Tesla 為新的 Model S D 系列安裝了兩個電機以提升性能，如果每個輪子裝一個電機是否能進一步提高性能？

01-09

感謝 @劉堯邀請。

一般印象中，無論是傳統內燃機汽車還是電動汽車，其驅動系統（內燃機或電機）的強弱直接決定了加速性能。但加速性能的「極限」並不是由驅動系統決定的，而是由輪胎和地面決定的——在驅動系統的動力過強的情況下，車輪與地面就會「打滑」，此時不用說2個電機沒用，就是2萬個也沒用(除非車輛飛起來，但車輪脫離了地面，就不符合「汽車」的概念了)。

這個道理可用拔河作為類比：臂力不足的小學生拔河，臂力大的一方勝；臂力充足的大學生拔河，在鞋底與地面狀況相同的情況下，就是體重大的一方勝。也就是說，拔河的瓶頸一般不在於臂力，而在於地面所能提供的「附著力」。當然，回到車輛加速的事情上，由於加速度還要除以車重的，因此在動力充足的前提下，加速性能與車重基本無關。

下面，我們首先討論一下，加速性能的「極限」是多少。

1. 常見的乾燥水泥路面上，普通車輪與地面的「附著係數」在φ=0.7~1.0之間。(數據來源：附著係數_百度百科)。「附著係數」對於非專業人士來說是一個新名詞，簡單地可理解為就是「靜摩擦係數」，就是說超過這個值，車輪與地面就打滑了。

2. 若驅動系統功率足夠、車輪驅動力分配控制得當，那麼加速性能的極限可以用一個很簡單的公式求出來： t = 目標車速/g/φ。式中，g是重力加速度。在φ=0.7~1.0的情況下，百公里加速性能的「極限」可以算出來是t = 2.8~4.0s.

3. 若φ取平均值0.85，則百公里加速時間t= 3.3s，與特斯拉公布的3.2秒只相差0.1s，是不是很巧？

4. 而特斯拉公布的是60mph加速性能，也就是96km/h加速性能，重新算一遍得到t=3.2s —— 這已經不是巧了，而是此車就是這樣設計的。

也就是說，特斯拉的新車，通過使用2個電機的方式，在加速性能上達到了理論上的「極限」。那麼問題來了，挖掘……。嗯~問題其實是：

問題a) 1個電機情況下，加速性能的「極限」是多少？

問題b) 多於2個電機，是否會進一步提升加速性能的「極限」？

問題c) 特斯拉作為一個新興汽車公司，短短几年就達到了加速性能的「極限」，是否說明這個公司強得逆天了？

問題d) 似乎記得某些超級土豪車的百公里加速超越了2.8s的「極限」，如何做到的？

回答a) 加速性能屬於「縱向」動力性能，只分前後，不分左右——這也很好理解，誰敢在一腳油門踩到底的時候還拐彎呢？誰在跑百米比極限速度的時候使用彎道呢？

若只有1個電機，那麼這個電機要麼在前輪，要麼在後輪。

(經@Xuyang Sha 與 @maomaobear 指出，一個電機或發動機也是可以驅動四輪的，此處是我沒考慮到。不過，單電機四驅與雙電機四驅的效果是不一樣的，我會在後續進行補充——2014.10.13)

而車輛的重量只有一部分分配在前輪或後輪上，假設前輪分到a%，後輪分到b%。若電機在前輪上，此車的加速極限約為3.2s / a%。若a%=60%（一般來說，驅動輪所在輪分配的車重較大），則t=5.3s。

差不多就是在這個級別，更準確的計算還需要考慮到加速情況下的載荷轉移等，在此就不深入了。

回答b) 剛才提到，加速性能屬於「縱向」動力性能，只分前後。2個電機就已經可以100%地照顧到前後了，可以達到「極限」了，再多就沒用了。

回答c) 電動汽車可以沒有離合器，可以沒有變速箱，這大大降低了提高百公里加速的難度。對於傳統車來說，離合器與變速箱是必需品。而提高加速性能，難點可能在變速箱上——想想普通車換檔需要多長時間吧！特斯拉是一個逆天的公司，我也很喜歡，但達到加速性能的「極限」對於電動汽車來說不是很難的事。當然也不簡單，主要是要做好TCS(traction control system)——使每個車輪都處於「即將打滑而未打滑的狀態」。

