究竟什么是神秘的轮毂电机？原来，这是一种将汽车的“动力、传动和制动”功能集成于单一电机中的系统——该电机直接安装在每个车轮的边缘，从而独立驱动特定车轮。比亚迪为每款车型配备了四个独立的轮毂电机，并将这项创新技术命名为“e-4D”，意即通过四个独立电机分别从四轮输出动力，实现真正意义上的原地360度旋转，完全无需借助任何转向机构即可轻松转弯。

轮毂电机与轮边电机：

من الناحية الهيكلية:

1. محرك العجلة: يُدمج محرك العجلة مباشرةً داخل العجلة، ويُثبَّت بدقة في المكان الذي كانت تشغل فيه أجزاء الفرملة الأصلية داخل الإطار. يتيح هذا التصميم بذكاء استغلال مساحة معينة لاستيعاب المحرك، لكنه يزيد في الوقت ذاته بشكل طبيعي من الوزن الكلي للعجلة، وهو ما يُعرف بـ«الكتلة غير المدعومة». بالإضافة إلى ذلك، ونظرًا للمساحة المحدودة المتاحة، لا تستطيع هذه المحركات عادةً توفير قدرة خرج عالية جدًا، إذ غالبًا ما تتراوح قدرتها القصوى بين 50 و80 كيلوواط فقط. ومع ذلك، كلما ارتفعت قدرة المحرك، زاد وزن الكتلة غير المدعومة، مما قد يؤدي في النهاية إلى تراجع أداء السيارة في التحكم، خاصةً عند المنعطفات حيث يصبح التأثير أكثر وضوحًا.

2. محرك العجلة: لا يُدمج هذا النوع من المحركات مباشرةً داخل الحافّة، بل يتم تركيبه خارجيًا ونقل الطاقة عبر عمود نقل الحركة إلى العجلتين اليمنى واليسرى بشكل منفصل، مما يتيح الدفع—ويتشابه هذا التصميم مع أنظمة الدفع المركزية التقليدية. إلا أنه، وعلى عكس الأنظمة التقليدية، لم يعد يعتمد على جهاز تروس الفرق، بل يزوّد كل عجلة بالدفع مباشرةً بواسطة محركين مستقلين عبر أعمدة دفع. ومن الجدير بالذكر أن المجموعة الكاملة للمحرك تُثبَّت أعلى هيكل المركبة، لتصبح بذلك جزءًا من الكتلة غير المدعومة بنوابض. لا يقتصر تأثير هذا التصميم على تحسين أداء التحكم في المركبة بشكل كبير فحسب، بل يزيد أيضًا من مرونة تخطيط المساحة بشكل كبير، مما يسمح للنظام بإنتاج قوة هائلة للغاية. عادةً ما يمكن لعجلة واحدة فقط أن تولّد قدرة تتراوح بين 200 و300 كيلوواط، بينما قد تصل القدرة الإجمالية للمركبة بأكملها إلى ما بين 800 و1000 كيلوواط—وتعتبر هذه القدرة الهائلة إنجازًا مذهلاً! وفي الواقع العملي، فإن مستوى القوة هذا يكفي عادةً ليضاهي أداء سيارة رياضية فائقة بقوة حوالي 1000 حصان.

من ناحية الأداء:

1. محركات العجلات: مناسبة فقط للمركبات من الفئة A وما دون، لأنها لا تستطيع توفير أداء قيادة استثنائي للمركبة بأكملها.

2. محركات العجلات: تتمتّع بعض طرازات الأداء العالي—مثل الطرازات التي تقارب مستوى السيارات الرياضية، أو حتى الطرازات من الفئة B وما فوق—بقدرة أعلى على التوليد، وأداء أفضل في التسارع، وتحكم أكثر تميزًا.

زيادة أو نقصان الأجزاء:

1. المحور: نوع واحد مزود بترس تقليل داخلي، بينما النوع الآخر لا يحتوي عليه. حاليًا، إذا أردت الحصول على قدرة إخراج عالية من المحرك الكهربائي—وخاصة في التطبيقات التي تتطلب سرعات دوران عالية مثل السيارات—فأنت بحاجة بالتأكيد إلى استخدام علبة تروس. فمن دون علبة التروس، لن يكون بالإمكان زيادة القدرة بشكل أكبر إطلاقًا. على سبيل المثال، عادةً ما تصل قدرة المحركات المنخفضة السرعة المستخدمة في الدراجات الكهربائية إلى حد أقصى يتراوح بين 30 و40 كيلوواط فقط، لكن عند دمجها مع تصميم ذي تروس، يمكن لهذه المحركات بسهولة إنتاج قوة هائلة تتراوح بين 50 و80 كيلوواط.

