Elektromotor geïntegreerd in het wiel: een wonderoplossing?

Een elektromotor direct in de wielen van een auto integreren is een geweldig idee omdat het tal van voordelen kan opleveren. De techniek, die zeker niet nieuw is, is echter nooit doorgebroken. Maar nu belooft een Sloveens bedrijf deze sector radicaal te veranderen.

‹

›

We dachten dat het onderwerp gerangschikt was bij “goede ideeën die nooit werden uitgewerkt”, omdat reuzen als Michelin hun plannen voor wielen met een geïntegreerde elektromotor hadden laten varen. Het Active Wheel werd voor het eerst voorgesteld op het Autosalon van Parijs in 2004 en werd zelfs aangekondigd voor inbouw in serievoertuigen tegen 2016.

Maar de Franse bandenfabrikant gooide al in 2014 de handdoek in de ring. De redenen die hiervoor werden aangevoerd? Het gewicht van deze motoren in een volledig wiel en de fabricagekosten. Dat zou de toch al hoge prijs van de elektrische auto’s van toen nóg opgedreven hebben.

Tegenwoordig stellen bedrijven zoals Elaphe in Slovenië oplossingen voor die a priori zeer succesvol zijn en zelfs door Europese fondsen gesteund worden. Maar laten we eerst eens kijken wat dit befaamde wiel met geïntegreerde motor precies is ...

Elektromotor in het wiel = mogelijkheden voor ontwerpers

Deze wielen zijn ideaal voor elektrische auto’s. Tot nu toe zijn bij alle elektrische auto’s één of meer motoren tussen de wielassen gemonteerd. Tot wel drie motoren toe, met name bij de e-tron S van Audi en bij het model S van Tesla.

Bij deze configuratie nemen de assen die de motor(en) met de wielen verbinden veel ruimte in beslag en palmen ze een deel van de passagiersruime in. Dat geldt ook voor de motor(en), die eveneens zitruimte innemen.

Door de motoren naar de wielen te verplaatsen, kunnen ontwerpers de ruimte voor de inzittenden herschikken. Ze vertrekken haast van een leeg blad papier omdat de batterijen altijd onder de vloer liggen, die per definitie plat is. Dat is het doorslaggevend argument van de ontwerpers van geïntegreerde motoren.

Vermogen en koppel op de wielen

Een ander argument dat geopperd wordt, zijn de verschillende mogelijkheden om deze “complete” wielen (velg en elektromotor) te integreren.

Terwijl Michelin één enkel, volledig geïntegreerd systeem had (inclusief vering), stelt Elaphe verschillende configuraties voor. De ophanging maakt hier geen deel van uit. De fabrikant biedt op zijn website vier systemen aan: van een “lichte” motor (ondanks een gewicht van 17 kg) voor een stadsauto tot een compleet wiel met motor en geïntegreerde remschijf. Door zijn hoge gewicht (35 kg) is het systeem vooral geschikt voor grote pick-ups en andere zware SUV’s.

Het vermogen varieert van 11 kW met een koppel van 400 Nm (bij 48 volt) voor de eerste, tot 77 kW en 1.500 Nm bij 370 volt voor de tweede. Dit levert prestaties op die kunnen wedijveren met de beste klassieke systemen van vandaag.

Vrijwel algehele controle over trekkracht/aandrijfvermogen

Een argument dat Elaphe in zijn documentatie weinig lijkt te benadrukken, verdient al onze aandacht: het beheer van de trekkracht. Dankzij de in het wiel geïntegreerde elektromotor en vooral de bliksemsnelle vooruitgang van de elektronica kan het vermogen onbeperkt op de wielen overgebracht worden.

Via verschillende sensoren (acceleratie, dwars- en langskrachten, eventuele wielslip enzovoort) kan de centrale eenheid het vermogen of de remkracht van één wiel nauwkeurig doseren, onafhankelijk van de andere wielen.

