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車(chē)輪的轉動(dòng)要靠扭矩驅動(dòng)，輪轂電機技術(shù)允許將電力動(dòng)力裝置安裝在車(chē)輪內，直接為其提供所需的扭矩，同時(shí)也可用作制動(dòng)裝置。結合新的系統架構，這種電機不僅能提高效率和安全性，更為通過(guò)軟件升級，定制個(gè)性化汽車(chē)開(kāi)辟了道路。西門(mén)子的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一輛試驗車(chē)。

德國慕尼黑西門(mén)子中央研究院（CT）的汽車(chē)試驗處，看上去不太像一個(gè)汽車(chē)專(zhuān)業(yè)設施——這里沒(méi)有一團團的油污、黑乎乎的尾氣排放痕跡或刺鼻的汽油味。不過(guò)，這不足為奇，因為這里是清潔電動(dòng)汽車(chē)的試驗室。此時(shí)此刻，升降裝置正將一輛白底綠色圖案的流線(xiàn)型敞篷跑車(chē)懸空抬至與人身高齊平的位置，仿佛要突出展示其杰出的空氣動(dòng)力學(xué)設計。在德國環(huán)境部的支持下，西門(mén)子與Roding汽車(chē)、TRW汽車(chē)及其他小企業(yè)合作開(kāi)發(fā)了這輛車(chē)。在這個(gè)試驗處，這輛車(chē)的車(chē)軸被連接至外部的4個(gè)巨大的風(fēng)冷式電機，后者龐大的身軀與汽車(chē)形成了鮮明的對比——這是用于通過(guò)單獨改變每個(gè)車(chē)輪的轉速，模擬各種行駛情況的典型試驗裝置。

這輛電動(dòng)汽車(chē)的特性是，將兩個(gè)非常小巧的輪轂電機直接安裝在車(chē)輪鋼圈內。事實(shí)上，早在112年前，*批采用輪轂電機的電動(dòng)汽車(chē)便已問(wèn)世——1900年巴黎世博會(huì )上驚艷亮相的保時(shí)捷Lohner Porsche就是一個(gè)例子。

西門(mén)子研究人員為Roding跑車(chē)配備了兩個(gè)輪轂電機。這些電力動(dòng)力裝置安裝在車(chē)輪鋼圈內，可產(chǎn)生高達2500牛米的總扭矩。

輪轂電機堪稱(chēng)理想的驅動(dòng)裝置，因為可以將之安裝在車(chē)輪內，直接為其提供所需的扭矩。從技術(shù)上講，尺寸其實(shí)不是問(wèn)題，關(guān)鍵在于不受自由活動(dòng)部件的影響，盡可能提高電機的密封性，以確保不會(huì )受到塵土或濕氣的損害。很長(cháng)一段時(shí)間以來(lái)，人們總是擔心在車(chē)輪上安裝如此大型的裝置會(huì )影響操控性能，此外，由于電機本身缺乏減震能力，因此人們也擔心當汽車(chē)在崎嶇不平的地面上行駛時(shí)，安裝在車(chē)輪內的電機會(huì )受到損害。實(shí)驗表明，這樣的擔心是多余的，并且未來(lái)甚至可能直接在車(chē)輪上安裝彈簧。

實(shí)際上，輪轂電機無(wú)需占用汽車(chē)內部空間，對設計者而言，這一特性帶來(lái)了全新的機遇。西門(mén)子中央研究院電動(dòng)汽車(chē)概念開(kāi)發(fā)主管Gernot Spiegelberg教授表示，“常規汽車(chē)必須圍繞著(zhù)動(dòng)力系進(jìn)行設計，而采用輪轂電機的汽車(chē)則允許我們探索新的途徑。拜這項技術(shù)進(jìn)步所賜，現在我們可以設計出擁有人機工程學(xué)設計和操控性能的汽車(chē)，而無(wú)須煩惱要將引擎安置在哪里。”

其最大的優(yōu)點(diǎn)是，不再需要任何沉重的高能耗凸輪軸、變速箱或差速器。大多數電動(dòng)汽車(chē)還不需要離合器或齒輪。這輛試驗敞篷跑車(chē)所使用的輪轂電機可以從一開(kāi)始就提供所需的動(dòng)力，并且無(wú)需任何換擋操作，即可以1000牛米的扭矩（在短距離沖刺中，扭矩可高達2500牛米），將汽車(chē)加速至每小時(shí)160公里。該系統還可在70%的制動(dòng)操作中，回收幾乎所有的勢能和動(dòng)能。