2. التصميم الحافِي للعجلات: عادةً ما يُصمَّم محركنا ليعمل بسرعات عالية تتراوح بين 15,000 و20,000 دورة في الدقيقة، مما يتيح إنتاج طاقة مرتفعة نسبيًا. في المركبات ذات الدفع بعجلتين، يتضمن هذا التصميم محركًا ووحدة تحكم إلكترونية وصندوق تروس تخفيض—ما يؤدي إلى الاستغناء تمامًا عن القير التقليدي. وبدلًا من ذلك، تُنقل القوة مباشرةً عبر التروس إلى العجلتين اليمنى واليسرى. بالمقارنة، تحتاج المركبات ذات الدفع بأربع عجلات إلى تركيب *مجموعتين* من هذه الأنظمة، مما يغني تمامًا عن القير السابق المستخدم لضبط سرعة العجلات غير المتماثلة. وبالتالي، لم يعد القير يتحمل أي إجهاد ميكانيكي، بل تولت أنظمة إلكترونية مهمة توزيع العزم بدلاً منه.

3. ESP: لن ينخفض؛ لا يزال من الضروري مراقبة عزم الدوران والسرعة الدورانية.

4. التعليق الهوائي: نظرًا لأن محركات الحافّة لا تحتاج إلى محرك واحد لتشغيلها، فإن المحورين النصفيين يمكن فعليًا أن ينفصلا عن بعضهما البعض من الناحية الحركية. وهذا يجعل تصميم التعليق أكثر تفوقًا دون التأثير على تركيب نظام التعليق الهوائي.

مزايا محركات العجلات:

1. التنقل: يتم تشغيل كل عجلة بشكل مستقل، وتتمتع بقدرة فائقة على السير في الطرق الوعرة. وهي تستجيب بسرعة للعزم—على سبيل المثال، عندما تفقد إحدى العجلات اتصالها المفاجئ بالأرض، فإن الأجزاء الأخرى من المركبة تظل قادرة على الحفاظ على استقرارها وتشغيلها بشكل ثابت. وحتى في الظروف القصوى، تكاد لا تتأثر استقرار المركبة أو طاقتها الناتجة.

2. التوجيه: بفضل محركات الدفع، يمكن لكل عجلة أن تدور في الاتجاهين، مع إمكانية ضبط السرعة بحرية—مما يتيح للمركبة نظريًا تحقيق نصف قطر دوران صغير جدًا. في جوهر الأمر، يشبه هذا رسم دائرة مثالية تمامًا.

3. السلامة والاستقرار: يتم تحقيق ضبط سريع لاستقرار المركبة، مما يسمح بتنفيذ الانجراف بسهولة حتى أثناء القيادة بسرعات عالية. وحتى في حال حدوث انفجار مفاجئ في الإطار الأمامي أثناء السير بسرعة عالية، فبمجرد أن يكتشف النظام ميلان الجسم، سيقوم على الفور بتعديل سرعة وعزم دوران كل محرك—مستعيدًا بسرعة توازن المركبة ويضمن استمرارها في التحرك بسلاسة نحو الأمام دون فقدان السيطرة.

عيوب محركات العجلات:

1. الأسعار مرتفعة، وهي مناسبة فقط للسيارات الراقية.

2. التحكم صعب للغاية - فحتى الفشل المفاجئ في توجيه العجلات الأمامية قد يؤدي إلى انحراف المركبة عن مسارها، مما يسبب مشكلات تتعلق بالسلامة.

3. من ناحية التصميم، أُضيفت بالفعل مكوّن إضافي، مما أدى إلى زيادة طفيفة في الحجم الكلي. وحتى إذا استُخدمت غلاف قياسي، فإنّه في حال استمرار استخدام الألمنيوم، قد يظل من الضروري في النهاية اللجوء إلى سبائك المغنيسيوم — بل وقد يتمّ حتى دمج كربيد السيليكون بشكل أكبر لتحقيق تصميم أكثر كثافة، مما سيؤدي حتمًا إلى ارتفاع التكلفة.

