李 江，陳奇鋒，張 偉

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

引言

《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線2.0》中提到，隨著內(nèi)燃機汽車大規(guī)模普及，石油依賴凸顯、大氣污染嚴(yán)峻、室溫氣體劇增形成了對汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的巨大壓力，我國提出的2035年“生態(tài)環(huán)境根本好轉(zhuǎn)，美麗中國目標(biāo)基本實現(xiàn)”的戰(zhàn)略目標(biāo)要求我國汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)加速向清潔低碳化轉(zhuǎn)型升級；新能源電驅(qū)動總成系統(tǒng)總體技術(shù)路線要求2025年電驅(qū)動總成系統(tǒng)關(guān)鍵性能達到國際先進，2030年達到國際領(lǐng)先；純電動和插電混合動力汽車總體技術(shù)路線要求2025年EV和PHEV年銷量占汽車總銷量的15%～25%，2030年占30%～40%，2035年占50%～60%，2025年EV占新能源汽車銷量的90%以上，2030年占93%以上，2035年占95%以上；2030年純電動汽車在乘用車和短途商用車上大批量應(yīng)用，2035年實現(xiàn)大范圍應(yīng)用，覆蓋絕大多數(shù)公交、物流、市內(nèi)短途等場景[1]。

由此可見，純電動車重卡技術(shù)的研究迫在眉睫，而純電動車重卡動力總成的技術(shù)研究是核心關(guān)鍵所在。

1 新能源重卡技術(shù)路線

新能源重卡將會和乘用車的技術(shù)路線相同，在電機、電池技術(shù)不成熟階段，為滿足國家排放法規(guī)要求，一段時間將進行混合動力技術(shù)的應(yīng)用，待到電機、電池技術(shù)成熟后將大范圍應(yīng)用純電動技術(shù)。同樣，近幾年，重卡汽車也將會持續(xù)應(yīng)用混合動力技術(shù)作為新能源主要技術(shù)路線，重卡汽車混動技術(shù)路線示意圖見圖1所示，待電機、電池技術(shù)成熟后切換為純電動技術(shù)路線。同時，無論乘用車還是商用車，我國新能源汽車行業(yè)的最終技術(shù)路線都將是純電動汽車。

圖1 混合動力技術(shù)路線

2 純電動重卡技術(shù)路線及結(jié)構(gòu)

由于重卡車型的特殊性，底盤系統(tǒng)和動力系統(tǒng)都在車架上裝配，根據(jù)動力總成的布置形式有以下三種純電動重卡技術(shù)路線及結(jié)構(gòu)。

2.1 傳統(tǒng)電機+變速箱+橋技術(shù)路線

純電動重卡最容易實現(xiàn)也是最常見的技術(shù)路線，該技術(shù)將發(fā)動機替換為電機。該技術(shù)僅更換了動力源，其他底盤技術(shù)基本不做變化，技術(shù)路線如圖2所示。該技術(shù)缺點為系統(tǒng)集成度不高，驅(qū)動效率和能量回收效率都較低。

圖2 電機+變速箱+橋技術(shù)路線

2.2 傳統(tǒng)電機+變速箱+橋結(jié)構(gòu)

傳動純電動重卡動力總成結(jié)構(gòu)變化取消柴油動力總成發(fā)動機，用電機替代，增加了電機控制系統(tǒng)、電池、電池冷卻系統(tǒng)、高壓供電系統(tǒng)。 電機功率一般選用180 kW～350 kW功率的永磁同步電機，可以滿足不同噸位的整車要求；變速箱一般采用直接擋、4擋、6擋、9擋AMT變速箱，匹配不同扭矩的整車需求。如圖3所示，電機為雙輸出軸結(jié)構(gòu)，前方和發(fā)動機連接即可實現(xiàn)混合動力技術(shù)，取消前方動力輸入耦合，僅由電機提供動力的結(jié)構(gòu)即為純電動結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的缺點為將電機代替發(fā)動機，其他底盤系統(tǒng)不變，但純電動重卡增加了電池、控制器、冷卻等系統(tǒng)，整車布置較困難，且整車質(zhì)量也相對于燃油車有所增加。

