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车轮的转动要靠扭矩驱动，轮毂电机技术允许将电力动力装置安装在车轮内，直接为其提供所需的扭矩，同时也可用作制动装置。结合新的系统架构，这种电机不仅能提高效率和安全性，更为通过软件升级，定制个性化汽车开辟了道路。西门子的研究人员已经开发出一辆试验车。

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德国慕尼黑西门子中央研究院（CT）的汽车试验处，看上去不太像一个汽车专业设施——这里没有一团团的油污、黑乎乎的尾气排放痕迹或刺鼻的*味。不过，这不足为奇，因为这里是清洁电动汽车的试验室。此时此刻，升降装置正将一辆白底绿色图案的流线型敞篷跑车悬空抬至与人身高齐平的位置，仿佛要突出展示其杰出的空气动力学设计。在德国环境部的支持下，西门子与Roding汽车、TRW汽车及其他小企业合作开发了这辆车。在这个试验处，这辆车的车轴被连接至外部的4个巨大的风冷式电机，后者庞大的身躯与汽车形成了鲜明的对比——这是用于通过单独改变每个车轮的转速，模拟各种行驶情况的典型试验装置。

这辆电动汽车的特性是，将两个非常小巧的轮毂电机直接安装在车轮钢圈内。事实上，早在112年前，**批采用轮毂电机的电动汽车便已问世——1900年巴黎世博会上惊艳亮相的保时捷Lohner Porsche就是一个例子。

西门子研究人员为Roding跑车配备了两个轮毂电机。这些电力动力装置安装在车轮钢圈内，可产生高达2500牛米的总扭矩。

轮毂电机堪称理想的驱动装置，因为可以将之安装在车轮内，直接为其提供所需的扭矩。从技术上讲，尺寸其实不是问题，关键在于不受自由活动部件的影响，尽可能提高电机的密封性，以确保不会受到尘土或湿气的损害。很长一段时间以来，人们总是担心在车轮上安装如此大型的装置会影响操控性能，此外，由于电机本身缺乏减震能力，因此人们也担心当汽车在崎岖不平的地面上行驶时，安装在车轮内的电机会受到损害。实验表明，这样的担心是多余的，并且未来甚至可能直接在车轮上安装弹簧。

实际上，轮毂电机无需占用汽车内部空间，对设计者而言，这一特性带来了全新的机遇。西门子中央研究院电动汽车概念开发主管Gernot Spiegelberg教授表示，“常规汽车必须围绕着动力系进行设计，而采用轮毂电机的汽车则允许我们探索新的途径。拜这项技术进步所赐，现在我们可以设计出拥有*优人机工程学设计和操控性能的汽车，而无须烦恼要将引擎安置在哪里。”

其*大的优点是，不再需要任何沉重的高能耗凸轮轴、变速箱或差速器。大多数电动汽车还不需要离合器或齿轮。这辆试验敞篷跑车所使用的轮毂电机可以从一开始就提供所需的动力，并且无需任何换挡操作，即可以1000牛米的扭矩（在短距离冲刺中，扭矩可高达2500牛米），将汽车加速至每小时160公里。该系统还可在70%的制动操作中，回收几乎所有的势能和动能。

西门子研究人员Gunter Freitag博士（左图）在检查轮毂驱动装置，该装置亦可被用作电子制动器。

西门子中央研究院电机开发组负责人Gunter Freitag博士表示，“我们的目标不是追求高速度。因此，我们采用电子技术，将这辆车的*高速度限制在每小时120公里。对我们而言，更为重要的是以部分引擎负荷，实现很高的效率。我们在一辆流线型跑车中采用了这项技术，但我们的开发目标是，打造一辆大部分时间在中等负荷范围内行驶的城市车辆。”

其实，Freitag不喜欢人们将他的轮毂驱动装置称为“电机”。他认为，“机器”是一个更为恰当的术语，因为该电机还可作为制动装置。这两台电机都具备高性能（连续工作功率：63千瓦；*高功率：120千瓦），总输出功率达325马力。这一点非常重要，因为哪怕该电机充当制动装置和发电机，以电能形式将回收的制动能量存储到蓄电池中时，仍可提供如此高的功率。因此，这辆车的电机制动系统非常强大，足以产生法律要求的当机械制动系统失灵时使车辆停止下来所需的总制动力的30%。

再生制动现已是电动汽车的标准特性，但西门子工程师研制的轮毂机器远远超越了当今的技术水平。迄今为止，电动汽车开发者总是设定一个当驾车者松开油门时就开始制动车辆的恒定阻力矩。一旦驾车者踩下刹车，标准摩擦制动器就会起作用，并将相对很大一部分动能转化为热量，白白浪费掉。

在西门子的设计中，这辆车在刚开始减速时仅采用电气制动装置，直到所需制动力达到总制动力的30%以上时，才使用常规摩擦制动器。Freitag解释道，“然而，经验表明，在所有制动操作中，70%以上的情况下不需要这样做。换句话说，在这种情况下，我们可以将制动过程产生的动能回收多达80%。”正如Freitag所指出，驾车者不会觉察到这种“混合制动”有何异样。这种创新技术，加上19.4千瓦时容量的锂离子电池，为这辆Roding敞篷跑车带来了120公里左右的续航距离。