قيمة الدراجة:

تتميز موديلات «يانغ وانغ» الراقية من شركة «بي واي دي» بتقنيات متقدمة تم تطويرها بالكامل داخليًا. يحتوي المجمع الحركي للعجلة على محرك كهربائي واحد مدمج، قادر على إنتاج قوة تقارب 200 كيلوواط - وعندما تعمل المحركات الأربعة معًا، تصل القوة الكلية للسيارة إلى ما يقرب من 800 كيلوواط. ولتحقيق الصغر والكفاءة العالية، يستخدم هذا النظام وحدة تحكم إلكترونية قائمة على كربيد السيليكون. بالإضافة إلى ذلك، يضم كل مجمع حركي للعجلة قفل تفاضلي مزدوج في الأمام والخلف، مما يسمح للمحركين بتأمين العجلات بشكل متزامن أو بتشغيل عجلة واحدة بشكل مستقل؛ كما تم دمج قفل مركزي في التصميم العام. وفقًا للحسابات، تبلغ تكلفة هذه التكوينات حوالي 20 ألف يوان صيني لكل جانب (تشمل محركين ووحدتي تحكم إلكترونيتين)، بينما تتجاوز التكلفة الإجمالية لنظاميّ التحكم الأمامي والخلفي بسهولة حاجز الـ 40 ألف يوان صيني.

تبلغ أسعار أجهزة إلكترونيات الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون حوالي 4000 إلى 4500 يوان، وتبلغ تكلفة المحرك حوالي 3000 إلى 3500 يوان، في حين تُخصص الـ 1500 يوان المتبقية لصندوق التروس.

التحكم الكهربائي: من المؤكد أن شركة «بي واي دي» تورّد بنفسها كربيد السيليكون، إذ إن تكاليف الإنتاج داخل الشركة أقل بشكل ملحوظ—سواء بالنسبة للوحدات أو لتعبئة الأجهزة.

غلاف المحرك: بعضه يتم شراؤه من الخارج، بينما يوجد بعضه الآخر داخله.

تروس التباطؤ: تروس مصنوعة ذاتيًا، بالإضافة إلى شركات محاكية مثل تشونغدا وشوانغهوان.

من المحتمل أن يتم تصنيع المكونات من الدرجة الثانية بالكامل داخليًا، في حين تُستَقدَم المكونات من الدرجة الثالثة في الغالب من مصادر خارجية.

تخطيط المؤسسة:

1. هواوي: لقد بدأنا بالفعل في تطوير المجموعات المحورية للعجلات في عام 2020، وتمّ بالفعل إكمال النموذج الأولي B. مع ذلك، ونظرًا لأن أنظمة العجلات المحورية موجهة بشكل طبيعي نحو العلامات التجارية الراقية، يبدو من الصعب حاليًا العثور على طرازات سيارات مناسبة لتركيب هذه المنتجات.

2. بي واي دي: منذ المراحل الأولى لوضع براءات الاختراع - ابتداءً من عام 2018 - حصلت على ميزة واضحة.

3. شافلر: تُجري بالتعاون مع بي واي دي أبحاثًا ذات صلة، وقد أكملت في أوروبا بنهاية عام 2019 أعمال اختبارات وضبط المركبة بأكملها. بالإضافة إلى ذلك، طوّرت بشكل مستقل خوارزميات تحكم خاصة بإدارة المركبة بأكملها.

4. تسلا: نحن حاليًا نعمل على تطوير نسخة ذات ثلاث محركات لسيارة Model S Plaid. في هذه النسخة، يعتمد الدفع الخلفي على محركات في العجلات، بينما يُزوَّد الدفع الأمامي بالطاقة بواسطة محركات التيار المستمر. سيكون من المهم جدًا التحكم بشكل متزامن بين المشتت الإلكتروني ونظام التوجيه—رغم أنه من الناحية النظرية، فإن تركيب محركات في العجلات على المحور الأمامي قد يزيد من تعقيد التحكم في النظام بأكمله. لذلك، اخترنا تركيز محركات العجلات فقط على المحور الخلفي.

5. فولكسفاغن: هناك طراز آخر يعمل بالكهرباء بالكامل - يتمتع بمحركات في العجلات للدفع الخلفي، بينما يعتمد الدفع الأمامي على محركات تيار مستمر. وهذا يحاكي في الواقع التصميم ذا المحركين.

التحديات التي تواجه تصنيع مكونات محركات العجلات للسيارات الكهربائية:

1. من الناحية المنطقية: يشمل نطاق التطبيق الموديلات من الفئة D - أي السيارات التي لا تقل أسعارها عن حد معين وتتضمّن قضايا ذات صلة بتعريف العميل - ولذلك، فإن التقدّم على مستوى السيارة بأكملها يكون عادةً أكثر سلاسة مقارنةً بالتقدم على مستوى الأجزاء.

