Flermotorarkitekturer i elbiler
Flere motorer gir en elbil flere momentkilder som kan styres uavhengig av hverandre, men øker også massen, mengden kraftelektronikk, kjølebehovet og antallet roterende komponenter. Verdien av en flermotorarkitektur avhenger av hvor effektivt bilen bruker motorene under akselerasjon, kurvekjøring, jevn fart, regenerering og feiltilstander.
Arkitekturer med én motor
En enkelt motor driver normalt to hjul gjennom et reduksjonsgir og en differensial. Forhjulsdrift plasserer drivenheten nær den styrende akselen og kan forenkle plattformer som er avledet av forhjulsdrevne biler. Bakhjulsdrift skiller fremdrift fra styring og kan gi bedre veigrep under akselerasjon fordi belastningen flyttes bakover.
Én motor kan likevel gi presis antispinnregulering, regenerativ bremsing og bremsebaserte inngrep i bilens girbevegelse. En mekanisk differensial lar venstre og høyre hjul rotere med ulik hastighet, mens en elektronisk styrt sperrefunksjon eller friksjonsbremsene kan omfordele det brukbare hjulmomentet.
Fordelene er få komponenter, lav masse, lave kostnader og små parasittap. Den viktigste begrensningen er at én aksel må stå for all fremdrift og regenerering.
To motorer og elektrisk firehjulsdrift
Den vanligste flermotorløsningen har én motor på hver aksel. Det finnes ingen mekanisk mellomaksel mellom dem. Bilens styreenhet kan raskt endre momentfordelingen mellom for- og bakakselen innenfor grensene for dekkenes veigrep, motorenes og vekselretternes kapasitet, aksellastene og batteriets effekt.
De to motorene trenger ikke å være identiske. En produsent kan velge en svært effektiv permanentmagnetmotor til hovedakselen og en induksjonsmotor til sporadisk assistanse. Audi bruker en permanentmagnetisert synkronmotor bak og en asynkronmotor foran i Q6 e-tron quattro, mens Tesla oppgir en permanentmagnetmotor bak og en induksjonsmotor foran for de aktuelle Model 3 AWD-versjonene.
Styreenheten kan hovedsakelig bruke den mest effektive akselen ved lav belastning, koble inn den andre motoren for akselerasjon eller bedre veigrep og bruke én eller begge til regenerering. Strategien avhenger av virkningsgradskartet til hver drivenhet og ikke av en fast regel om at den ene akselen alltid er bedre.
Deaktivering og frakobling av en aksel
En strømløs motor kan fortsatt gi tap. Permanentmagneter induserer spenning hver gang rotoren roterer, mens tannhjul, lagre, tetninger og olje fortsetter å bevege seg. Induksjonsmaskiner og elektrisk magnetiserte maskiner kan redusere rotorfluksen når de ikke produserer moment, men de mekaniske tapene består.
En frakoblingskobling hindrer en del av sekundærdriften i å rotere med hjulene. Det kan redusere tapene ved jevn fart, særlig for en permanentmagnetmotor, men koblingen og aktuatoren øker massen og kostnadene, krever styrte overganger og tilfører enda en feilmodus. Ved gjeninnkobling må de roterende delene synkroniseres, og momentet må gjenopprettes uten en merkbar forstyrrelse.
Om frakoblingen sparer energi, avhenger av kjøresyklusen. Fordelen kan være liten hvis den andre akselen ofte trengs, mens det samme utstyret kan være verdifullt ved jevn motorveikjøring.
Systemer med tre motorer
En elbil med tre motorer har vanligvis én motor på den ene akselen og to uavhengig styrte motorer på den andre. Hvis hver av de to motorene har en separat girforbindelse til ett hjul, kan akselen fordele positivt og regenerativt moment mellom venstre og høyre side uten en vanlig differensial.
Denne oppbygningen gjør det mulig å styre girmomentet direkte: Et høyere drivmoment på det ytre hjulet kan hjelpe bilen med å svinge, mens ulike regenerative momenter kan bidra under nedbremsing. Den tilgjengelige momentvektoreringen er fortsatt begrenset av hvert dekks samlede veigrep i lengde- og sideretningen.