圖3 電機+變速箱純電動結(jié)構(gòu)（混動結(jié)構(gòu)）

2.3 集成電驅(qū)動橋技術(shù)路線

為提高驅(qū)動效率和能量回收效率，考慮集成化設(shè)計，中央電機集成電驅(qū)橋技術(shù)將成為純電動重卡的最理想技術(shù)路線，技術(shù)路線原理如圖4所示。該技術(shù)路線將電機、變速箱和驅(qū)動橋整合成一個總成，并且取消了傳動軸，大大節(jié)約了制造成本，對整車輕量化也做了很大的貢獻。

圖4 電驅(qū)動橋技術(shù)路線

2.4 集成電驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)

集成電驅(qū)橋結(jié)構(gòu)是將電機和變速箱集成到車橋上，如圖5所示，該結(jié)構(gòu)就需要電機和變速箱的結(jié)構(gòu)盡量小，布置盡量緊湊，這樣才能保證電驅(qū)橋的整體可靠性。電機一般選用軸向尺寸小的徑向電機，電機功率一般在120 kW～200 kW，電機功率可以根據(jù)單、雙橋的車型進行選擇，小功率的電機體積也小，有利于車橋布置。變速箱一般采用直接擋和2擋、4擋雙中間軸齒輪變速箱結(jié)構(gòu)。

圖5 電驅(qū)橋結(jié)構(gòu)

電驅(qū)橋的優(yōu)勢特別明顯，系統(tǒng)集成度高、整車電池布置空間富裕、整車動力總成成本、質(zhì)量都很低。唯一的缺點就是電機變成了簧下質(zhì)量，對電機的震動性能及可靠性能提出了很高的要求。

2.4.1 輪轂電機技術(shù)路線

隨著電機技術(shù)的突破，成本和功率密度如果都能大大提高的情況下，將電機直接集成到輪邊，即采用輪轂電機驅(qū)動車輛，這種技術(shù)路線的效率將達到最大化。技術(shù)路線如圖6所示，該技術(shù)也將取消變速箱和TCU，整車布置和控制系統(tǒng)也將得到簡化。

圖6 輪轂電機技術(shù)路線

2.4.2 輪轂電機結(jié)構(gòu)

輪轂電機結(jié)構(gòu)是將電機直接集成在輪邊，輪邊采用行星 齒輪變速器機構(gòu)進行減速增扭，傳動效率可以達到94%。結(jié)構(gòu)如圖7所示，輪轂電機目前僅在國外展車有一些樣件展示，很少有重卡車型應(yīng)用，在一些客車上已經(jīng)有應(yīng)用。

圖7 輪轂電機結(jié)構(gòu)

3 純電動重卡動力總成關(guān)鍵技術(shù)

純電動重卡動力總成關(guān)鍵技術(shù)為電機技術(shù)、AMT技術(shù)、電控技術(shù)、電池技術(shù)。AMT技術(shù)國內(nèi)外基本相同，國內(nèi)有法斯特，國外有ZF、伊頓和艾里遜；我國目前在電機和電機控制器技術(shù)方面基本和國外持平，代表企業(yè)有上海電驅(qū)動、精進電機、中車電機、比亞迪汽車等；鑒于電池技術(shù)在新能源車產(chǎn)業(yè)中的重要作用，中、美、日、韓、德以及歐盟等其他國家和組織均制定了車用動力蓄電池發(fā)展的國家級固化，詳見《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線2.0》[1]。

4 結(jié)論

由以上分析可知，目前階段由于電機、電池技術(shù)的制約，最易實現(xiàn)混合動力技術(shù)路線將持續(xù)一段時間；隨著國家排放法規(guī)的要求，到2025年左右，隨著電機、電池技術(shù)的高速發(fā)展和成熟，純電動重卡將成為新能源重卡的主流產(chǎn)品；電驅(qū)橋技術(shù)的高效率特性、高集成度設(shè)計、低成本、輕質(zhì)量的優(yōu)勢都將推動其快速發(fā)展；輪轂電機技術(shù)由于其對電機的要求非常高，所以，待到電機產(chǎn)業(yè)發(fā)展到成熟后才會將輪邊驅(qū)動技術(shù)推向市場。

經(jīng)本次分析得出結(jié)論：純電動重卡的最優(yōu)技術(shù)路線為電驅(qū)橋純電動技術(shù)。