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轮毂电机，自动驾驶的终极标配？

晰数塔互联网快讯
2021-07-08 10:30

本文来自微信公众号“锦缎”（ID:jinduan006），作者：愚老头，36氪经授权发布。

本文系基于公开资料撰写，仅作为信息交流之用，不构成任何投资建议。作者在雪球设有同名专栏。

自动驾驶，已经确定将是我们未来交通的主要承载方式。我们也知道，在通往自动驾驶的道路上，电动是唯一的选择，但是电动车具体如何完美实现自动驾驶，争议很大。

我们的判断是，未来的自动驾驶，一定有轮毂电机一席之地。

轮毂电机，就是将一个电机整合到汽车轮毂内，使汽车轮毂具有动力、传动和制动功能，成为一个独立的动力单元。

轮毂电机是实现电动汽车分布式驱动的核心技术，分布式驱动的意义，号称“中国轮毂电机第一人”吕超的这么总结，“这如同乔布斯认为点击屏幕一定要用手指，而不是用触屏笔一样，是最直接、最高效的驱动方式。”

电动车的驱动方式有两种，集中式和分布式。其中分布式驱动又分为轮边电机驱动和轮毂电机驱动。集中式，就是现在绝大部分电动车的驱动方式，电机放置在底盘上，通过传动轴驱动车轮运转，通常一个电机驱动两个车轮或者作为整车四个车轮的动力来源。轮边驱动属于分布式驱动，一个电机驱动一个车轮，但是电机并没有集成到车轮内，而是通过传动电机输出轴连接到车轮上。

轮毂电机驱动则是将电机集成到车轮内，彻底实现车轮自驱动，是分布式驱动的最终形式。

关于分布式驱动，还有内转子和外转子的方案，电机具体还有永磁同步、交流异步电机等等不同的选择，相关的技术路径我们今天不再赘述。我们要确定的问题在于，为什么说，通过轮毂电机实现的分布式驱动，是自动驾驶的终极解决方案呢？

因为自动驾驶需要汽车能够实现足够多的运动方式，只有分布式驱动能够完成这一点。

分布式驱动实现了四个车轮每个车轮的单独控制，每个车轮都可以做出360度的运动，可以完成你能想象到的，一个四方体的盒子在平面上所能实现的所有动作轨迹。

只有实现分布式驱动，才能够将机械的复杂度等量代换为代码的复杂度，用降维思路解决自动驾驶问题，将人从驾驶这种重复性劳动中彻底解放出来。

用机械实现一个单独的功能并不难，但在一个机械平台上实现多个功能，其复杂度就会有指数性的上升。我们数学上典型的解题思路是“升维思考，降维解题”，就是用更高的维度去理解问题，看透事物的本质，把事物分解成最基本的组成，然后用降维的方法来解决问题，化复杂为简单。这个升维的思路，也就是马斯克常说的“第一性原理”。

用纯机械来实现组合机械功能难度异乎寻常的大，那不妨换一条路径。用代码生成控制软件，通过操作电机驱动机械来实现各种机械功能。这样就将复杂的机械功能转换变成几行代码的写作，难度下降了N个数量级。

代码与机械功能之间的连接，就是电机。因为电机可以用非常小的误差实现机械功能，以我们常用的17位伺服电机为例，用脉冲来控制电机运动，每131072个脉冲转一圈，也就是最小精度是360/131072=0.0027度，定位误差可以达到0.001毫米。

这是一个代码改变世界的时代。代码驱动电机，电机带动机械，这个冰冷的世界就这么变得眉清目秀了起来。

学机械和做电子设备的人往往看不起写代码的，甚至连金融市场的有些人都觉得计算机软件是非实体经济，但事实是，千万不要小看这些写代码的。在机械以及电子产品的单项性能很难有大突破的当下，产品综合性能的突破必须靠代码。

工业机器人行业，就是一个典型的代码改变世界的例子。

典型的工业机器人由控制设备、伺服电机和减速器三部分构成，控制设备带动了伺服电机，减速器作为电机外延的机械设备，能够实现控制设备下达的各种指令，控制设备的核心就是那一行行的代码。工业机器人是下一代工业革命的核心设备，原因就是代码的无穷延展性，所带来的工业制造的无限可能性。

另一个例子是工业皇冠上的明珠——隐形战斗机。

作为世界上仅有的三款隐形战斗机之一，中国的歼20为达到美国F22同等的战斗力水平，采取了鸭翼设计，就是我们上图歼20前面两只小翅膀。

信奉大力出奇迹，板砖飞上天的美国空军，对鸭翼的态度是“鸭翼最好的位置就是装在敌人的飞机上”，原因就是鸭翼虽然可以大幅提升飞机的气动性能，减轻对发动机的依赖，但问题也同样显而易见，对飞行控制系统的要求极高，稍有问题就机毁人亡。成飞完美的解决了这个问题，歼20自试飞之后就没有出过大的飞控问题。

上图我们可以发现，歼20落地的时候有10个舵面，这表明歼20的飞行控制系统在飞机飞行的全状态至少要控制10个舵面，歼20的飞控软件，可能是这个星球上最复杂，难度最高的运动控制代码组合。实际上，对于后发国家来说，外形可以抄，甚至发动机也可以买到，但飞控真的没有办法，需要天量的风洞测试和无数码农青春的献祭，是真正的超级大国标配。