Tre motorer betyr ikke alltid hjuluavhengig moment. I andre arkitekturer kan tre maskiner kombineres gjennom felles gir eller koblinger. Den mekaniske kraftveien må være kjent før man trekker slutninger om egenskapene ut fra antallet motorer.
Fire motorer
En arkitektur med fire motorer kan tildele én motor til hvert hjul, selv om en bil også kan integrere to motorer i hver akseldrivenhet. Styreenheten kan da justere fremdrift og regenerering ved alle fire hjul.
Rivians andre generasjon av Quad-Motor-systemet bruker individuelt styrte motorer og automatisk frakobling av bakakselen. Mercedes-Benz dokumenterer tre aksialfluksmotorer — ikke fire — i sin AMG GT 4-Door Coupe fra 2026, noe som viser hvorfor akseloppbygningen er viktigere enn enkle markedsføringskategorier.
Uavhengige hjulmotorer kan reagere raskt og unngå kompromissene ved en mekanisk differensial. De mangedobler også antallet vekselrettere eller vekselretterkanaler, sensorer, lagre, tannhjul og kjøleveier samt behovet for programvarekoordinering. Ulempen med høyere uavfjæret masse ved ekte navmotorer gjelder ikke automatisk for karosserimonterte motorer som driver hjulene gjennom drivaksler.
Momentvektorering er en systemegenskap
Momentvektorering betyr å skape bevisst ulike brukbare drivmomenter eller regenerative momenter mellom aksler eller hjul. Uttrykket angir ikke hvordan dette oppnås. Systemer kan bruke:
- uavhengige motorer;
- en aktiv differensial eller en koblingspakke;
- bremseinngrep;
- ulike kommandoer til for- og bakmotor;
- en kombinasjon av disse metodene.
Styreenheten anslår dekkenes kapasitet ved hjelp av hjulhastigheter, styrevinkel, akselerasjon, girhastighet og kjøretøymodeller. Den må koordinere ønsket fremdrift med stabilitetskontrollen og friksjonsbremsene. Ved høy sideakselerasjon kan dekket ha svært lite veigrep i lengderetningen igjen til ytterligere vektoreringsmoment.
Motormoment er heller ikke det samme som hjulmoment. Girutvekslingen og drivlinjens virkningsgrad multipliserer akselmomentet, mens dekkradiusen omdanner hjulmoment til kraft i lengderetningen. Det er misvisende å sammenligne systemer bare ut fra oppgitt motormoment uten disse størrelsene.
Virkningsgrad, ytelse og termiske grenser
En høyere installert motoreffekt kan gi bedre akselerasjon uten å presse én maskin til grensen. Den kan også fordele den regenerative bremsingen og gi termisk reserve ved gjentatt kjøring med høy belastning.
Under vanlig kjøring gir ekstra drivenheter imidlertid elektriske og mekaniske tap. En effektiv styreenhet velger kombinasjonen som har lavest samlet tap fra batteriet til hjulene ved det ønskede driftspunktet. Det kan innebære én aksel, begge aksler med lavere belastning eller en frakoblet aksel.
Motorenes samlede toppeffekt kan ikke alltid legges sammen. Batteriets utladningseffekt, strømmen i DC-bussen, vekselretterkapasiteten, akslenes veigrep og de termiske grensene kan begrense systemeffekten til mindre enn den aritmetiske summen. Det samme gjelder regenerering når batteriets evne til å ta imot lading er den aktive begrensningen.
Redundans og begrenset drift
Flere motorer gir mulighet for fortsatt fremdrift etter at én drivenhet er deaktivert, men redundans oppstår ikke automatisk. Felles batterikontaktorer, kjølekretser, styreenheter, kommunikasjonsforbindelser eller høyspenningsbusser kan fortsatt være felles feilpunkter.
En sikker begrenset driftstilstand må også håndtere girbevegelsen. Et plutselig momenttap på den ene siden av en aksel med uavhengig drevne hjul kan skape et styremoment. Styreenhetene trenger feildeteksjon, koordinert momentreduksjon og tilstrekkelig gjenværende bremse- og stabiliseringskapasitet.
Fortsett gjennom motorserien
Gå tilbake til Electric Motors and Drive Units for hele serien om motorer og drivenheter.