圈密封起來，可幫助導熱。電機與驅動電路的緊密集成，可使小體積的電機產生很大的功率。

軟件在微處理器和現場可編程門陣列上運行。軟件根據傳感器數據來控制作用在線圈上的電壓值，每秒決策1.6萬次。傳感器提供電機的電氣和熱力狀況，以及位置和速度信息。軟件確保通過電機的電流精準地維持車輛平穩運行。

我們的電機不需要傳動裝置、差速器或等速萬向節與車輪相連，因此摩擦損失能量很少。行駛相同里程的電池耗電減少，這項節省很重要。此外，電機還能降低運行成本，車主們將很高興不必更換損壞的等速萬向節。

空間是另一優勢。引擎蓋下不再有電機，這就騰出了更多空間。將電機安裝在車輪上，設計師們就擁有更多空間進行汽車布局設計。消費者正逐漸認識到其中的巨大價值。

但是輪轂電機的真正閃光點是汽車操控。傳統車輛在實現增大牽引和平穩控制等功能時，要靠降低車輪的轉速。但這種方式的響應速度慢且需要利用制動力。要擺脫輪胎打滑，施加驅動轉矩是個好辦法。而輪轂電機就可以做到這一點。事實上你可以在1毫秒內對制動力和電機轉矩進行準確控制，大大改善牽引及平穩控制，減少制動距離，增強駕駛性和安全性。

輪轂電機同時考慮到了扭矩矢量分配系統，即為不同的車輪應用不同轉矩，從而顯著改善汽車操作。比如本田在某些型號的汽車中裝入其超級操控全輪驅動系統，但所需的機械結構通常十分復雜且昂貴。如果汽車應用的是輪轂電機系統，那么扭矩矢量分配只需恰當的軟件就可以免費實現。有了這一功能，汽車將像行駛在軌道上一樣，在城市交通中反應敏捷，在高速路上保持平穩。

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為了達到這些目標，我們必須攻克一些技術難關。其中之一是實現逆變器的小型化和集成化：逆變器將電池的直流電轉變為適用電機的交流電。汽車的大多數逆變器為鞋盒大小，然而我們將逆變器縮小到原尺寸的一半，恰好可以安置在電機后面。這樣，每個電機僅用兩根直流電纜，而不需6根電纜輸送交流電。如果我們將逆變器安裝在其他位置，將無法避免采用6根電纜這種情況。

與大多數競爭性產品不同，我們的電機外部裝配有轉子，使定子與轉子間距（磁力作用區）處于最大半徑，從而在輪輞范圍內產生最大轉矩。利用這一方法，電機無需傳動裝置便可產生足夠轉矩，避免降低效率及產生噪音。

當然，產生轉矩需要耗費很多電能，因此線圈和電子線路會產生很多熱量。為此，我們必須想辦法將熱量導出電機，避免燒壞元件。那么我們究竟需要導出多少熱量？電爐上的一個加熱元件產生的熱量近3千瓦，而電機產生的熱量高達6千瓦。我們利用液體冷卻系統，包括安裝在汽車中間位置的一個散熱器，來導出這些熱量。

為了讓車輪經受住在車輛壽命期限內可能遇到的各種環境的考驗，我們的設計考慮到了各種情況。除了沖撞、振動、水及巖石，我們還預想到，當司機需要車輛供電時，電子設備會迅速變熱然后冷卻下來；反復熱循環會導致零部件提前退化。因此我們使用特殊鉆機對電子設備進行檢測并確認薄弱點。我們現在擁有的是一種非常穩定的設計，可以維持車輪在整個車輛壽命期內的運行。我們所定義的車輛壽命是行駛30萬公里，使用15年以及運轉8000小時，這是汽車行業的普遍期望值。

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然而我們還需要攻克一個難關：一些汽車制造商固化的思維模式。他們中的許多人早已認定輪轂電機不可行，很難說服他們改變。這就是為什么當我們和中國以及西方一些新建汽車制造商達成合作時，我們感到非常興奮，這些汽車制造商思想更加開放。

盡管與歐洲及北美傳統汽車制造商合作的進展緩慢，但我們正在努力。我們可以看到輪轂電機在需求強勁的應用方面擁有明顯的競爭優勢，比如低板貨車、電動全驅汽車以及卡車。此外，輪轂電機能夠節省很大空間，未來自動駕駛汽車的設計師們也對此興趣濃厚。

雖然在這里不能講述得太具體，但我們預期我們的客戶及戰略合作伙伴將在今年下半年發布一些振奮人心的消息。因此，普羅天恩充滿信心，最終將實現百年以前先驅們將電機裝進老式汽車車輪的愿景。