西門(mén)子研究人員Gunter Freitag博士（左圖）在檢查輪轂驅動(dòng)裝置，該裝置亦可被用作電子制動(dòng)器。

西門(mén)子中央研究院電機開(kāi)發(fā)組負責人Gunter Freitag博士表示，“我們的目標不是追求高速度。因此，我們采用電子技術(shù)，將這輛車(chē)的最高速度限制在每小時(shí)120公里。對我們而言，更為重要的是以部分引擎負荷，實(shí)現很高的效率。我們在一輛流線(xiàn)型跑車(chē)中采用了這項技術(shù)，但我們的開(kāi)發(fā)目標是，打造一輛大部分時(shí)間在中等負荷范圍內行駛的城市車(chē)輛。”

其實(shí)，Freitag不喜歡人們將他的輪轂驅動(dòng)裝置稱(chēng)為“電機”。他認為，“機器”是一個(gè)更為恰當的術(shù)語(yǔ)，因為該電機還可作為制動(dòng)裝置。這兩臺電機都具備高性能（連續工作功率：63千瓦；最高功率：120千瓦），總輸出功率達325馬力。這一點(diǎn)非常重要，因為哪怕該電機充當制動(dòng)裝置和發(fā)電機，以電能形式將回收的制動(dòng)能量存儲到蓄電池中時(shí)，仍可提供如此高的功率。因此，這輛車(chē)的電機制動(dòng)系統非常強大，足以產(chǎn)生法律要求的當機械制動(dòng)系統失靈時(shí)使車(chē)輛停止下來(lái)所需的總制動(dòng)力的30%。

再生制動(dòng)現已是電動(dòng)汽車(chē)的標準特性，但西門(mén)子工程師研制的輪轂機器遠遠超越了當今的技術(shù)水平。迄今為止，電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)發(fā)者總是設定一個(gè)當駕車(chē)者松開(kāi)油門(mén)時(shí)就開(kāi)始制動(dòng)車(chē)輛的恒定阻力矩。一旦駕車(chē)者踩下剎車(chē)，標準摩擦制動(dòng)器就會(huì )起作用，并將相對很大一部分動(dòng)能轉化為熱量，白白浪費掉。

在西門(mén)子的設計中，這輛車(chē)在剛開(kāi)始減速時(shí)僅采用電氣制動(dòng)裝置，直到所需制動(dòng)力達到總制動(dòng)力的30%以上時(shí)，才使用常規摩擦制動(dòng)器。Freitag解釋道，“然而，經(jīng)驗表明，在所有制動(dòng)操作中，70%以上的情況下不需要這樣做。換句話(huà)說(shuō)，在這種情況下，我們可以將制動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生的動(dòng)能回收多達80%。”正如Freitag所指出，駕車(chē)者不會(huì )覺(jué)察到這種“混合制動(dòng)”有何異樣。這種創(chuàng )新技術(shù)，加上19.4千瓦時(shí)容量的鋰離子電池，為這輛Roding敞篷跑車(chē)帶來(lái)了120公里左右的續航距離。

輪轂電機已經(jīng)在彎道行駛中實(shí)現了極其精確的操控。今后幾年，輪轂電機還將實(shí)現汽車(chē)原地打轉。

系統化方法。顯然，僅當每臺電機均*由電子系統控制時(shí)，這輛敞篷跑車(chē)所采用的技術(shù)才能發(fā)揮優(yōu)勢。Spiegelberg堅信，朝著(zhù)電力動(dòng)力裝置轉變的趨勢，將迫使工程師*反思整個(gè)系統，而不是像以往那樣，僅考慮改進(jìn)某個(gè)組件。他解釋道，“當前這股從內燃機向電力動(dòng)力裝置轉變的趨勢，讓我們有機會(huì )*改造車(chē)輛的整個(gè)神經(jīng)系統。”這種發(fā)展也將大幅提升安全性和舒適度。譬如，所有控制系統都將連接起來(lái)，并且可以自動(dòng)激活，而無(wú)需駕車(chē)者執行任何操作。

未來(lái)，當每個(gè)車(chē)輪都配備了可以單獨控制的電機時(shí)，將更是如此。如今的防抱死系統僅當車(chē)輪抱死時(shí)被動(dòng)地重新松開(kāi)制動(dòng)器，與之不同的是，專(zhuān)門(mén)打造的輪轂電機可以精確制動(dòng)，而不會(huì )造成車(chē)輪抱死。這也使這種電動(dòng)汽車(chē)可以更加安全地以更高的速度駛過(guò)彎道。

Freitag解釋道，“如果每個(gè)車(chē)輪都裝配一個(gè)驅動(dòng)裝置，就可以設計出能夠在高速駛過(guò)急轉彎時(shí)極其快速地作出反應的汽車(chē)，因為每個(gè)電機都將以較合理的方式自動(dòng)加速。在高速公路上，這種汽車(chē)操控起來(lái)就像轎車(chē)一樣順暢、穩定，并且僅需輕觸按鈕，即可完成這一切操作。”專(zhuān)家稱(chēng)之為“扭矩定向”。

