Flermotorarkitekturer i elbiler
Flere motorer giver en elbil flere momentkilder, der kan styres uafhængigt, men øger også masse, effektelektronik, kølebehov og antallet af roterende komponenter. Værdien af en flermotorarkitektur afhænger af, hvor effektivt bilen udnytter motorerne under acceleration, kurvekørsel, jævn fart, regenerering og fejltilstande.
Arkitekturer med én motor
En enkelt motor driver normalt to hjul gennem et reduktionsgear og et differentiale. Forhjulstræk placerer drivenheden tæt på den styrende aksel og kan forenkle platforme, der er afledt af forhjulstrukne biler. Baghjulstræk adskiller fremdrift fra styring og kan forbedre vejgrebet under acceleration, fordi belastningen flyttes bagud.
Én motor kan stadig levere præcis antispinregulering, regenerativ bremsning og bremsebaseret indgreb i bilens giring. Et mekanisk differentiale lader venstre og højre hjul rotere med forskellig hastighed, mens en elektronisk styret spærrefunktion eller friktionsbremser kan omfordele det anvendelige hjulmoment.
Fordelene er få komponenter, lav masse, lave omkostninger og små parasitære tab. Den væsentligste begrænsning er, at én aksel skal levere al fremdrift og regenerering.
To motorer og elektrisk firehjulstræk
Den mest almindelige flermotorløsning har én motor på hver aksel. Der er ingen mekanisk kardanaksel mellem dem. Bilens styreenhed kan hurtigt ændre momentfordelingen mellem for- og bagaksel inden for grænserne for dækkenes vejgreb, motorernes og inverternes kapacitet, akselbelastningerne og batteriets effekt.
De to motorer behøver ikke være identiske. En producent kan vælge en meget effektiv permanentmagnetmotor til den primære aksel og en induktionsmotor til lejlighedsvis assistance. Audi anvender en permanentmagnetiseret synkronmotor bagtil og en asynkronmotor fortil i Q6 e-tron quattro, mens Tesla angiver en permanentmagnetmotor bagtil og en induktionsmotor fortil i de relevante Model 3 AWD-versioner.
Styreenheden kan primært benytte den mest effektive aksel ved lav belastning, tilkoble den anden motor ved acceleration eller behov for vejgreb og bruge den ene eller begge til regenerering. Strategien afhænger af hver drivenheds virkningsgradskort og ikke af en fast regel om, at den ene aksel altid er bedst.
Deaktivering og frakobling af en aksel
En deaktiveret motor kan stadig skabe tab. Permanente magneter inducerer spænding, hver gang rotoren drejer, mens tandhjul, lejer, tætninger og olie fortsat bevæger sig. Induktionsmaskiner og elektrisk magnetiserede maskiner kan reducere rotorens magnetiske flux, når de ikke leverer moment, men de mekaniske tab består.
En frakoblingskobling forhindrer en del af det sekundære drev i at rotere med hjulene. Det kan mindske tabene ved jævn fart, især for en permanentmagnetmotor, men koblingen og aktuatoren øger masse og omkostninger, kræver styrede overgange og tilføjer endnu en fejlmulighed. Ved genindkobling skal de roterende dele synkroniseres, og momentet skal genetableres uden en mærkbar forstyrrelse.
Om frakoblingen sparer energi, afhænger af driftsmønstret. Fordelen kan være lille, hvis den anden aksel ofte er nødvendig, mens det samme udstyr kan være værdifuldt ved jævn motorvejskørsel.
Systemer med tre motorer
En elbil med tre motorer har normalt én motor på den ene aksel og to uafhængigt styrede motorer på den anden. Hvis hver af de to motorer har en særskilt gearforbindelse til ét hjul, kan akslen fordele positivt og regenerativt moment mellem venstre og højre side uden et traditionelt differentiale.
Denne opbygning giver mulighed for direkte styring af girmomentet: Et højere drivmoment på det yderste hjul kan hjælpe bilen med at dreje, mens forskellige regenerative momenter kan bidrage under deceleration. Den mulige momentvektorering er stadig begrænset af hvert dæks samlede vejgreb i længde- og sideretningen.