2. تقنية المكونات: التكامل العالي - من الضروري إتقان تقنيات «الكهرباء الثلاثة» الأساسية.

1) من ناحية الطاقة، يشمل ذلك وحدات تحكم المحركات القائمة على كربيد السيليكون، والتي عادةً ما تبلغ ترددات مفاتيح IGBT فيها حوالي 10 كيلوهرتز. ومع ذلك، يمكن أن تصل ترددات المفاتيح في كربيد السيليكون إلى 20 كيلوهرتز كحد أقصى — بل وقد تصل في بعض الحالات إلى 30 كيلوهرتز. إن ارتفاع تردد المفاتيح هذا يؤدي إلى زيادة كبيرة في الجهد اللحظي، مما يؤثر بشكل مباشر على تصميم مقاومة الجهد للمحرك.

2) تتعلق المحركات عالية السرعة التي تتجاوز سرعتها 15,000 دورة في الدقيقة بمشاكل التوازن الديناميكي وضوضاء الاهتزاز والخشونة، وتطرح تحديات تصنيعية كبيرة؛

3) تتطلب المكونات ذات الطاقة العالية بطاريات ذات سعة تفريغ عالية. عادةً، تعمل بطاريات الإدارة الحرارية القياسية بمعدل تفريغ يتراوح بين 3 و5C—ما يعني أن بطارية بسعة 100 كيلوواط ساعة يمكنها إنتاج طاقة تصل إلى 500 كيلوواط كحد أقصى. ومع ذلك، فإن كل محرك على مستوى العجلات يحتاج إلى 200 كيلوواط، وبالتالي فإن أربعة محركات مجتمعة تحتاج إلى 800 كيلوواط (200 كيلوواط × 4). لذلك، هناك حاجة ماسة إلى بطاريات تتمتع بقدرة تفريغ عالية تبلغ 8C. لكن في الوقت الحالي، يمثل تطوير مثل هذه البطاريات تحديًا كبيرًا، إذ يكمن التحدي الرئيسي في كيفية خفض المقاومة الداخلية للبطارية بشكل فعّال والتحكم الجيد بالحرارة. وإذا تم رفع سعة تخزين الطاقة للبطارية إلى 200 كيلوواط ساعة، فسيكفي معدل تفريغ يبلغ 4C لتلبية الاحتياجات، مما يُظهر بوضوح التوازن الهام بين كثافة الطاقة وقدرة التفريغ.

4) بالإضافة إلى ذلك: المحامل، التبريد والتزييت، خوارزميات التحكم، نظام إدارة الطاقة (EMS)، وغيرها.

مزايا بي واي دي:

في مجال إدارة الحرارة: أثناء تطوير الجيل الرابع من أنظمة الهجين، تمكّنا من تحقيق تقنية تبريد خلايا البطارية باستخدام المبردات - وهي حالياً الطريقة الأكثر كفاءة في التبريد.

بالنسبة للبطارية: يُزوَّد هذا الطراز الهجين بمحرك كهربائي بقدرة 160 كيلوواط موجَّه إلى العجلات الأمامية، ومحرك كهربائي آخر بقدرة 200 كيلوواط موجَّه إلى العجلات الخلفية. تبلغ سعة بطارية المركبة الكلية 40 كيلوواط ساعة، وتدعم معدل تفريغ يبلغ 8C. تُظهر «بي واي دي» أداءً متميزًا في هذا المجال - ففي السابق، عندما كانت تستخدم بطاريات ليثيوم أيون ثلاثية المكونات، كان معدل التفريغ لديها يقارب 15C، مع الاحتفاظ بأداء عالي الكفاءة حتى عند إخراج مستقر يبلغ حوالي 12C. أما عند استخدام بطاريات ليثيوم حديد فوسفات، فإن معدل التفريغ يبلغ عادةً من 8 إلى 10C، ويظل الإنتاج المستقر أعلى من 8C دائمًا.

من بين فئتي بطاريات شركة «بي واي دي»، تُعرف إحداهما ببطارية الطاقة، والأخرى ببطارية الطاقة العالية. تتميّز بطاريات الطاقة بكثافة طاقة عالية، في حين تتمتع بطاريات الطاقة العالية بمعدل تفريغ أعلى بشكل ملحوظ. تختلف التركيبات الكيميائية لكل من هاتين الفئتين من البطاريات، ومن الملاحظ بشكل خاص أن تكلفة إنتاج بطاريات الطاقة العالية عادةً ما تكون أعلى.