自动驾驶，同样要遵循这样的路径。

实现自动驾驶，可能的路径很多，但无一例外，都要求底层的机械系统具有强大的延展性和精确的操控能力。代码组合构成控制系统，保证了驾驶操控的延展性，电机操控下的分布式驱动，则实现了驾驶系统的精确发力和定位，两者构成了自动驾驶的核心驱动力。

代码+分布式驱动，当下最可见的应用不是终极的自动驾驶，而是迅速实现车身的稳定控制。具备这个功能的系统就是我们常说的ESP（Electronic Stability Program），最早由博世研发并投入量产，随后其他的汽车厂商纷纷跟上，比如通用的ESC、丰田的VSC，名称虽然不同，但基本功能类似。国内判断一个车型是否高端，很长一段时间就是以是否安装了ESP为重要标志。

由于ESP技术掌握在博世这样的一级供应商手里，价格不菲，对于一般的汽车厂商来说，如果新车型上市，增加了ESP以后总价格不变，就意味着必须大幅压缩其他的成本，这对汽车厂商来说压力山大。不仅仅对燃油车是这样，对于集中式驱动的电动车，也会面临同样的问题。提升功能就必须增加配置，也就意味着成本的层层递进，超过消费者的承受能力之后就会带来需求的下滑。

如果实现了分布式驱动，上述问题就迎刃而解。不管是ABS，还是选配的时候价值上万元的ESP，或者其他的什么车身控制系统，所需要的，只是更新一次代码，就这么简单。大家再也不用一个车型几年等一回的，翘首以盼等着厂商加配置了。如果有一天过渡到了自动驾驶，需要的也不过是一次稍微耗时长一些的，操作系统版本的更新，边际成本可以降到无限低。

汽车分布式驱动也有两种方式，一种是轮边电机驱动，另一种是轮毂电机驱动。

轮边电机因为电机与车轮是分开的，体积比较大，注定是一个过渡性的方案，目前主要应用于一些对体积要求不太高的商用车，比如客车中。轮毂电机将电机集成到了轮毂中，实现了动力、传动和制动功能的集合，非常适合乘用车这种对体积效率要求高的车型，是自动驾驶最终的解决方案。

那么现在的问题是，轮毂电机都出现了一百多年了，为什么还一直停留在纸面上呢？

1896年，费迪南德·保时捷，也就是后来的保时捷创始人，就在英国注册了轮毂电机的专利，1900年就制造出了第一辆前轮轮毂电机驱动的电动车。因为电池技术不成熟，内燃机取代了电动车，在未来的一百多年里，成为乘用车的主流，依靠电力驱动的轮毂电机，也就一直被雪藏。直到最近的十年，以特斯拉为代表的电动车重新登上历史舞台，轮毂电机才又一次成为热点。

2016年，中国掀起了一波投资轮毂电机的热潮，我们去搜索关于轮毂电机的券商报告，2015年3篇，2016年19篇，2017年2篇，2018年3篇，2019、2020这两年一篇都没有，哪怕在电动汽车热到发烫的今天，轮毂电机却依旧冷冷清清，任凭相关厂商吼破了嗓子也应者寥寥，仿佛被大家遗忘了。

轮毂电机产业化确实有自己的缺陷，簧下质量增加和电机材料过热退磁，是两个必须要迈过的门槛。汽车悬挂一般由弹簧制成，为了提高反应速度，方便操控，一般要求悬挂下面的结构尽量轻便，而轮毂电机将电机集成于轮毂中，会显著增加簧下质量，这会对操控和安全性产生很大的负面影响。

此外，电机集成在轮毂这么一个狭小的空间内，制动的时候会产生很大的热量，这些热量传导到电机上，而电机材料超过200度以上就会退磁，必须通过额外的散热系统保证电机不过热。

全球最领先的轮毂电机生产厂商是三家欧美企业，即荷兰的 e-Traction、美国的Protean、欧洲的Elaphe，这三家公司都基本都在中国有深入的合作，其中2016年湖北泰特机电全资收购了e-Traction，2019年又被恒大收购，恒大还拿下了美国的Protean，三家公司有两家被恒大收入囊中，至于Elaphe，A股的亚太股份控制了20%的股权，并与其在国内建立了控股的合资公司。

前两家公司在并入恒大之后，在量产车型方面进展不大，至于亚太股份，公司在接受调研的时候多次表示，“公司轮毂电机的生产线和检测设备已安装完成，基本满足量产条件”，“公司正在按计划推广轮毂电机项目，前期已与多家整车厂在开发合作，目前已具备量产条件，公司会努力加快推进轮毂电机的产业化。”，到现在为止，还是但闻楼梯响，不见佳人来。

轮毂电机的窘境，固然可以说产品确有缺陷，但更多的是原因是，这个市场没有第一个吃螃蟹的。没有应用，就谈不上改进，更遑论推广。轮毂电机在电动自行车和电动摩托上已经应用好多年了，对于电动汽车而言，簧下质量和电机材料过热，也不是解决不了的难题，难就难在，在电动车刚刚开始进入大规模普及阶段的时候就谈轮毂电机，步子有些大。

《华为公司的核心价值观》这本书里面写道：“从统计分析可以得出，几乎100%的公司并不是技术不先进而死掉的，而是技术先进到别人还没有对它完全认识与认可，以至没有人来买，产品卖不出去却消耗了大量的人力、物力、财力，丧失了竞争力。”，“华为要保持技术领先，但只能是领先竞争对手半步，领先三步就会成为先烈”。