电动汽车为何不用电机直接驱动车轮？

在某知识分享平台上，有人曾提出过这样一个问题：

不管是燃料电池还是什么其他的方式，最终转换为电力来驱动是未来汽车的发展方向。可是看介绍，现在以特斯拉为代表的纯电动汽车，都只是将引擎替换为电机，依然使用齿轮变速箱进行动力传递。那么，为何不采用四个同步或步进电机直接驱动4个车轮？这样直接省略掉齿轮箱和离合器，然后由车载电脑精确控制四个轮子的转速和转矩，比什么适时四驱，双离合什么的不是强太多了？

是呀，为什么呢？

问题下面回答者给出的回答参差不齐，通过筛选、编辑、整合，小编整理出来如下内容，算是为这个问题提供一个稍微正规全面的答案。

问题中所提出的这种采用四个电机直接驱动4个车轮电动的汽车叫独立驱动电动汽车或者分布式驱动电动汽车，由轮毂电机或者轮边电机驱动。轮边电机和轮毂电机都是直驱的，但是最大的区别就是轮毂电机的集成度要比轮边电机高很多。轮毂电机可以把电机、制动器甚至主动悬架集成到轮毂很小的空间内，很显然可以节省相当大的空间，轮边电机相当于把一个普通的交流或者直流电机插到轮毂里，比较笨重。

米其林轮毂电机

轮边电机

一般市面上的轮毂/轮边电机都是无刷直流电机，一般2kw的也就1000块钱左右，但是如果要保证控制精度和响应时间的话，就要用永磁同步电机，价格一下飙升好几倍，基本都上万。

言归正传，其实，这种轮毂/轮边电机直驱的电动汽车，早在上个世纪初就有人搞过了，这家公司的名字叫保时捷。

前轮驱动的车辆

自此大概九十年后，日本也开始从事这方面的研究，包括丰田、三菱等汽车公司和庆应大学、东京大学、东京农工大学、横滨国立大学等高校。

丰田的轮毂电机电动汽车

庆应大学创造出来的汽车ELIICA，已经不满足于四轮驱动了，直接改八轮驱动，在意大利的赛道测试时，最高速度达到370km/h。

ELIICA

欧美也有不少企业和高校也在搞这个东西，如下面这辆：

国内很多高校也有研究，最有名的就是同济大学的春晖三号，就是下面这辆：

既然这么多企业和高校都在搞这种电动汽车，那么又是为什么没看到有人投放市场呢？

事实上我们需要先明确一个情况，那就是现在已经有一些汽车公司已经推出了双轮边电机驱动的电动客车（注意，是客车），比如比亚迪K9，已经在西安的大街小巷跑了。但是，这仅仅是客车的推广，四轮驱动或者是小型汽车都没有投放市场。

接下来让我们从技术的角度来看看这个问题。

先举一个小例子。假设一个人的体力可以搬动180Kg的东西。那么现在有一块180Kg的石块，这个人要想移动它，他可以用尽全身力气，很吃力的搬动；再者，他可以用一根杠杆很轻松的撬动石头。

现在开始切入正题。

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一般汽车的车轮的受力和力矩的情况如下图所示：

（1）根据P=f·v（P为电动机功率，f为汽车驱动力，v为汽车速度）可以知道，当汽车的功率即电动机的功率一定的情况下，在汽车起步的时候，汽车速度v很小，所以此时的汽车驱动力f很大；

（2）根据M=f·R可以知道，车轮半径R是一定的，汽车起步时f很大，所以此时的转矩很大；

（3）根据M=（9549·P）/n，其中n为车轮转速，功率P一定，转矩M很大，在此种情况下，汽车要想顺利起步，则需要转速n非常小才行。

以上三步说明了汽车要想顺利起步，车轮需要很小的转速才行，而如果按题主所假设，将电动机直接装在驱动轮上，在此种情况下，不考虑对电动机的损坏大小的同时，理论上在电动机功率P符合要求的情况下，只要转速非常小就可以使得汽车起步。但是，这时就像是在刚开始时候举得例子，一个人用尽全身力气去搬动180kg的石头。但是，如何就像是一个人使用杠杆去撬动180kg的石头呢？当然是电动机不直接装在车轮上，而是装在原来的位置，动力需要经过变速器传到驱动轮上。

