Flermotorarkitekturer i elbilar
Fler motorer ger en elbil fler momentkällor som kan styras oberoende av varandra, men ökar också massan, mängden kraftelektronik, kylbehovet och antalet roterande komponenter. Värdet av en flermotorarkitektur beror på hur effektivt bilen använder motorerna vid acceleration, kurvtagning, jämn fart, regenerering och feltillstånd.
Arkitekturer med en motor
En enda motor driver normalt två hjul via en reduktionsväxel och en differential. Framhjulsdrift placerar drivenheten nära den styrande axeln och kan förenkla plattformar som bygger på framhjulsdrivna bilar. Bakhjulsdrift skiljer framdrivning från styrning och kan förbättra greppet vid acceleration, eftersom lasten förskjuts bakåt.
En motor kan ändå ge exakt antispinnreglering, regenerativ bromsning och bromsbaserade ingrepp i bilens girrörelse. En mekanisk differential låter vänster och höger hjul rotera med olika hastigheter, medan en elektroniskt styrd spärrfunktion eller friktionsbromsarna kan omfördela det användbara hjulmomentet.
Fördelarna är få komponenter, låg massa, låg kostnad och små parasitförluster. Den främsta begränsningen är att en axel måste stå för all framdrivning och regenerering.
Två motorer och elektrisk fyrhjulsdrift
Den vanligaste flermotorlösningen har en motor på vardera axeln. Det finns ingen mekanisk kardanaxel mellan dem. Bilens styrenhet kan snabbt ändra momentfördelningen mellan fram- och bakaxeln, inom gränserna för däckens grepp, motorernas och växelriktarnas kapacitet, axellasterna och batteriets effekt.
De två motorerna behöver inte vara identiska. En tillverkare kan välja en mycket effektiv permanentmagnetmotor för den primära axeln och en induktionsmotor för tillfällig assistans. Audi använder en permanentmagnetiserad synkronmotor bak och en asynkronmotor fram i Q6 e-tron quattro, medan Tesla anger en permanentmagnetmotor bak och en induktionsmotor fram för tillämpliga versioner av Model 3 AWD.
Styrenheten kan huvudsakligen använda den effektivare axeln vid låg belastning, koppla in den andra motorn för acceleration eller bättre grepp och använda en eller båda för regenerering. Strategin beror på verkningsgradskartan för varje drivenhet och inte på en fast regel om att den ena axeln alltid är bättre.
Avstängning och frånkoppling av en axel
En strömlös motor kan fortfarande orsaka förluster. Permanentmagneter inducerar spänning varje gång rotorn snurrar, medan kugghjul, lager, tätningar och olja fortsätter att röra sig. Induktionsmaskiner och elektriskt magnetiserade maskiner kan minska rotorflödet när de inte producerar moment, men de mekaniska förlusterna kvarstår.
En frånkopplingskoppling hindrar en del av den sekundära drivningen från att rotera med hjulen. Det kan minska förlusterna vid jämn fart, särskilt för en permanentmagnetmotor, men kopplingen och ställdonet ökar massan och kostnaden, kräver kontrollerade övergångar och tillför ytterligare ett felsätt. Vid återinkoppling måste de roterande delarna synkroniseras och momentet återställas utan en märkbar störning.
Om frånkopplingen sparar energi beror på körcykeln. Fördelen kan vara liten om den andra axeln ofta behövs, medan samma utrustning kan vara värdefull vid jämn motorvägskörning.
System med tre motorer
En elbil med tre motorer har vanligen en motor på den ena axeln och två oberoende styrda motorer på den andra. Om var och en av de två motorerna har en separat växelväg till ett hjul kan axeln fördela drivmoment och regenerativt moment mellan vänster och höger sida utan en konventionell differential.
Denna uppbyggnad möjliggör direkt kontroll av girmomentet: Ett högre drivmoment på det yttre hjulet kan hjälpa bilen att svänga, medan olika regenerativa moment kan bidra under inbromsning. Den tillgängliga momentvektoreringen begränsas fortfarande av varje däcks sammanlagda grepp i längd- och sidled.