回答d) 傳說布加迪威航的百公里加速時間為2.5s，明顯低於2.8s的「極限」。如何做到的呢? 細節上我不清楚，但肯定是使用了特製車輪行駛在特定路面上，使φ&>1了——也就是說，即使土豪買得起布加迪，但要是想達到加速極限，還得先修路啊！

題主原問題中的「性能」沒有指明是「加速性能」，而我私自這樣理解——以上作答也只是針對「加速性能」。

若泛指「性能」，4輪與2輪相比的操縱性啊什麼的，那就要說的多了去了，不好答了。

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新問題：單電機四驅與雙電機四輪在加速性能上的區別？ ——先留著，待有空時補充。

汽車設計專業，畢業設計就是四輪獨立驅動電動車，對這個還算問題比較了解

四輪驅動肯定在性能方面有極大的突破，但是受限於目前的技術，暫時還沒有人做出成熟產品。

不過樂觀地認為未來肯定有一批電動車會採用這種驅動方式。

優點：1，原地轉彎，側向行駛，前後驅單輪驅動隨意切換，後輪轉彎等。

2，制動以及通過性能提升。（四輪驅動的原因）

3，節能。有人說會多耗能。不敢同意，切換行駛模式即可。

4，減重，省去龐大的傳動系統。（不是對比傳統汽車，對比單電機電動車）。

5，可靠性強，壞掉一個或者兩個任然正常行駛。

6，極限性能可突破，比如百公里加速。

7，汽車設計可以不受束縛，可能會出現各種難以想像的外形。

8，可最大限度的制動能量回收。

9，車內空間提升明顯。

劣勢：

1，簧下質量增加，即使優化後也會造成乘坐舒適性下降。目前只能盡量減輕重量。

2，驅動電機散熱不好處理，但不是難題，可解決。

3，對整車控制有極高要求，目前最難的點就在控制。

4，成本增加。但是對比傳動系統的價格，還是划算。

希望老院長能看到這個回答，因為當年畢業答辯時院長問我同樣的問題，一時緊張沒回答全面·

本來想貼一些效果圖，無奈時間過長找不到了······

先回答問題。

不僅不會提高性能，反而有可能會降低性能。

而且如果每個輪子裝一個電機其實是非常不經濟的。

解釋如下：

1.為什麼P85D要裝兩台電機？

因為電機有不同的高效區間。

這個是指的是電機在某個額定功率下運行的時候，電機能達到最高的電能和動能的轉化比。特斯拉之前的版本只有一台電機，帶來的情況是，某個功率下電機比較省電，其他的功率下，電機很多做工都會轉化成熱量消耗掉。其實非常不經濟。
安裝了兩台電機，一台可以滿足普通巡航定速的需求，另外一台高效區間放置在滿足極限加速時候的加速性的位置。那麼特斯拉就可以有2個高效區間，加速很快，而且更省電。（所以我們看到P85D的續航性能比P85版本高出了10%還要多）

（更新：，P85D沒有增加續航，85D比85多出了30英里的續航：從265英里（EPA）升到了295英里。）

另外在雪地等寒冷天氣下，4驅版本的車會比前輪驅動或者後輪驅動都要好駕馭，更加不容易打滑，這個可以查下奧迪當年做四驅版本轎車的故事。

2.四個輪邊電機帶來了好處。

好處當然就是四個輪子可以單獨控制速度，這樣在很多情況下可以保持車身的穩定，但這個現在已經有車身穩定系統，靠4個安裝在輪子上的單獨的剎車裝置來滿足車身穩定。所以這個的提升的微乎其微的。

其次，你覺得能獲得更大的扭距？但是我覺得這個並不是一個普遍的情況，因為你是單台電機，多台電機，都會遇到一個問題。是性能的提升瓶頸不是在電機，而是在電池。電池瞬間能提供的電能是有限制的。比如TESLA的P85版本，電機峰值功率是310KW，電池有85度。相當於3.64倍的額定電池輸出，長期的這樣峰值操作，是不被允許的。因為這樣會造成電池的發熱非常大，而且會造成一些更極端的情況的出現，比如損壞電池等。

