据报道,2025年全球电动汽车轮毂电机市场销售额达到1.79亿美元,预计2032年将攀升至5.91亿美元,年复合增长率高达18.8%。在这一赛道上,拥有百年积淀的德国零部件巨头舍弗勒(Schaeffler)凭借其PowerWheel系列轮毂驱动产品,率先实现了商用化落地,不仅为自动驾驶穿梭巴士、市政多用途车提供了理想的驱动方案,更在中国设立了全球研发中心,开启了轮毂电机的量产元年。(下图来源于舍夫勒(英国)有限公司官网)
一、模块化集成
与传统集中式驱动不同,舍弗勒轮毂驱动系统采用模块化和平台化设计理念,将所有驱动、制动及安全相关的关键零部件高度集成于轮毂之中。该系统集成了轮毂轴承、电机、行星减速机构、制动器和冷却系统等核心部件,还可根据客户需求单独搭配电机控制器。
从电机类型来看,舍弗勒主攻减速驱动型结构,采用内转子+外定子的构型,配合行星齿轮减速机构实现扭矩放大。这种设计使电机可以在较高转速下运行,从而显著提升功率密度、实现小型化。
在制动方案上,系统集成了机械摩擦制动,可根据需求选用鼓式或盘式制动系统,同时配合电机的能量回收制动,形成双重制动机制,兼顾安全与效率。整个系统的逆变器未集成在轮毂内,可安装于车身的任何位置,一个逆变器可控制一到两台轮毂电机,大大降低了电气系统的复杂度和成本。(下图来源于舍夫勒(英国)有限公司官网)
二、性能参数
舍弗勒当前主推的PowerWheel轮毂驱动产品线,提供了高度可扩展的功率和扭矩范围,以满足不同车型和应用场景的需求:
峰值功率18 – 85 kW
持续功率9 – 38 kW
峰值扭矩900 – 2,250 N·m
持续扭矩250 – 850 N·m
在电压平台方面,舍弗勒的产品线涵盖低压48V到高压400V,可承载1至3吨的整车重量。其第四代产品的某款型号峰值转矩为700 N·m、峰值功率40 kW、额定功率33 kW,可适配A0级小型汽车。
据报道,舍弗勒轮毂电机系统集成了扭矩矢量控制算法,车辆操控响应速度提升至80毫秒,较传统机械传动缩短60%。每个车轮的扭矩和旋转方向可独立控制,配合四轮驱动,即使在冰雪等复杂路况下也能轻松穿行。(下图来源于网络)
三、优势
1. 释放车身空间
舍弗勒轮毂驱动系统可完全放置在14英寸轮辋内,彻底解放了传统发动机和传动系统占用的车身空间,省出的空间可用于布置更大容量的电池或货物。这种设计还减少了零部件数量,简化了车辆组装流程。
2.高效节能,
相较于传统电动汽车传动系统,轮毂电机能显著提升整体效率,幅度约在8%至15%之间。电机直接驱动车轮的设计消除了中间传动环节的能量损耗,电机制动能量回馈与机械摩擦制动协同工作,进一步提升了续航能力。
3.极致灵活操控,
得益于每个车轮扭矩的独立控制,采用舍弗勒轮毂电机的车辆可实现90°转向、原地转向乃至侧方停车。
轮毂轴承结构如下图所示:(下图来源于网络)
四、挑战
1. 簧下质量增加
轮毂电机将动力、传动和制动装置整合到轮毂内,增加了簧下质量,对车辆悬架系统的设计和调校提出了更高要求。这也是轮毂电机技术在乘用车领域推广缓慢的核心原因之一。
2.散热环境恶劣
轮毂电机密封在轮辋内,且靠近制动器,散热条件远不如车架上的集中式驱动电机。永磁体的工作温度一般不能超过140℃,过热会直接导致性能下降甚至损坏。
3.成本压力较高
每个轮毂电机都需要一套独立的电控系统,IGBT、芯片等关键电子件进口价格较高,整体系统成本高于传统集中式驱动。
五、应用
舍弗勒轮毂电机的量产已经迈出坚实一步。来自瑞士的多功能车辆制造商Jungo公司将成为首批采用舍弗勒轮毂驱动系统的客户之一,双方根据商业街清扫的日常实际需求进行了定制化开发。
舍弗勒计划将轮毂电机产品推广至更广泛的多用途车和服务车辆领域,覆盖城镇、工厂园区、物流中心、港口、机场及大型停车场等场景。此类车辆行驶路线固定、续航里程可预测,与纯电驱动系统高度契合。搭载舍弗勒轮毂驱动系统的德国汉堡城市自动驾驶中巴士已在公共道路上开展测试,中国的自动驾驶共享汽车项目也正在推进中