Wie In-Wheel-Motoren funktionieren

Michelin hofft, dass sein Active Wheel-System bald bei den Autoherstellern ankommt. Michelin North America, Inc..

Die meisten Autobesitzer denken nicht viel über die Räder und Reifen ihrer Autos nach - und wer kann ihnen wirklich die Schuld geben? Wenn Ihre Reifen so funktionieren, wie sie sollen, gibt es normalerweise nicht viel mehr zu überlegen. Es gibt eine beträchtliche Menge an Technologie, Design und Forschung, die für die Herstellung eines guten Reifens erforderlich sind, aber beim Kauf neuer Reifen fallen normalerweise nur zwei Dinge ein: Wie viel kosten sie? Und wie lange werden sie dauern?

Seit etwas mehr als einem Jahrzehnt arbeiten viele Autohersteller und Reifenhersteller hart daran, die Art und Weise zu ändern, wie Autobesitzer über ihre Reifen denken und sie verwenden. Insbesondere möchten sie die Stromversorgung des Fahrzeugs sowie viele andere integrale Bestandteile eines funktionierenden Automobils in das Rad einbauen. Aufgrund dieser Beschreibung wird es Sie wahrscheinlich nicht überraschen, dass diese etwas neuen Komponenten als Radmotoren bezeichnet werden. Und Unternehmen wie Michelin hoffen, dass diese neue Technologie die Zukunft des Verkehrs revolutionieren wird.

Das Grundprinzip eines Fahrzeugs mit Elektromotoren im Rad ist einfach. Der normalerweise unter der Haube befindliche Verbrennungsmotor ist einfach nicht erforderlich. Es wird durch mindestens zwei Motoren ersetzt, die sich in der Radnabe befinden. Diese Räder enthalten nicht nur die Bremskomponenten, sondern auch alle Funktionen, die früher von Motor, Getriebe, Kupplung, Federung und anderen verwandten Teilen ausgeführt wurden.

Obwohl das Konzept theoretisch relativ einfach ist, werfen Radmotoren eine Reihe von Fragen zu Leistung, Funktion und Effizienz auf. Wir werden uns all diese und weitere Fragen ab der nächsten Seite ansehen.

Inhalt

1. Motorleistung im Rad
2. Wirkungsgrad des Radmotors
3. Motorleistung im Rad

Der Protean F 150 EV hat keinen Motor; Es verfügt jedoch über vier In-Wheel-Elektromotoren, die mehr als 100 PS pro Motor (insgesamt über 400 PS) leisten können. Foto mit freundlicher Genehmigung von Protean Electric

Die Herstellung eines Fahrzeugs mit Elektromotoren im Rad ist ein viel komplexerer Prozess, als nur den Motor herauszureißen und dann die Elektromotoren in den nicht genutzten Raum im Rad zu stopfen. Dieser Elektromotortyp ist für Hybridfahrzeuge, vollbatteriebetriebene Fahrzeuge und sogar brennstoffzellenbetriebene Elektrofahrzeuge ausgelegt.

Die von diesen Radmotoren erzeugte Leistung kann je nach Hersteller und Größe des Motors variieren. Zum Beispiel stellte ein Unternehmen namens Protean Electric 2008 auf der Messe Speciality Equipment Market Association (SEMA) einen Ford F 150 vor. Protean modifizierte den Ford F-150 EV, indem er den V8-Motor entfernte und dem Motor vier In-Wheel-Elektromotoren hinzufügte LKW. Jeder der vier Protean Drive-Motoren leistet jeweils über 100 PS, insgesamt 400 PS von allen vier Motoren - weit mehr als der Standard-V8-Motor. Jeder Motor wog nur 31 Kilogramm und wurde mit einer 42-kWh-Lithium-Ionen-Batterie betrieben, die dem Lkw vor dem Aufladen eine Reichweite von 161 Kilometern bot.

Die Anzahl der Radmotoren, die ein Fahrzeug tatsächlich verwendet, kann an die Fahrzeuganforderungen angepasst werden. In den meisten Fällen liefern beispielsweise zwei Motoren ausreichend Leistung. Wenn Sie jedoch von einem Allradfahrzeug (AWD) sprechen - entweder einem Geländewagen oder einem Hochleistungsauto -, wären natürlich vier In-Wheel-Motoren erforderlich.

Schauen wir uns als nächstes das Active Wheel-System von Michelin an, um besser zu verstehen, wie diese Technologie funktioniert.

Das Active Wheel-System von Michelin enthält nicht nur den Elektromotor, der das Rad tatsächlich antreibt, sondern auch das Bremssystem und ein aktives Federungssystem. Michelin North America, Inc..

Je nach Hersteller kann ein Radmotor eine Vielzahl von Komponenten enthalten, die meisten haben jedoch die gleichen Grundteile. Als Beispiel verwenden wir das Active Wheel-System von Michelin.

Die Außenseite eines Radmotors weist im Vergleich zu einem Standardrad nur sehr geringe Abweichungen auf. Sobald jedoch das Rad vom Fahrzeug abgenommen wird, liegen die Hauptelemente des Elektromotorsystems im Rad frei. Dieser relativ kleine Bereich enthält das Bremssystem, ein aktives Aufhängungssystem und den Elektromotor, der das Rad tatsächlich antreibt. Das aktive Radaufhängungssystem ist ein elektrisch betriebenes System, das in nur 3 / 1000stel Sekunden reagieren kann, um Nick- und Rollbewegungen automatisch zu korrigieren.