所以理論上，你要達到更好的性能，其實和電機放1個2個還是4個沒有關係，主要取決於你電機的峰值功率。還有你的電池系統是否能承擔那麼高負荷的電機的工作。

3.四個輪邊電機帶來的問題。

這個其實會引入好多的複雜問題。

最最首先的，是四個輪子的動力匹配問題，以及車身穩定問題，你要知道如果3個輪子在100公里往前跑，1個輪子出了問題，沒有任何動力輸出，那麼整個車身會造成非常大的問題，可能就瞬間側翻了。這個系統開發起來難度會非常大，重點的重點是要保證一些出問題的情況的安全。工作量想起來就是非常巨大的。

其次，散熱問題，每個輪邊的電機都要單獨散熱，散熱系統就有4套，壓力會非常大。

再次，成文問題，如果要做4個電機，那麼就要有4個獨立的電子控制系統。一套TESLA現在的電機成本，預估應該是在3-5W人民幣以內，增加2個電機，瞬間成本高了10W。這個還沒有算散熱系統在內。

反正，我覺得討論4個電機的問題應該有定論了，其實真的是除了極端極端的追求速度（如果你單個電機無法做大扭距，那麼可以採用多個一起用的情況來提高加速性能。）我想不到有選四個電機有什麼好處。（這也僅僅是如果你在單個電機無法做到大扭距的一種解決方案，而不是唯一的提高性能的解決方案。）

但是有沒有這樣的車？的確有，克羅埃西亞有一家創業公司，叫Rimac,他們做了一套單價92W美金的超跑就是用了4個輪邊電機。

上圖：

方案：

恩，基本就是這樣，我看過他們一個視頻，據說已經交付了一台了，但是真的是太太太沒必要那麼幹了。

我認為目前影響電動車性能的問題是變速箱而不是電動機的數量呀，想想他們的低速扭矩是那麼的突出，變速箱可以有效的放大低速扭矩以及合理利用功率，只是一直沒有專門開發給電動車使用的變速箱罷了。

可以參考曾經世界上最快的電動跑車 SLS AMG E-CELL,4台電動機單獨驅動車輪，最高轉速可達到1.2w rpm ，最大綜合扭矩880nm，最大輸出功率326kw(526hp)，0-60mph(96km/h)需要4s，相比tesla的雙電機性能反而沒那麼突出。

目前p85d可以算目前0-100km/h最快的四門房車之一，當然，我不確定p85d跑賽道能比sls電動版快，加上後者並不大規模量產，調教也更運動，完全沒有可比性

電機體積小了，電機多了，對於平衡功耗和推重比其實並沒有什麼優勢可言。

當然，你願意裝4台一樣的電動機（前提是能裝），並且忽略電池的感受，估計輕輕踩電門起步輪胎就要冒煙了（電動機從0rpm輸出最大扭矩，4個電動機扭矩太可怕不敢直視，除非舒適模式下電流輸出控制的非常低，但那樣四電機似乎意義不大，運動模式輸出又不能過強，否則就是一電門就等著燒胎了，這時候簡直就是all money gone---AMG）

如果tesla願意給下一代雙電機車型裝配2速～4速的變速箱（現在固定減速比，極速實在有限啊，無法合理利用那麼大的功率，高速巡航又不能用更低的功率）和更好的電子限滑差速系統，電動車性能制霸的時代很快就會出現。（最好設計套模擬聲浪系統玩玩23333）

電池最大電流有瓶頸，日本有過8個輪子的

@隨變寫的已經很詳細了，我再補充一些：

車輛的操控性可以極大的提高，轉向時同步改變四輪的轉速，抓地能力可以達到接近物理的極限（輪胎和路面的摩擦極限），除非同時再四輪轉向還能提高稍微，同時差速器的損耗也能消除（不要忘記差速動作是輪胎的逆傳動，要消耗能量的），省電（油）。轉向時因為不再需要通過轉向、輪胎變形、胎面的輕微滑移這樣的過程來改變前輪的速度差，普通輪胎也能迅捷地實現轉向相應，扁平胎的優勢將不再明顯，操控達到一個新的高度，這是相對於後驅對比前驅車的效果，將有同樣甚至更高的提高。