轮毂电机已经在弯道行驶中实现了极其精确的操控。今后几年，轮毂电机还将实现汽车原地打转。

系统化方法。显然，仅当每台电机均完全由电子系统控制时，这辆敞篷跑车所采用的技术才能发挥优势。Spiegelberg坚信，朝着电力动力装置转变的趋势，将迫使工程师彻底反思整个系统，而不是像以往那样，仅考虑改进某个组件。他解释道，“当前这股从内燃机向电力动力装置转变的趋势，让我们有机会彻底改造车辆的整个神经系统。”这种发展也将大幅提升安全性和舒适度。譬如，所有控制系统都将连接起来，并且可以自动激活，而无需驾车者执行任何操作。

未来，当每个车轮都配备了可以单独控制的电机时，将更是如此。如今的防抱死系统仅当车轮抱死时被动地重新松开制动器，与之不同的是，专门打造的轮毂电机可以精确制动，而不会造成车轮抱死。这也使这种电动汽车可以更加安全地以更高的速度驶过弯道。

Freitag解释道，“如果每个车轮都装配一个驱动装置，就可以设计出能够在高速驶过急转弯时极其快速地作出反应的汽车，因为每个电机都将以*合理的方式自动加速。在高速公路上，这种汽车操控起来就像轿车一样顺畅、稳定，并且仅需轻触按钮，即可完成这一切操作。”专家称之为“扭矩定向”。

在不久的将来，可能不仅将驱动装置、制动器和减震器，而且将转向系统全部都集成到每个车轮中。

请不妨想象，如果汽车的两个前轮旋转，而同时两个后轮换挡，会怎么样？汽车将寸步不移，至少常规汽车会是这样。但如果左轮朝前旋转，右轮朝后旋转，汽车则将原地打转。这是件好事——不仅是对于今天那些需要三次操作才能完成调头的驾车新手，许多其他方面亦可从中受益。

当然，也可以让4个车轮都朝右，形成一条右曲线，以便将车停入*狭小的泊车位——或许是在泊车辅助系统的帮助下。

利用其车辆试验装置，西门子的专家可以通过单独改变每个车轮的转速，模拟任何行驶情况。

电子油门（Drive-by-Wire）。所有这些技术都不可避免地引出如下问题：未来的汽车究竟是谁在开？人，还是机器？换言之，我们的汽车会不会成为机器人？

西门子中央研究院的Michael Armbruster博士说：“有一项新技术，将有助于安全、简单地实现未来的整体式驾驶辅助系统，自动进行制动、转向、推进等等操作。”Armbruster在斯图加特大学航空器系统研究院获得了他的博士学位。在加盟西门子之前，Armbruster在将现代航空器中使用的电传操纵飞行控制系统（fly-by-wire），引入面向陆地车辆的全面故障导向安全电子控制系统方面，发挥了重要作用。

然而，这样的系统要求新型车辆控制和通信技术。在电子油门系统中，不是以机械方式转动车轮，而是通过电子信号进行定位，这种设计允许集成每一种可能的电子辅助系统。配备了这种系统的车辆可以自行泊车，可以在危险情况下自动刹车，并且可以自动辅助驾车者驶过道路施工工地。未来，创新驾驶辅助系统提供的不计其数的辅助功能，将更加重要，因为越来越多的老年人也想开车出行。甚至可以想象，这些汽车将可以完全自动行驶。

当然，采用内燃机的车辆也可以使用电子油门。不过这要求逐渐替换或连接现有组件。转变为电力动力系统，从根本上让设计工程师有机会重新打造车辆系统。当驱动系统、制动系统、悬挂系统和转向系统等都被集成到每个车轮中，并实现始终如一的安全控制时，这种新型车辆系统将尤为充分地释放其效率。

但是，要将这个愿景变成现实，电子系统必须绝对可靠，硬件也必须实现冗余。西门子研究人员从概念上区分了硬件和功能。他们认为，控制装置不需要知道是哪个硬件在执行其命令。归功于这种对硬件和功能的区分，我们设计出可灵活扩展的软件，允许通过即插即用式设备，随时添加新的功能。

配备了西门子轮毂电机的Roding电动敞篷跑车拥有325马力的输出功率；这辆汽车的锂离子电池可实现约120公里续航距离。

目前，西门子工程师正在与数家研究机构及工业企业合作，将他们的愿景变成现实。在德国经济和技术部的支持下，这些组织计划在2014年年底，开发并试验一个面向电动汽车的全新系统架构。

这个架构将允许驾车者就像如今更新和升级计算机程序那样，为其车辆添加辅助安全系统。毕竟，人们永远不知道老了以后是否需要泊车辅助系统——还有什么安装方式比下载更好呢？