（4）变速器的主要作用就是改变发动机（该题目下为电动机）到驱动轮传动比的转换，而传动比的大小直接影响到车轮转速的快慢。我们知道传动比i=n1/n,其中n1为电动机的转速，n为车轮转速，变形得到n=n1/i，此时要使得n非常小，在n1一定的情况下，可以增大传动比i。传动比的大小的调节主要是根据变速器不同齿数的齿轮啮合实现的。

所以在这种情况下，汽车在电动机转速一定，即功率不改变的情况下，可以通过使用变速器改变传动比的大小，而顺利的起步，可想而知，这样起步对电动的损坏也比较小。

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大部分汽车的车轮是固定在汽车的车桥上，而不是车架上，车桥又与车架相连。可谓是车桥起到承上启下的作用，上支撑车架，下固定车轮。如果，让电动机直接驱动车轮，也就是电动机直接与车轮相连接，这时候，车桥就没法在安装。

在这种情况下，电动机在作为动力的同时，不得不兼起到车桥的作用，其上，固定着车轮，链接着车架，此时的电动机必然承受很大的弯矩M1=F·l（为容易理解，处理方便，该处暂时不考虑电动机与车架之间的受力关系，将弯矩按照力矩来处理），在不考虑安装难度的情况下，要想满足使用要求，电动机的的机身和轴的刚度必须足够大，这就要求电动机的尺寸较大。

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汽车在转弯时候，内外侧的车轮转速是不一样的，这就要求汽车必须有差速装置，以满足汽车在转弯时不同车轮的不同转速要求。如果，将电动机直接装在驱动轮上，那么汽车在转弯的时候，就需要车载电脑控制不同驱动轮上的电动机的转速差精确才可以。

但是，在一些特殊的行驶路面上，即使是车载电脑准确的控制电动机的转速形成车轮间的转速差还是不能够使得汽车有良好的通过性。这种情况即在汽车的一侧驱动轮在很滑的路面上，另一侧驱动轮在一般的路面上，这时两侧驱动轮的驱动力是不一样的，甚至有些情况下，处在很滑的路面上的车轮在疯狂的空转，而另一侧的车轮却一点不动，导致汽车无法通过该种路径。有的汽车上的差速器就解决了这种问题，以“托森差速器”为例。装有这种差速器的汽车在遇到上述的路面时，可以合理分配转矩到两侧车轮，不至于出现一侧车路飞转，另一侧车轮不转的情况。若是用电动机直接驱动车轮的话，两侧驱动轮上的电动机的转矩不易在协调的同时分配合理。

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采用四个电机直接驱动4个车轮电动的独立驱动电动汽车是由轮毂电机或者轮边电机驱动，而目前轮毂电机或者轮边电机的技术要直接应用在车轮上还是不过关的。要想全面应用，还需要进一步的技术支持。

下面列出的是轮毂电机的几条技术难点：

1、轮毂电机系统集驱动、制动、承载等多种功能于一体，优化设计难度大；

2、车轮内部空间有限，对电机功率密度性能要求高，设计难度大；

3、电机与车轮集成导致非簧载质量较大，恶化悬架隔振性能，影响不平路面行驶条件下的车辆操控性和安全性。同时，轮毂电机将承受很大的路面冲击载荷，电机抗振要求苛刻；

4、车辆大负荷低速爬长坡工况下容易出现冷却不足导致的轮毂电机过热烧毁问题，电机的散热和强制冷却问题需要重视；

5、车轮部位水和污物等容易集存，导致电机的腐蚀破坏，寿命可靠性受影响；

6、轮毂电机运行转矩的波动可能会引起汽车轮胎、悬架以及转向系统的振动和噪声。

美国EDI公司老总曾说，他从上世纪八十年代初就开始搞插电式混合动力汽车，三十年后，这种汽车才有机会投放到市场，原因很简单，就是省油，污染少，环境友好。同样，在这个集中驱动电动汽车大行其道的时代，如果分布式驱动电动汽车完成了技术积累，而且遇到了一个很好的市场契机，投放市场并非不可能。

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