本报记者 刘兰明 梁和峰
10月7日,下午2时47分,当国内第一辆电驱动轮毂汽车,从江苏浩元动力科技有限公司的实验车间驶出时,项目组的13名研发人员情不自禁地鼓掌欢呼,热泪潸然。
虽然只是一辆改装实验车,但“镇江造”电驱动轮毂技术正式应用“上路”的革命性意义,仍令人激动不已。而整个研发过程一波三折、费尽心思,创新的艰难和成功的不易,一时引发感慨万千。
从实验台到车间门外不足百米,首辆电驱动轮毂汽车“驶过”却耗时近两年。“浩元”总经理徐润浩说,这份艰辛是向创新驱动的“中国制造2025”致敬,从“中国制造”到“中国创造”,即便中小企业也肩负使命,大有可为。
专利技术应用的 “最后一米”
距首次成功“上路”已过一周多,每天看到那辆实验车顺利地开出车间测试,徐润浩还是很激动。作为项目负责人,他最清楚电驱动轮毂技术付诸应用的意义所在,以及其间的各种艰辛。“越是意义重大的创新成果,越是来之不易。”
一年多前,浩元动力科技与江苏大学汽车工程研究院签订战略合作协议时,曾乐观认为电驱动轮毂汽车将在短时间内上路。彼时,浩元的汽车轮毂电驱动系统技术已基本成形,其准备配载的双凸极永磁电机,甚至已获得国家发明专利。然而事实并未如人意,徐润浩回忆,后来浩元遇到的问题在科研领域极具典型性:专利技术的产品应用受阻在“最后一米”。
“最后一米”的艰难,还是要从电驱动轮毂汽车本身说起。
当前全球电动汽车的主流驱动方式是集中电机驱动,即以电机替代内燃机,再和电动逆变器、变频器、变速器等组合成驱动系统驱动汽车,其间仍需利用机械设备传动,从而造成能耗。轮毂电驱动系统则把电机设计安装在车轮轮毂内,输出扭矩直接传输到车轮上驱动汽车,舍弃了机械传动部件,极大提高了驱动效能,使汽车行驶起来更加节能和灵活。
轮毂电驱动技术目前仅用于电动自行车,应用于汽车的技术远未成熟,全球目前仅宝马公司进行过实验性使用。徐润浩解释,相关难度显而易见,因为,车轮轮毂空间有限,可安装的电机只能驱动自行车而无力驱动汽车,“这就好比一个人只能举起100公斤的重量,现在要他举1000公斤。”
双凸极永磁电机就是这样一个“大力士”。它效能极高,普通电机的功率因素只在70%左右,它的功率因素却可达95%以上。但当这种电机应用到汽车轮毂上时,却出现适用性难题。
“当时的问题主要是不出扭矩,电机装上后只能输出几十牛米的扭矩,而驱动汽车需要几百牛米的扭矩。”徐润浩回忆。
哪里出现了问题?徐润浩带领研发团队,重新考量电机性能,不断重建仿真数学模型,踏上电机改造优化之旅。由于核心技术要保密,徐润浩没有从技术层面阐述电机优化过程的曲折艰辛,但一组数据或能成为注脚:从去年11月到今年3月,项目组共试制了八代电机样机,每一代样机都要拆装实验10多轮。加班更是经常的事。副总经理茅宴63岁了,这位年龄最大的项目组成员自称“加班最少”,但夜宿实验车间的天数也“不少于20天”,有时“通宵达旦”。
创新就是 “一波刚平一波又起”
第八代样机终于走完从专利到应用的“最后一米”。今年3月,电驱动轮毂电机成功实现结构优化和应用,单台电机可输出扭矩600-700牛米,“升级版”最大可输出1200牛米的扭矩,这已达到全球相关实验技术的最高水平,完全可驱动越野车。
然而,面对这一具有里程碑意义的成功,项目组还没来得及欣喜,就又遇到新难题。“轮毂电驱动是成功了,但行驶控制系统的研发还没有突破,车子仍无法真正上路。”
轮毂直接驱动对驱动轮的差速管理要求极高,相关控制技术一直是大难题。这其中,如何对驱动轮进行速度采样,又是难中之难。换言之,只要能精准采集驱动轮的速度,就能实现它们的差速管理。攻克这一难题,项目组也备尝艰辛。
这同样的是个不断失败继续坚持的过程。徐润浩介绍,研制速度采集系统时需要用到IGBT模块,这种控制模块每对6400元,一套系统得用6对。每开展一轮实验,就要更换全套模块,前后耗资数十万元。受资金所限,最后阶段要用IGBT模块时,项目组只敢购买核心部件,其余由自己制造。
散热也是难关。电驱动轮毂空间小,电机高速运转需要快速散热,但可用的散热技术大多是别人的专利,只能另辟蹊径。项目组想到青藏铁路为防止冻土层被高速摩擦的热量融化,利用热泵工质释放热量,便受此启发开发了自己的热泵散热系统。
“回想过去一年的研发之路,真是一波刚平一波又起。”徐润浩说,前不久得知今年诺贝尔生理学或医学奖得主屠呦呦,当年研制青蒿素时经过190次失败,头发已然花白的徐润浩表示,“真的感同身受,创新就是在不断失败中前进。”