本文系基于公開資料撰寫,僅作為信息交流之用,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(xiàn)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,成為一個獨立的動力單元。

輪轂電機是實現(xiàn)電動汽車分布式驅動的核心技術,分布式驅動的意義,號稱“中國輪轂電機第一人”呂超的這么總結,“這如同喬布斯認為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,集中式和分布式。其中分布式驅動又分為輪邊電機驅動和輪轂電機驅動。集中式,就是現(xiàn)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為整車四個車輪的動力來源。輪邊驅動屬于分布式驅動,一個電機驅動一個車輪,但是電機并沒有集成到車輪內,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(xiàn)車輪自驅動,是分布式驅動的最終形式。

關于分布式驅動,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于,為什么說,通過輪轂電機實現(xiàn)的分布式驅動,是自動駕駛的終極解決方案呢?

因為自動駕駛需要汽車能夠實現(xiàn)足夠多的運動方式,只有分布式驅動能夠完成這一點。

分布式驅動實現(xiàn)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(xiàn)的所有動作軌跡。

只有實現(xiàn)分布式驅動,才能夠將機械的復雜度等量代換為代碼的復雜度,用降維思路解決自動駕駛問題,將人從駕駛這種重復性勞動中徹底解放出來。

用機械實現(xiàn)一個單獨的功能并不難,但在一個機械平臺上實現(xiàn)多個功能,其復雜度就會有指數(shù)性的上升。我們數(shù)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,然后用降維的方法來解決問題,化復雜為簡單。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(xiàn)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(xiàn)各種機械功能。這樣就將復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(shù)量級。

代碼與機械功能之間的連接,就是電機。因為電機可以用非常小的誤差實現(xiàn)機械功能,以我們常用的17位伺服電機為例,用脈沖來控制電機運動,每131072個脈沖轉一圈,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么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(yè)機器人行業(yè),就是一個典型的代碼改變世界的例子。

典型的工業(yè)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,減速器作為電機外延的機械設備,能夠實現(xiàn)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(yè)機器人是下一代工業(yè)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(yè)制造的無限可能性。

另一個例子是工業(yè)皇冠上的明珠——隱形戰(zhàn)斗機。

作為世界上僅有的三款隱形戰(zhàn)斗機之一,中國的殲20為達到美國F22同等的戰(zhàn)斗力水平,采取了鴨翼設計,就是我們上圖殲20前面兩只小翅膀。

信奉大力出奇跡,板磚飛上天的美國空軍,對鴨翼的態(tài)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(fā)動機的依賴,但問題也同樣顯而易見,對飛行控制系統(tǒng)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自試飛之后就沒有出過大的飛控問題。

上圖我們可以發(fā)現(xiàn),殲20落地的時候有10個舵面,這表明殲20的飛行控制系統(tǒng)在飛機飛行的全狀態(tài)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復雜,難度最高的運動控制代碼組合。實際上,對于后發(fā)國家來說,外形可以抄,甚至發(fā)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(shù)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(xiàn)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(tǒng)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(tǒng),保證了駕駛操控的延展性,電機操控下的分布式驅動,則實現(xiàn)了駕駛系統(tǒng)的精確發(fā)力和定位,兩者構成了自動駕駛的核心驅動力。

代碼+分布式驅動,當下最可見的應用不是終極的自動駕駛,而是迅速實現(xiàn)車身的穩(wěn)定控制。具備這個功能的系統(tǒng)就是我們常說的ESP(Electronic Stability Program),最早由博世研發(fā)并投入量產,隨后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為重要標志。

由于ESP技術掌握在博世這樣的一級供應商手里,價格不菲,對于一般的汽車廠商來說,如果新車型上市,增加了ESP以后總價格不變,就意味著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,對于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,也就意味著成本的層層遞進,超過消費者的承受能力之后就會帶來需求的下滑。

如果實現(xiàn)了分布式驅動,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,或者其他的什么車身控制系統(tǒng),所需要的,只是更新一次代碼,就這么簡單。大家再也不用一個車型幾年等一回的,翹首以盼等著廠商加配置了。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(tǒng)版本的更新,邊際成本可以降到無限低。

汽車分布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。

輪邊電機因為電機與車輪是分開的,體積比較大,注定是一個過渡性的方案,目前主要應用于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(xiàn)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。

那么現(xiàn)在的問題是,輪轂電機都出現(xiàn)了一百多年了,為什么還一直停留在紙面上呢?

1896年,費迪南德·保時捷,也就是后來的保時捷創(chuàng)始人,就在英國注冊了輪轂電機的專利,1900年就制造出了第一輛前輪輪轂電機驅動的電動車。因為電池技術不成熟,內燃機取代了電動車,在未來的一百多年里,成為乘用車的主流,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,以特斯拉為代表的電動車重新登上歷史舞臺,輪轂電機才又一次成為熱點。

2016年,中國掀起了一波投資輪轂電機的熱潮,我們去搜索關于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(fā)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,仿佛被大家遺忘了。

輪轂電機產業(yè)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制成,為了提高反應速度,方便操控,一般要求懸掛下面的結構盡量輕便,而輪轂電機將電機集成于輪轂中,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,電機集成在輪轂這么一個狹小的空間內,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(tǒng)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(yè),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年又被恒大收購,恒大還拿下了美國的Protean,三家公司有兩家被恒大收入囊中,至于Elaphe,A股的亞太股份控制了20%的股權,并與其在國內建立了控股的合資公司。

前兩家公司在并入恒大之后,在量產車型方面進展不大,至于亞太股份,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(fā)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(yè)化�！�,到現(xiàn)在為止,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,對于電動汽車而言,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(guī)模普及階段的時候就談輪轂電機,步子有些大。

《華為公司的核心價值觀》這本書里面寫道:“從統(tǒng)計分析可以得出,幾乎100%的公司并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�！�,“華為要保持技術領先,但只能是領先競爭對手半步,領先三步就會成為先烈”。

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(fā)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(xiàn)自動駕駛的賽道上,輪轂電機是注定要趟出的一條路,并不會以個人甚至主機廠的意見為轉移,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,成為先烈的概率很大,先人的墓碑給后人留下了指引,一條朝圣之路就此誕生。

股市是一個理想與現(xiàn)實交織的地方,經濟學家希望的那種均衡狀態(tài),幾乎沒有存在過。我們要做的,不是在徹底現(xiàn)實的地方尋找利空,也不是在理想主義膨脹的時候發(fā)現(xiàn)利多,而是相反,要在徹底現(xiàn)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(xiàn)實主義的支撐。