Einige Radmotorkonstruktionen bieten auch das sogenannte regenerative Bremsen. Das heißt, das System erfasst beim Bremsen einen Teil seiner eigenen kinetischen Energie und sendet sie zurück, um die Batterie aufzuladen. Einige Hybride, wie der Toyota Prius und der Tesla Roadster, verfügen bereits über diese regenerative Bremstechnologie, die den Automobilen eine längere Reichweite bietet.

Einer der größten Vorteile von Elektromotoren im Rad ist die Tatsache, dass die Leistung direkt vom Motor direkt auf das Rad übertragen wird. Durch Verringern der zurückgelegten Strecke erhöht sich der Wirkungsgrad des Motors. Beispielsweise kann ein Verbrennungsmotor unter städtischen Fahrbedingungen nur mit einem Wirkungsgrad von 20 Prozent laufen, was bedeutet, dass der größte Teil seiner Energie durch die mechanischen Methoden verloren geht oder verschwendet wird, um die Kraft auf die Räder zu bringen. Ein In-Wheel-Elektromotor in derselben Umgebung soll mit einem Wirkungsgrad von etwa 90 Prozent arbeiten [Quelle: Lepisto].

Klingt ziemlich gut, oder? Lesen Sie weiter, um herauszufinden, wie ein Elektromotor im Rad nicht die Leistung opfert und gleichzeitig den Wirkungsgrad erhöht.

Das Mitsubishi CT-Konzept verwendet den Mitsubishi In-Wheel Electric Vehicle (MIEV) -Hybridantriebsstrang, der in jedem der vier Räder des Fahrzeugs einen Elektromotor verwendet. AP Foto / Paul Sancya

Bisher haben wir erfahren, dass die Kombination mehrerer Radmotoren mehr als 600 PS leisten kann und dass sie beim Bremsen ihre eigene Energie erhalten können. Aber was ist mit der momentanen Leistung, die manchmal an den Rädern benötigt wird? Mit anderen Worten, bieten diese In-Wheel-Elektromotoren für jede Anwendung genügend Drehmoment? Schließlich spielt das Drehmoment eine wichtige Rolle für die Reaktionszeit und Leistung eines Automobils, nicht wahr??

In einem Fahrzeug mit In-Wheel-Elektromotoren steht ausreichend Drehmoment zur Verfügung - eigentlich fast augenblicklich. Elektromotoren erzeugen ein hohes Drehmoment, und da diese Kraft direkt auf das Rad übertragen wird, geht bei der Übertragung nur sehr wenig verloren. Jedes Rad kann mit Sensoren ausgestattet werden, um zu bestimmen, wie viel Drehmoment zu einem bestimmten Zeitpunkt benötigt wird. Ähnliche Systeme gibt es derzeit in Autos auf der Straße, aber die Reaktionszeiten sind aufgrund der Anzahl der beteiligten Komponenten und der komplexeren elektrischen Kommunikationswege etwas langsamer.

Bei einem Fahrzeug mit Elektromotoren im Rad sind mehrere wichtige Systeme im Rad selbst untergebracht. Es liegt also nahe, dass viele der Kernkomponenten eines traditionellen Automobils entfernt werden können. Wir haben am Anfang dieses Artikels erwähnt, dass Motor, Getriebe, Kupplung, Federung und andere verwandte Teile bei Fahrzeugen mit In-Wheel-Elektromotoren entfallen können, da die In-Wheel-Komponenten alle diese Funktionen übernehmen. Dieses Ersetzen mechanischer Funktionen durch elektrische Funktionen wird oft als bezeichnet By-Wire-Technologie -- wie zum Beispiel Drive-by-Wire oder Brake-by-Wire.

Durch den Wegfall des Motors können einem Fahrzeug Design- und Strukturverbesserungen hinzugefügt werden. Bisher haben viele Autohersteller und Technologieunternehmen, darunter die Venturi Corporation aus Monaco, Tests des Elektromotorsystems im Rad durchgeführt, um sie in ihrem Volage-Konzeptfahrzeug einzusetzen. Fragen der Zuverlässigkeit, Haltbarkeit und Sicherheit sind jedoch nur schwer zu beantworten Nutzung des Systems.

Weitere Informationen zu Elektromotoren im Rad und zu den Unternehmen, die die Technologie entwickeln und testen, finden Sie unter den Links auf der nächsten Seite.

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Weitere großartige Links

• Michelin USA
• Hi-Pa-Laufwerk F-150

Quellen

• Doggett, Scott. "Michelin wird Active Wheel kommerzialisieren; Technologie wird 2010 bei Autos erscheinen." Edmunds.com. 1. Dezember 2008. (10. März 2009) http://blogs.edmunds.com/greencaradvisor/Manufacturers/heuliez/
• Eureka Magazin. "Argumente für bürstenlose Räder." September 2008. (10. März 2009) http://www.pmlflightlink.com/pdfs/eureka.pdf
• Garrett, Jerry. "Die Ausstellung für brandheiße Leistung nimmt eine grüne Wendung." Die New York Times. 6. November 2008. (10. März 2009) http://www.nytimes.com/2008/11/09/automobiles/09SEMA.html
• GreenCar.com. "Könnten In-Wheel-Motoren das nächste große Ding sein?" 1. Oktober 2007. (11. März 2009) http://www.greencar.com/articles/could-wheel-motors-next-big-thing.php
• Lepisto, Christine. "Michelin enthüllt aktives Rad in einem erschwinglichen Elektroauto." TreeHugger.com. 30. November 2008. (9. März 2009) http://www.treehugger.com/files/2008/11/active-wheel-affordable-electric-car.php
• Michelin. "Michelin Active Wheel." 2. Oktober 2008. (4. März 2009) http://www.michelin.com/corporate/actualites/en/document.DocumentRepositoryServlet?codeDocument=7735&codeRepository=MICHCORP&codeRubrique=salonauto2008