Vorig jaar waren we al onder de indruk tijdens een testrit met de Audi e-tron S. Die heeft drie elektromotoren en een ultramodern elektronisch beheer. En een verbluffende wegligging voor een wagen van 2.500 kg. De motoren zitten hier nog altijd onder de passagiersruimte en de aandrijfassen zijn dus nog vrij conventioneel. Kortom, de mogelijkheden van geïntegreerde wielen lijken bijzonder veelbelovend!

Eerste marktintroductie in 2021?

Waarom duurde het zo lang om dit soort aandrijving te creëren? En wanneer zou ze eventueel beschikbaar zijn in elektrische seriewagens?

We wijzen erop dat Elaphe een productiebedrijf is voor constructeurs, met name autoconstructeurs. Verschillende autoconstructeurs over de hele wereld zijn erin geïnteresseerd en sommige ondernemingen werken al met hen samen om hun technologie in seriewagens te monteren.

Maar er worden geen namen of merken genoemd, behalve de Amerikaanse start-up Lordstown Motors. Het gaat hier om een in Ohio gevestigde constructeur van elektrische vrachtwagens die onlangs het productiecomplex in Lordstown kocht van General Motors. Hun Endurance pick-uptruck zou al meer dan 40.000 voorbestellingen hebben en zou geleverd worden vanaf 2021. Wordt ongetwijfeld vervolgd ...

Onafgeveerde massa en prijzen

Twee vragen blijven nog onbeantwoord voordat we een rijklaar model kunnen testen.

Ten eerste is er het effect van de onafgeveerde massa (zie onze uitleg hieronder). Hoe zal de auto met een dergelijke constructie zich gedragen? Dit hangt af van het voertuig waarin het systeem geïntegreerd is. Het vormt geen probleem voor een stadsauto die ontworpen is voor matige snelheden. Maar het wordt een heel ander verhaal voor een supersportwagen die een perfect weggedrag moet vertonen. Niettemin laat Elaphe in de testfase interessante voorbeelden van de ontwikkeling zien, zoals in de Audi R8.

De tweede vraag gaat over de prijs van deze geïntegreerde motorblokken. Hoewel de producten van het Sloveense bedrijf minder complex zijn dan die van Michelin destijds, zijn ze toch gebaseerd op geavanceerde technologieën en dure materialen. We kennen de kostprijs van deze onderdelen niet, maar vermoeden dat die cruciaal zal zijn om de constructeurs te overtuigen.

Onafgeveerde massa, wat is dat?

In tegenstelling tot Romeinse strijdwagens, die enkel op hun wielen rustten, is een auto “opgehangen”. Dat wil zeggen dat het chassis, de carrosserie, de motor en de passagiers een geheel vormen dat op de 4 wielen rust.

Dit geheel wordt heen en weer geschud door de hobbels en kuilen van het wegdek, op het ritme van de veren en de schokdempers. Maar het wiel – dat wil zeggen de velg, de band, de remschijf en de remklauw – de naaf en de ophangingselementen (draagarmen, veren en schokdempers) zijn overgeleverd aan de oneffenheden in de weg.

In werkelijkheid is alleen de band totaal niet opgehangen. De velg is dat wel enigszins, omdat de band flexibel is. De draagarmen zijn bevestigd aan de kant van de auto, maar niet aan de naafkant. Ook de schokdempers en de veren zijn bovenaan bevestigd, maar niet onderaan.

Resultaat: als de onafgeveerde massa groot is, kan het wiel de oneffenheden van de weg moeilijk volgen. Het komt bij elke hobbel los van de grond. Maar als deze onafgeveerde massa kleiner is, kan het wiel de oneffenheden van de weg gemakkelijk volgen. En blijft de band stevig op de grond.

Kortom, voor een goede grip van de band op de grond moet de onafgeveerde massa beperkt blijven. En zo wordt meteen duidelijk hoe belangrijk het gewicht van een geïntegreerde elektromotor is.