在不久的將來(lái)，可能不僅將驅動(dòng)裝置、制動(dòng)器和減震器，而且將轉向系統全部都集成到每個(gè)車(chē)輪中。

請不妨想象，如果汽車(chē)的兩個(gè)前輪旋轉，而同時(shí)兩個(gè)后輪換擋，會(huì )怎么樣？汽車(chē)將寸步不移，至少常規汽車(chē)會(huì )是這樣。但如果左輪朝前旋轉，右輪朝后旋轉，汽車(chē)則將原地打轉。這是件好事——不僅是對于今天那些需要三次操作才能完成調頭的駕車(chē)新手，許多其他方面亦可從中受益。

當然，也可以讓4個(gè)車(chē)輪都朝右，形成一條右曲線(xiàn)，以便將車(chē)停入最狹小的泊車(chē)位——或許是在泊車(chē)輔助系統的幫助下。

利用其車(chē)輛試驗裝置，西門(mén)子的專(zhuān)家可以通過(guò)單獨改變每個(gè)車(chē)輪的轉速，模擬任何行駛情況。

電子油門(mén)（Drive-by-Wire）。所有這些技術(shù)都不可避免地引出如下問(wèn)題：未來(lái)的汽車(chē)究竟是誰(shuí)在開(kāi)？人，還是機器？換言之，我們的汽車(chē)會(huì )不會(huì )成為機器人？

西門(mén)子中央研究院的Michael Armbruster博士說(shuō)：“有一項新技術(shù)，將有助于安全、簡(jiǎn)單地實(shí)現未來(lái)的整體式駕駛輔助系統，自動(dòng)進(jìn)行制動(dòng)、轉向、推進(jìn)等等操作。”Armbruster在斯圖加特大學(xué)航空器系統研究院獲得了他的博士學(xué)位。在加盟西門(mén)子之前，Armbruster在將現代航空器中使用的電傳操縱飛行控制系統（fly-by-wire），引入面向陸地車(chē)輛的全面故障導向安全電子控制系統方面，發(fā)揮了重要作用。

然而，這樣的系統要求新型車(chē)輛控制和通信技術(shù)。在電子油門(mén)系統中，不是以機械方式轉動(dòng)車(chē)輪，而是通過(guò)電子信號進(jìn)行定位，這種設計允許集成每一種可能的電子輔助系統。配備了這種系統的車(chē)輛可以自行泊車(chē)，可以在危險情況下自動(dòng)剎車(chē)，并且可以自動(dòng)輔助駕車(chē)者駛過(guò)道路施工工地。未來(lái)，創(chuàng )新駕駛輔助系統提供的不計其數的輔助功能，將更加重要，因為越來(lái)越多的老年人也想開(kāi)車(chē)出行。甚至可以想象，這些汽車(chē)將可以*自動(dòng)行駛。

當然，采用內燃機的車(chē)輛也可以使用電子油門(mén)。不過(guò)這要求逐漸替換或連接現有組件。轉變?yōu)殡娏?dòng)力系統，從根本上讓設計工程師有機會(huì )重新打造車(chē)輛系統。當驅動(dòng)系統、制動(dòng)系統、懸掛系統和轉向系統等都被集成到每個(gè)車(chē)輪中，并實(shí)現始終如一的安全控制時(shí)，這種新型車(chē)輛系統將尤為充分地釋放其效率。

但是，要將這個(gè)愿景變成現實(shí)，電子系統必須可靠，硬件也必須實(shí)現冗余。西門(mén)子研究人員從概念上區分了硬件和功能。他們認為，控制裝置不需要知道是哪個(gè)硬件在執行其命令。歸功于這種對硬件和功能的區分，我們設計出可靈活擴展的軟件，允許通過(guò)即插即用式設備，隨時(shí)添加新的功能。

配備了西門(mén)子輪轂電機的Roding電動(dòng)敞篷跑車(chē)擁有325馬力的輸出功率；這輛汽車(chē)的鋰離子電池可實(shí)現約120公里續航距離。

目前，西門(mén)子工程師正在與數家研究機構及工業(yè)企業(yè)合作，將他們的愿景變成現實(shí)。在德國經(jīng)濟和技術(shù)部的支持下，這些組織計劃在2014年年底，開(kāi)發(fā)并試驗一個(gè)面向電動(dòng)汽車(chē)的全新系統架構。

這個(gè)架構將允許駕車(chē)者就像如今更新和升級計算機程序那樣，為其車(chē)輛添加輔助安全系統。畢竟，人們永遠不知道老了以后是否需要泊車(chē)輔助系統——還有什么安裝方式比下載更好呢？