من المحتمل جدًا أن تستخدم بي واي دي يانغ وانغ بطاريات ليثيوم حمض الفوسفوريك؛ أما بطاريات ليثيوم الحديد والمنغنيز فمستبعدة، لأن ذلك سيؤدي إلى ارتفاع كبير في التكلفة.

حالات الاستخدام:

تتطلب حلول شركة «بي واي دي» أن يبلغ سعر بيع المركبة 500 ألف يوان على الأقل لجعل هذا المنتج مجديًا. في الوقت نفسه، قد تعتمد بعض الحلول من شركتي «تسلا» و«فولكسفاغن» في المرحلة الأولى على دفع العجلات الأمامية مع نظام طاقة مركزي، ثم تنتقل تدريجيًا إلى دفع العجلات من خلال محركات مثبتة عند العجلات—مما قد يجعل الموديلات التي تتراوح أسعارها حول 300 ألف يوان أمرًا واقعيًا.

سلسلة الموديلات المطلّة:

الرمز الداخلي هو 1234: حيث يمثل الرقم 1 سيارة الدفع الرباعي القوية التي تم طرحها بالفعل، والرقمان 2 و3 يمثلان سيارة كوبيه ببابين، أما الرقم 4 فهو سيارة دفع رباعي حضرية.

المواصفات: يجب أن تتمتع هذه المركبة بمدى سير يبلغ 1000 كيلومتر، وأن تتسارع من 0 إلى 62 ميلًا في الساعة (من 0 إلى 100 كيلومتر في الساعة) في حوالي 2.9 ثانية فقط، وأن تتجاوز سرعتها القصوى 260 كيلومترًا في الساعة.

تتمتع شركة بي واي دي داخليًا باثنين من تخطيطات البراءات ذات التقييم العالي: الأول هو التخطيط على شكل حرف U، والثاني هو التخطيط على شكل شبه منحرف.

1. يتميّز نظام R1 بشكل رئيسي بتصميمه على شكل سلم: إذ تقع صندوقي التروس في الوسط، بينما يُركَّب المحركان بجوار صناديق التروس مباشرةً—ويشبه هذا الترتيب السلم تمامًا. وتُثبَّت وحدة التحكم الإلكترونية أعلى المحركات والتروس المخفضة، مما يجعل المجموعة بأكملها تبدو مرتفعة نسبيًا. ومع ذلك، وبسبب احتواء هذا التصميم على عمود نصفي يمتد مباشرةً من التروس المخفضة، فإن الارتفاع الكلي للوحدة يزداد بشكل ملحوظ. رغم ذلك، فإن العمودين النصفيين اللذين يمتدان من جانبي المحور المركزي طويلان بشكل خاص. ويعد هذا التصميم مثاليًا بشكل خاص للمركبات البرية، إذ غالبًا ما لا تمتلك مثل هذه المركبات أنظمة تعليق مستقلة، بل تعتمد على تصاميم تعليق أكثر متانة وذات سفر أكبر؛ لذلك، فإن التصميم على شكل سلم يمثل الخيار الأمثل لهذه التطبيقات.

2. يعتمد المكوّن R2-R3 على تخطيط على شكل حرف U: يتم وضع محركَيْن في الوسط، بينما يُرتب المحركان الآخَران بشكل مواجه لبعضهما البعض على الجانبين. وتُرتَّب المحركات الموجودة على الجهة اليسرى واليمنى في خطٍّ مستقيم. وفي الوقت نفسه، تُثبَّت صندوقي التروس على جانبي المحركين، فيما تُدمج وحدة التحكم الإلكترونية بذكاء في الفراغ على شكل حرف U—دون الحاجة إلى وضعها على سطح المكوّن، مما يسهم في خفض الارتفاع الكلي للجهاز بشكل فعّال. مع ذلك، يؤدي هذا التخطيط إلى تقصير طول المحور النصفي. لا يقتصر هذا التصميم المدمج على تقليل المساحة الكلية المستخدمة فحسب، بل يخفّض أيضًا من تعقيدات تحريك العجلات وحركتها العمودية أثناء انعطاف السيارة. وبالاقتران مع أداء عالي السرعة باستخدام تقنية كربيد السيليكون، يتيح هذا التصميم زيادة كبيرة في كثافة الطاقة، مع دمج مثالي في تصميم النظام بأكمله.

حاليًا، يجري تطوير هذين المشروعين بشكل متزامن، والتطورات فيهما متسقة بشكل أساسي.