De flesta bilägare tänker inte så mycket på hjulen och däcken på sina bilar - och vem kan egentligen skylla på dem? Om dina däck fungerar som de ska, finns det vanligtvis inte så mycket mer att tänka på. Det finns en betydande mängd teknik, design och forskning som går till att göra ett bra däck, men bara två saker kommer vanligtvis att tänka på när någon köper nya däck:Hur mycket kostar de? Och hur länge håller de?
Men i lite mer än ett decennium har många biltillverkare och däckföretag arbetat hårt för att förändra 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 i hjulet. Baserat på den beskrivningen kommer det förmodligen inte som en överraskning för dig att dessa något nya komponenter kallas för in-wheel-motorer. Och företag som Michelin hoppas att denna nya teknik kommer att revolutionera framtiden för transporter.
Grundprincipen bakom ett fordon utrustat med elmotorer på hjul är enkel. Den förbränningsmotor som normalt finns under huven är helt enkelt inte nödvändig. Den är ersatt med minst två motorer placerade i hjulnavet. Dessa hjul innehåller inte bara bromskomponenterna, utan också all funktionalitet som tidigare utfördes av motorn, transmissionen, kopplingen, fjädringen och andra relaterade delar.
Även om konceptet är relativt enkelt i teorin, ställer in-wheel-motorer en rad frågor om prestanda, funktion och effektivitet. Vi kommer att ta en titt på alla dessa frågor och fler med början på nästa sida.
Innehåll
Att tillverka ett fordon som använder elmotorer på hjul är en process som är mycket mer komplex än att bara riva ut motorn och sedan stoppa in elmotorer i det oanvända utrymmet inuti hjulet. Denna typ av elmotor är designad för att fungera på hybridfordon, fullbatteridrivna fordon och till och med bränslecellsdrivna elektriska fordon.
Mängden effekt som genereras av dessa in-wheel-motorer kan variera beroende på tillverkaren och storleken på motorn. Till exempel presenterade ett företag som heter Protean Electric en Ford F 150-lastbil på Specialty Equipment Market Association (SEMA)-mässan 2008. Protean modifierade Ford F-150 EV genom att ta bort V8-motorn och lägga till fyra in-wheel-elmotorer 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 vad som produceras av standard V8-motorn. Varje motor vägde endast 68 pund (31 kg) och fick kraft från ett 42 kWh litiumjonbatteri som gav lastbilen en räckvidd på 161 kilometer innan den laddades upp.
Antalet in-wheel-motorer som ett fordon faktiskt använder kan justeras för att uppfylla fordonskraven. Till exempel, i de flesta fall kommer två motorer att leverera tillräcklig effekt; men om du pratar om ett fyrhjulsdrivet (AWD)-fordon – antingen en terränglastbil eller en prestandabil – skulle det naturligtvis kräva fyra in-wheel-motorer.
Låt oss härnäst ta en titt på Michelins Active Wheel-system för att bättre förstå hur denna teknik fungerar.
Beroende på tillverkare kan en in-wheel-motor innehålla en mängd olika komponenter, men de flesta har samma grundläggande delar. Vi använder Michelins Active Wheel-system som vårt exempel.
Utsidan av en in-wheel-motor har mycket liten variation jämfört med ett standardhjul. Men när hjulet har tagits av fordonet, exponeras huvudelementen i det inbyggda elmotorsystemet. Det relativt lilla området innehåller bromssystemet, ett aktivt fjädringssystem och elmotorn som faktiskt driver hjulet. Det aktiva hjulupphängningssystemet är ett elektriskt manövrerat system som kan reagera på bara 3/1 000-delar av en sekund för att automatiskt korrigera lutande och rullande rörelser.
Vissa in-wheel motordesigner 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 denna regenerativa bromsteknik, som ger bilarna en längre räckvidd.
En av de största fördelarna med in-wheel elmotorer är det faktum att kraften går direkt från motorn direkt till hjulet. Att minska avståndet som kraften färdas ökar motorns effektivitet. Till exempel, i stadskörning, kan en förbränningsmotor endast köras med 20 procent verkningsgrad, vilket innebär att det mesta av dess energi går förlorad eller slösas bort via de mekaniska metoder som används för att få kraften till hjulen. En elmotor på hjul i samma miljö sägs fungera med cirka 90 procent effektivitet [källa:Lepisto].
Låter ganska bra, eller hur? Tja, fortsätt läsa för att ta reda på hur en elmotor i hjulen inte offrar kraft samtidigt som effektiviteten ökar.
Hittills har vi lärt oss att kombinationen av flera in-wheel-motorer kan ge mer än 600 hästkrafter och att de kan ta emot sin egen energi när de bromsar, men hur är det med den momentana kraften som ibland krävs vid hjulen? Med andra ord, ger dessa in-wheel elmotorer tillräckligt med vridmoment för varje applikation? När allt kommer omkring spelar vridmoment en viktig roll i alla bilars svarstid och prestanda, eller hur?
I ett fordon som är utrustat med elmotorer på hjul, finns det gott om vridmoment tillgängligt - nästan omedelbart, faktiskt. Elmotorer producerar ett högt vridmoment, och eftersom den kraften överförs direkt till hjulet förloras mycket lite i överföringen. Varje hjul kan utrustas med sensorer för att avgöra hur mycket vridmoment som krävs vid varje given tidpunkt. Liknande system finns i bilar på vägen nu, men svarstiderna är något långsammare på grund av antalet inblandade komponenter och de mer komplexa elektriska kommunikationsvägarna.
På ett fordon som är utrustat med elmotorer på hjul finns flera stora system inrymda i själva hjulet. Så det är bara naturligt att många av kärnkomponenterna i en traditionell bil kan tas bort. Vi nämnde i början av denna artikel att motorn, transmissionen, kopplingen, fjädring och andra relaterade delar kan elimineras på fordon utrustade med in-wheel-elektriska motorer eftersom in-wheel-komponenterna hanterar alla dessa funktioner. Detta ersättande av mekaniska funktioner med elektriska funktioner kallas ofta för by-wire-teknik -- som drive-by-wire eller broms-by-wire, till exempel.
Att eliminera motorn gör det möjligt att lägga till design- och strukturförbättringar till ett fordon. Hittills har testning av elmotorsystemet på hjul utförts av många biltillverkare och teknikföretag, inklusive Venturi Corporation of Monaco för användning i dess Volage-konceptfordon, men frågor om tillförlitlighet, hållbarhet och säkerhet är svåra att rapportera utan omfattande användning av systemet.
För mer information om elmotorer på hjul och de företag som utvecklar och testar tekniken, följ länkarna på nästa sida.
Relaterade HowStuffWorks-artiklar