Tre motorer innebär inte alltid hjulindividuellt moment. I andra arkitekturer kan tre maskiner kombineras genom gemensamma växlar eller kopplingar. Den mekaniska kraftvägen måste vara känd innan man drar slutsatser om förmågan utifrån antalet motorer.
Fyra motorer
En arkitektur med fyra motorer kan tilldela en motor till varje hjul, även om en bil också kan integrera två motorer i varje axeldrivenhet. Styrenheten kan då justera framdrivning och regenerering vid alla fyra hjulen.
Rivians andra generation av Quad-Motor-systemet använder individuellt styrda motorer och automatisk frånkoppling av bakaxeln. Mercedes-Benz dokumenterar tre axialflödesmotorer — inte fyra — i sin AMG GT 4-Door Coupe från 2026, vilket visar varför axeluppbyggnaden är viktigare än enkla marknadsföringskategorier.
Oberoende hjulmotorer kan reagera snabbt och undvika kompromisserna med en mekanisk differential. De mångdubblar också antalet växelriktare eller växelriktarkanaler, givare, lager, kugghjul och kylvägar samt behovet av programvarusamordning. Nackdelen med högre ofjädrad massa hos verkliga navmotorer gäller inte automatiskt karossmonterade motorer som driver hjulen via drivaxlar.
Momentvektorering är en systemförmåga
Momentvektorering innebär att avsiktligt skapa olika användbara drivmoment eller regenerativa moment mellan axlar eller hjul. Uttrycket anger inte hur detta åstadkoms. System kan använda:
- oberoende motorer;
- en aktiv differential eller ett kopplingspaket;
- bromsingrepp;
- olika kommandon till fram- och bakmotor;
- en kombination av dessa metoder.
Styrenheten uppskattar däckens kapacitet med hjälp av hjulhastigheter, styrvinkel, acceleration, girhastighet och fordonsmodeller. Den måste samordna den begärda framdrivningen med stabilitetskontrollen och friktionsbromsarna. Vid hög sidoacceleration kan däcket ha mycket lite grepp i längdled kvar för ytterligare vektoreringsmoment.
Motormoment är inte heller samma sak som hjulmoment. Utväxlingen och drivlinans verkningsgrad multiplicerar axelmomentet, medan däckradien omvandlar hjulmoment till kraft i längdled. Det är missvisande att jämföra system enbart utifrån angivet motormoment utan dessa storheter.
Verkningsgrad, prestanda och termiska gränser
En högre installerad motoreffekt kan förbättra accelerationen utan att pressa en enda maskin till dess gräns. Den kan också fördela den regenerativa bromsningen och ge termisk reserv vid upprepad körning med hög belastning.
Under vanlig körning medför extra drivenheter dock elektriska och mekaniska förluster. En effektiv styrenhet väljer den kombination som har lägst total förlust från batteriet till hjulen vid den begärda driftpunkten. Det kan innebära en axel, båda axlarna med lägre belastning eller en frånkopplad axel.
Motorernas sammanlagda toppeffekt kan inte alltid adderas. Batteriets urladdningseffekt, strömmen i DC-bussen, växelriktarnas kapacitet, axlarnas grepp och de termiska gränserna kan begränsa systemeffekten till mindre än den aritmetiska summan. Detsamma gäller regenerering när batteriets förmåga att ta emot laddning är den aktiva begränsningen.
Redundans och begränsad drift
Flera motorer skapar möjlighet till fortsatt framdrivning efter att en drivenhet har stängts av, men redundans uppstår inte automatiskt. Gemensamma batterikontaktorer, kylkretsar, styrenheter, kommunikationslänkar eller högspänningsbussar kan fortfarande vara gemensamma felpunkter.
Ett säkert begränsat driftläge måste också hantera girrörelsen. Ett plötsligt momentbortfall på ena sidan av en axel med oberoende drivna hjul kan skapa ett styrmoment. Styrenheterna behöver feldetektering, samordnad momentreduktion och tillräcklig kvarvarande broms- och stabiliseringsförmåga.
Fortsätt genom motorserien
Gå tillbaka till Electric Motors and Drive Units för hela serien om motorer och drivenheter.