輪轂電機，自動駕駛的終極標配？

本文系基於公開資料撰寫，僅作爲信息交流之用，不構成任何投資建議。作者在雪球設有同名專欄。

自動駕駛，已經確定將是我們未來交通的主要承載方式。我們也知道，在通往自動駕駛的道路上，電動是唯一的選擇，但是電動車具體如何完美實現自動駕駛，爭議很大。

我們的判斷是，未來的自動駕駛，一定有輪轂電機一席之地。

輪轂電機，就是將一個電機整合到汽車輪轂內，使汽車輪轂具有動力、傳動和制動功能，成爲一個獨立的動力單元。

輪轂電機是實現電動汽車分佈式驅動的核心技術，分佈式驅動的意義，號稱“中國輪轂電機第一人”呂超的這麼總結，“這如同喬布斯認爲點擊屏幕一定要用手指，而不是用觸屏筆一樣，是最直接、最高效的驅動方式。”

電動車的驅動方式有兩種，集中式和分佈式。其中分佈式驅動又分爲輪邊電機驅動和輪轂電機驅動。集中式，就是現在絕大部分電動車的驅動方式，電機放置在底盤上，通過傳動軸驅動車輪運轉，通常一個電機驅動兩個車輪或者作爲整車四個車輪的動力來源。輪邊驅動屬於分佈式驅動，一個電機驅動一個車輪，但是電機並沒有集成到車輪內，而是通過傳動電機輸出軸連接到車輪上。

輪轂電機驅動則是將電機集成到車輪內，徹底實現車輪自驅動，是分佈式驅動的最終形式。

關於分佈式驅動，還有內轉子和外轉子的方案，電機具體還有永磁同步、交流異步電機等等不同的選擇，相關的技術路徑我們今天不再贅述。我們要確定的問題在於，爲什麼說，通過輪轂電機實現的分佈式驅動，是自動駕駛的終極解決方案呢？

因爲自動駕駛需要汽車能夠實現足夠多的運動方式，只有分佈式驅動能夠完成這一點。

分佈式驅動實現了四個車輪每個車輪的單獨控制，每個車輪都可以做出360度的運動，可以完成你能想象到的，一個四方體的盒子在平面上所能實現的所有動作軌跡。

只有實現分佈式驅動，才能夠將機械的複雜度等量代換爲代碼的複雜度，用降維思路解決自動駕駛問題，將人從駕駛這種重複性勞動中徹底解放出來。

用機械實現一個單獨的功能並不難，但在一個機械平臺上實現多個功能，其複雜度就會有指數性的上升。我們數學上典型的解題思路是“升維思考，降維解題”，就是用更高的維度去理解問題，看透事物的本質，把事物分解成最基本的組成，然後用降維的方法來解決問題，化複雜爲簡單。這個升維的思路，也就是馬斯克常說的“第一性原理”。

用純機械來實現組合機械功能難度異乎尋常的大，那不妨換一條路徑。用代碼生成控制軟件，通過操作電機驅動機械來實現各種機械功能。這樣就將複雜的機械功能轉換變成幾行代碼的寫作，難度下降了N個數量級。

代碼與機械功能之間的連接，就是電機。因爲電機可以用非常小的誤差實現機械功能，以我們常用的17位伺服電機爲例，用脈衝來控制電機運動，每131072個脈衝轉一圈，也就是最小精度是360/131072=0.0027度，定位誤差可以達到0.001毫米。

這是一個代碼改變世界的時代。代碼驅動電機，電機帶動機械，這個冰冷的世界就這麼變得眉清目秀了起來。

學機械和做電子設備的人往往看不起寫代碼的，甚至連金融市場的有些人都覺得計算機軟件是非實體經濟，但事實是，千萬不要小看這些寫代碼的。在機械以及電子產品的單項性能很難有大突破的當下，產品綜合性能的突破必須靠代碼。