Tre motorer betyder ikke altid hjuluafhængigt moment. I andre arkitekturer kan tre maskiner forbindes gennem fælles gear eller koblinger. Den mekaniske kraftvej skal være kendt, før man udleder egenskaber af motorantallet.
Fire motorer
En arkitektur med fire motorer kan tildele én motor til hvert hjul, selv om en bil også kan samle to motorer i hver akseldrivenhed. Styreenheden kan derefter justere fremdrift og regenerering ved alle fire hjul.
Rivians anden generation af Quad-Motor-systemet anvender individuelt styrede motorer og automatisk frakobling af bagakslen. Mercedes-Benz dokumenterer tre aksialfluxmotorer — ikke fire — i sin AMG GT 4-Door Coupe fra 2026, hvilket viser, hvorfor akselopbygningen er vigtigere end enkle markedsføringskategorier.
Uafhængige hjulmotorer kan reagere hurtigt og undgå kompromiserne ved et mekanisk differentiale. De mangedobler også antallet af invertere eller inverterkanaler, sensorer, lejer, tandhjul og køleveje samt behovet for softwarekoordinering. Den øgede uaffjedrede masse fra egentlige navmotorer gælder ikke automatisk for karrosserimonterede motorer, der driver hjulene gennem drivaksler.
Momentvektorering er en systemegenskab
Momentvektorering betyder, at der bevidst skabes forskellige anvendelige driv- eller regenerative momenter mellem aksler eller hjul. Udtrykket angiver ikke, hvordan det sker. Systemer kan bruge:
- uafhængige motorer;
- et aktivt differentiale eller en koblingspakke;
- bremseindgreb;
- forskellige kommandoer til for- og bagmotor;
- en kombination af disse metoder.
Styreenheden vurderer dækkenes kapacitet ved hjælp af hjulhastigheder, styrevinkel, acceleration, giringshastighed og bilmodeller. Den skal koordinere den ønskede fremdrift med stabilitetskontrollen og friktionsbremserne. Ved høj sideacceleration kan dækket have meget lidt vejgreb i længderetningen tilbage til yderligere vektoreringsmoment.
Motormoment er heller ikke det samme som hjulmoment. Gearudvekslingen og drivlinjens virkningsgrad multiplicerer akselmomentet, mens dækradius omdanner hjulmoment til kraft i længderetningen. Det er misvisende at sammenligne systemer ud fra et oplyst motormoment uden disse størrelser.
Virkningsgrad, ydeevne og termiske grænser
En højere installeret motoreffekt kan forbedre accelerationen uden at presse én maskine til dens grænse. Den kan også fordele den regenerative bremsning og give en termisk reserve ved gentagen drift med høj belastning.
Under almindelig kørsel medfører ekstra drivenheder dog elektriske og mekaniske tab. En effektiv styreenhed vælger den kombination, der har det laveste samlede tab fra batteri til hjul ved det ønskede driftspunkt. Det kan være én aksel, begge aksler med lavere belastning eller en frakoblet aksel.
Motorernes samlede spidseffekt kan ikke altid lægges sammen. Batteriets afladningseffekt, strømmen i DC-bussen, inverterkapaciteten, akslernes vejgreb og de termiske grænser kan begrænse systemydelsen til mindre end den aritmetiske sum. Det samme gælder for regenerering, når batteriets evne til at modtage ladestrøm er den aktive begrænsning.
Redundans og begrænset drift
Flere motorer giver mulighed for fortsat fremdrift, efter at én drivenhed er deaktiveret, men redundans opstår ikke automatisk. Fælles batterikontaktorer, kølekredsløb, styreenheder, kommunikation eller højspændingsbusser kan fortsat være fælles fejlpunkter.
En sikker begrænset driftstilstand skal også styre giringen. Et pludseligt tab af moment på den ene side af en aksel med uafhængigt drevne hjul kan skabe et styremoment. Styreenhederne skal kunne registrere fejl, koordinere momentreduktionen og bevare tilstrækkelig bremse- og stabiliseringskapacitet.
Fortsæt gennem motorserien
Gå tilbage til Electric Motors and Drive Units for at se hele serien om motorer og drivenheder.