Navmotordrift för framtidens stadsbilar

17-05-2013 | Arlandastad

Som en del av ”auto, motor und sport”-kongressen presenterar Schaeffler sin elektriska navmotor E-Wheel Drive. Företaget visar upp det innovativa elektriska drivsystem som utvecklats i samarbete med Ford, baserat på en Ford Fiesta. Kompaktbilen drivs av två Schaeffler E-Wheel Drive, installerade i de bakre hjulhusen. Drivsystemen är högintegrerade navmotorenheter, där själva fälgen innehåller alla komponenter för körning, bromsning och säkerhet - som elmotor, kraftelektronik, styrkretsar, broms och kylning.

En motor levererar maximalt 40 kW, eller en kontinuerlig effekt på 33 kW. Med de båda navmotorerna motsvarar detta i konventionella termer max 110 respektive kontinuerligt 90 hästkrafter. Den vätskekylda navmotorn i nuvarande utvecklingssteg (Beta) erbjuder ett vridmoment upp till 700 Nm. Dagens E-Wheel Drive Beta med navmotorer har alltså mer än en tredjedel högre effekt och 75 procent högre vridmoment än Schaefflers konceptbil Schaeffler Hybrid (baserad på en Opel Corsa) med navmotorer av första generationen (Alpha) från 2010. Matningsspänningen till drivenheterna är 360 - 420 V.

Med en totalvikt på 53 kg väger de högintegrerade hjulen med navmotorer 45 kg mer än konventionella hjul med hjullager och broms. Konstruktionsvolymen på 16 liter får plats inuti en fälg på 16 tum. I jämförelse med navmotorn i generationen Alpha, där kraftelektroniken fortfarande var monterad i fordonet, väger de högintegrerade hjulen med kompletta drivenheter sex kilo mera.

– Sammantaget kunde vi ändå minska fordonets vikt jämfört med tidigare, säger dr Raphael Fischer, chef för produktgruppen navmotorer inom Schaefflers division eMobility Systems. Förutom vätskekylningen kunde även kraftelektronik och styrsystem placeras i hjulet och mycket kabeldragning elimineras.

– B-segmentbilen fungerar som testfordon. Men fördelarna med navmotorer kan utnyttjas till fullo bara i nya fordonskoncept, framhåller professor Peter Gutzmer, chef för forskning och utveckling inom Schaeffler, i sitt anförande om innovativa drivsystem vid ”auto, motor und sport”-kongressen. Det är först med högintegrerade navmotorer som det har blivit möjligt att ge fantasin fria tyglar i utvecklingen av nya stadsbilar. Den lösningen utgör nyckeln till nya fordonskoncept och konstruktionsplattformar. För stadsbilar med eldrift, en lösning som kan komma att bli obligatorisk i vissa storstadsområden, ger navmotorer en tidigare otänkbar utrymmesekonomi. I dessa nya fordonskoncept är alla komponenter för framdrivning, bromsning och körsäkerhet placerade i hjulen. Detta ger ökat utrymme i fordonsplattformen för passagerare, bagage, batterier, elektronik och kommunikation. På den plattformen kan fordonstillverkaren utveckla olika karosser. Det var så bilbyggeri började en gång i världen.

Premiärvisningen i samband med ”auto, motor und sport”-kongressen utgör ett kort uppehåll i den snäva tidplanen för test på utvecklingsfordonet. Testarbetet på Fiesta E-Wheel Drive sker i nära samarbete med Ford Research & Advanced Engineering Europe . Bland annat utsätts bilen för krävande långtidstest i nordskandinavisk köld. Vintertest ingår i det omfattande gemensamma utvecklings-, samordnings- och testprogrammet. Dynamiska körtest är en viktig del av detta arbete.

– Utmärkta köregenskaper är ett av de viktigaste säljargumenten för Fordbilar. Även i detta projekt har vi utnyttjat vår stora kompetens och erfarenhet inom detta område. Körtesten har tydligt visat att köregenskaperna när det gäller komfort och säkerhet i testfordonet i princip ligger på samma nivå som i det konventionella basfordonet, trots den större hjulavfjädrade massan, förklarar Roger Graaf, projektledare inom Ford Research & Advanced Engineering Europe. Fiesta E-Wheel Drive uppvisar faktiskt en enastående dynamik. En regulator för kördynamikstabilitet tillåter så kallad Torque Vectoring, det vill säga selektiv fördelning av vridmomentet till drivhjulen.

– Högintegrerade navmotorer frigör inte bara utrymme i karossen utan erbjuder även fördelar sett till manövrerbarhet, kördynamik och aktiv säkerhet. Detta kan spela en viktig roll i framtiden, särskilt i kombination med autonom körning, förklarar professor Gutzmer. Elektriska navmotorer skulle kunna bli en viktig drivsystemlösning på längre sikt, och ett värdefullt alternativ i en bilvärld där vi ser en globalt ökande elektrifiering av den förbränningsmotorbaserade drivlinan.

Schaefflers navmotorenhet E-Wheel Drive har nu blivit listad som ett forskningsprojekt inom det tyska federala ministeriet för näringsliv och teknik (BMWi). Fördelarna med detta drivsystem är tydligt märkbara och imponerande i Fiesta E-Wheel Drive.