工業機器人行業，就是一個典型的代碼改變世界的例子。

典型的工業機器人由控制設備、伺服電機和減速器三部分構成，控制設備帶動了伺服電機，減速器作爲電機外延的機械設備，能夠實現控制設備下達的各種指令，控制設備的核心就是那一行行的代碼。工業機器人是下一代工業革命的核心設備，原因就是代碼的無窮延展性，所帶來的工業製造的無限可能性。

另一個例子是工業皇冠上的明珠——隱形戰鬥機。

作爲世界上僅有的三款隱形戰鬥機之一，中國的殲20爲達到美國F22同等的戰鬥力水平，採取了鴨翼設計，就是我們上圖殲20前面兩隻小翅膀。

信奉大力出奇跡，板磚飛上天的美國空軍，對鴨翼的態度是“鴨翼最好的位置就是裝在敵人的飛機上”，原因就是鴨翼雖然可以大幅提升飛機的氣動性能，減輕對發動機的依賴，但問題也同樣顯而易見，對飛行控制系統的要求極高，稍有問題就機毀人亡。成飛完美的解決了這個問題，殲20自試飛之後就沒有出過大的飛控問題。

上圖我們可以發現，殲20落地的時候有10個舵面，這表明殲20的飛行控制系統在飛機飛行的全狀態至少要控制10個舵面，殲20的飛控軟件，可能是這個星球上最複雜，難度最高的運動控制代碼組合。實際上，對於後發國家來說，外形可以抄，甚至發動機也可以買到，但飛控真的沒有辦法，需要天量的風洞測試和無數碼農青春的獻祭，是真正的超級大國標配。

自動駕駛，同樣要遵循這樣的路徑。

實現自動駕駛，可能的路徑很多，但無一例外，都要求底層的機械系統具有強大的延展性和精確的操控能力。代碼組合構成控制系統，保證了駕駛操控的延展性，電機操控下的分佈式驅動，則實現了駕駛系統的精確發力和定位，兩者構成了自動駕駛的核心驅動力。

代碼+分佈式驅動，當下最可見的應用不是終極的自動駕駛，而是迅速實現車身的穩定控制。具備這個功能的系統就是我們常說的ESP（Electronic Stability Program），最早由博世研發並投入量產，隨後其他的汽車廠商紛紛跟上，比如通用的ESC、豐田的VSC，名稱雖然不同，但基本功能類似。國內判斷一個車型是否高端，很長一段時間就是以是否安裝了ESP爲重要標誌。

由於ESP技術掌握在博世這樣的一級供應商手裡，價格不菲，對於一般的汽車廠商來說，如果新車型上市，增加了ESP以後總價格不變，就意味着必須大幅壓縮其他的成本，這對汽車廠商來說壓力山大。不僅僅對燃油車是這樣，對於集中式驅動的電動車，也會面臨同樣的問題。提升功能就必須增加配置，也就意味着成本的層層遞進，超過消費者的承受能力之後就會帶來需求的下滑。

如果實現了分佈式驅動，上述問題就迎刃而解。不管是ABS，還是選配的時候價值上萬元的ESP，或者其他的什麼車身控制系統，所需要的，只是更新一次代碼，就這麼簡單。大家再也不用一個車型幾年等一回的，翹首以盼等着廠商加配置了。如果有一天過渡到了自動駕駛，需要的也不過是一次稍微耗時長一些的，操作系統版本的更新，邊際成本可以降到無限低。

汽車分佈式驅動也有兩種方式，一種是輪邊電機驅動，另一種是輪轂電機驅動。

輪邊電機因爲電機與車輪是分開的，體積比較大，註定是一個過渡性的方案，目前主要應用於一些對體積要求不太高的商用車，比如客車中。輪轂電機將電機集成到了輪轂中，實現了動力、傳動和制動功能的集合，非常適合乘用車這種對體積效率要求高的車型，是自動駕駛最終的解決方案。

那麼現在的問題是，輪轂電機都出現了一百多年了，爲什麼還一直停留在紙面上呢？

1896年，費迪南德·保時捷，也就是後來的保時捷創始人，就在英國註冊了輪轂電機的專利，1900年就製造出了第一輛前輪輪轂電機驅動的電動車。因爲電池技術不成熟，內燃機取代了電動車，在未來的一百多年裡，成爲乘用車的主流，依靠電力驅動的輪轂電機，也就一直被雪藏。直到最近的十年，以特斯拉爲代表的電動車重新登上歷史舞臺，輪轂電機才又一次成爲熱點。