用輪轂電機？也不是必要，通過傳動軸也是可以實現的。

電機的總裝機功率會更大一些，因為需要考慮到動力不能在兩邊借用了，這是缺點。

效率會高一些，因為電機一般是負載稍低時效率高。

很快會有這樣結構的超級運動型電動車了。

傳說中的四驅車咩？

多裝電機功率自然會上去，性能提升也是必然的。不過每個車輪裝一個的會遇到一個問題：同步。前後軲轆不同步還好說，如果左右軲轆同步出現問題，那就麻煩鳥~~

而且給每個輪子配一個電機，也就要配一套傳動系統，機械複雜性就會提升。所以要是給每個輪子配電機，首選輪轂電機，省了傳動系統，直接在軲轆里。

當然，輪轂電機優點不在提升性能，而是每個軲轆可以單轉，360度轉彎啥的也沒問題了，沒準側面停車也可以直接橫著進去了。

國外的學生方程式電車隊幾乎都是四輪轂電機的動力總成，沒記錯的話，代爾夫特，蘇黎世和斯圖加特之類的都是。前面回答的已經說的比較詳細了，簡單補充幾句。對於方程式塞車來說，這樣做最大的好處有幾點:

首要的是捨去了傳動系的重量，加上可以用小電機加一個定尺比的gearbox產生足夠的扭矩，讓賽車的質量降低到100多kg，在配上電機的扭矩特性，百公里加速2秒多太輕鬆了。（當然駕駛員不能太重）。乘用車考慮到為了續航要加一堆電池，這個優點就沒這麼明顯了。

然後就是前面有人說的動力學的事兒了。簡單的說就是可以獨立控制四個驅動輪的扭矩（不是前面誰說的轉速）。對於賽車來說，過彎的駕駛性幾乎是拉開成績的首要因素，四輪轂電機的架構在控制的角度來說自由度大大增加。對於乘用車來說，這點大大提高行車安全，原理參見ESP，把原來非驅動輪用剎車控制扭矩變為直接控制電機輸出扭矩，一方面更容易控制，另一方面也更節能。

現在很多oem和供應商也都在做輪轂電機，比亞迪的電動大巴K9沒記錯的話好像就是後驅雙輪轂電機（未核實）。挑戰除了對懸掛系的影響之外，輪轂電機系統的密封也是一大難點。這種試水肯定都是出貨量小的幾家能做，大oem考慮的永遠都是可靠性的問題，畢竟幾十萬輛的召回可不是「媽媽喊你回家吃飯」那麼簡單。

只從我們熱管理的角度再補充。

四驅的話，特斯拉汽車中的熱管理問題會更加麻煩。

目前由於汽車的工況非常複雜，電動汽車熱管理涉及電機、逆變器和電池組散熱和加溫全新問題，這本來就是大問題，改成四驅後系統會更加複雜。

假設單個輪轂電機30千瓦，那個四個輪轂電機會增加功率到120千瓦嗎？我認為不會，只是扭矩會積累，功率不會積累，扭矩積累帶來的好處就是加速快

最好是不要增加車子的非懸掛質量。

輪轂電機的話，車輛涉水也是問題。

技術當然不成問題，關鍵是成本和可靠性，另外大眾市場不一定需要這樣牛叉的東西。

軍用混合動力早有這麼乾的了，每個輪子一個電機，人家是要翻山越嶺的，而且不用考慮成本。

題主你說的這個技術比亞迪將在下一代跑車—比亞迪漢上使用，有興趣可以了解一下漢的技術

輪轂電機應該比軸驅動更難控制每個輪子的同步性吧。萬一後面一組輪子的不同步，我就不知道車會幹什麼。

輪轂電機對於跑車來說優勢只有牽引力控制了吧，不過這也是理論上的，畢竟機構設計比控制技術簡單太多

特斯拉這種電動車中的跑車不能用輪轂電機吧，簧下質量太大了影響操控。倒是低速代步車如果用輪轂電機實現原地轉圈，平移進側方車位等動作，會是很實用的。

私以為，輸出功率至少有兩方面決定：電機的功率、電池的功率。那麼一定會有一個點電池的功率成為瓶頸，那麼四電機是不一定能提高性能的。

特斯拉在一個電機的時候就發生過好幾次跑車自燃的現象，更別說是四個了，這是第一點，還有就是過多的電機肯定會使得價格飆升，因為跑車在公路上行駛根本不需要四輪驅動啊，這是第二點，最後就是四輪驅動的傳動控制，因為速度的降低和增大都需要時間，如前幾位所說的百公里3.5秒，就是說傳動控制的響應時間就算誤差幾毫秒輪胎的轉向都會出現偏差，所以高速行駛的時候操作性是很難保證的。