2016年，中國掀起了一波投資輪轂電機的熱潮，我們去搜索關於輪轂電機的券商報告，2015年3篇，2016年19篇，2017年2篇，2018年3篇，2019、2020這兩年一篇都沒有，哪怕在電動汽車熱到發燙的今天，輪轂電機卻依舊冷冷清清，任憑相關廠商吼破了嗓子也應者寥寥，彷彿被大家遺忘了。

輪轂電機產業化確實有自己的缺陷，簧下質量增加和電機材料過熱退磁，是兩個必須要邁過的門檻。汽車懸掛一般由彈簧製成，爲了提高反應速度，方便操控，一般要求懸掛下面的結構儘量輕便，而輪轂電機將電機集成於輪轂中，會顯著增加簧下質量，這會對操控和安全性產生很大的負面影響。

此外，電機集成在輪轂這麼一個狹小的空間內，制動的時候會產生很大的熱量，這些熱量傳導到電機上，而電機材料超過200度以上就會退磁，必須通過額外的散熱系統保證電機不過熱。

全球最領先的輪轂電機生產廠商是三家歐美企業，即荷蘭的 e-Traction、美國的Protean、歐洲的Elaphe，這三家公司都基本都在中國有深入的合作，其中2016年湖北泰特機電全資收購了e-Traction，2019年又被恆大收購，恆大還拿下了美國的Protean，三家公司有兩家被恆大收入囊中，至於Elaphe，A股的亞太股份控制了20%的股權，並與其在國內建立了控股的合資公司。

前兩家公司在併入恆大之後，在量產車型方面進展不大，至於亞太股份，公司在接受調研的時候多次表示，“公司輪轂電機的生產線和檢測設備已安裝完成，基本滿足量產條件”，“公司正在按計劃推廣輪轂電機項目，前期已與多家整車廠在開發合作，目前已具備量產條件，公司會努力加快推進輪轂電機的產業化。”，到現在爲止，還是但聞樓梯響，不見佳人來。

輪轂電機的窘境，固然可以說產品確有缺陷，但更多的是原因是，這個市場沒有第一個吃螃蟹的。沒有應用，就談不上改進，更遑論推廣。輪轂電機在電動自行車和電動摩托上已經應用好多年了，對於電動汽車而言，簧下質量和電機材料過熱，也不是解決不了的難題，難就難在，在電動車剛剛開始進入大規模普及階段的時候就談輪轂電機，步子有些大。

《華爲公司的核心價值觀》這本書裡面寫道：“從統計分析可以得出，幾乎100%的公司並不是技術不先進而死掉的，而是技術先進到別人還沒有對它完全認識與認可，以至沒有人來買，產品賣不出去卻消耗了大量的人力、物力、財力，喪失了競爭力。”，“華爲要保持技術領先，但只能是領先競爭對手半步，領先三步就會成爲先烈”。

距離輪轂電機概念最火的2016年，4年過去了，市場預想的輪轂電機大爆發沒有來到，依然還是在期待量產的漫長等待中。

但正如我們在一開始分析的那樣，在實現自動駕駛的賽道上，輪轂電機是註定要趟出的一條路，並不會以個人甚至主機廠的意見爲轉移，只是一個時間早晚的問題。但是第一個吃螃蟹的主機廠，或者車型，成爲先烈的概率很大，先人的墓碑給後人留下了指引，一條朝聖之路就此誕生。

股市是一個理想與現實交織的地方，經濟學家希望的那種均衡狀態，幾乎沒有存在過。我們要做的，不是在徹底現實的地方尋找利空，也不是在理想主義膨脹的時候發現利多，而是相反，要在徹底現實的地方尋找夢想的可能性，在理想主義膨脹的時候尋求現實主義的支撐。