電輔助驅動技術研究

申伶，趙化剛，陳沖

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

1 緒論

隨著全球工業(yè)化進程的推進，能源危機和環(huán)境污染問題日趨嚴重，且已經成為人類社會共同面臨的兩大難題。在我國，伴隨著我國經濟的高速發(fā)展，能源的需求和消耗也在迅速擴大，使國家的能源安全和環(huán)境問題受到巨大挑戰(zhàn)，解決資源與環(huán)境的問題尤為迫切，并且隨著人們生活水平地提高，車輛保有量也在逐年增加，更加劇了能源的消耗和環(huán)境的污染[1]。作為由傳統燃油向純電動過渡的產物，由電機和發(fā)動機組成的混合動力車輛是近年來發(fā)展的重點，發(fā)動機解決續(xù)駛里程短的問題，電機緩解能耗和排放問題，既可以在非行車時利用外界充電網絡對電池進行充電，也可以在行車時由發(fā)動機和制動能量對電池充電，因此相比純電動車輛，能較好地改善純電動車輛續(xù)駛里程短的問題[2-3]。根據能量流動形式的不同，目前混合動力車輛動力傳動的結構形式可以分為串聯式、并聯式、混聯式三種。

近年來國內對公路車輛的超限檢查力度進一步加強，多拉快跑的運輸模式將成為歷史。車輛總質量被嚴格限制后，如何提升燃油有效利用率成為關注重點，因此底盤輕量化需求成為必然，在法規(guī)規(guī)定總質量一定的情況下，更輕的整備質量既可以減少整車空載工況燃油消耗，也可以運輸更多貨物質量，即運營經濟性更好。

此外，國家對車輛使用性能及安全性要求更高，如GB1589-2016中對驅動軸軸荷占比的規(guī)定[4]，GB7258-2017中對前轉向軸軸荷占比和行車制動力、駐車制動力的規(guī)定等[5]。傳統車輛對于軸荷無法直接控制，而空氣懸架車輛在應用電控系統后，對一定載荷工況下的車輛軸荷進行調整，保證了車輛具備一定的驅動性能、脫困能力和安全性等。

高速物流牽引車主要用于日用百貨、工業(yè)用品、冷鏈及設備等零擔運輸，路況以高速和國道為主，年行駛里程為15萬公里～30萬公里，用戶對運營經濟性影響因素關注度較高，包括油耗、輪胎損耗和整備質量等。本文通過討論一種第二軸采用傳統驅動橋作為主驅動、第三軸采用電驅動橋作為輔助驅動的并聯混動三軸車型方案，結合提升軸空氣懸架控制策略，使方案車型具有比傳統雙后軸驅動車型更優(yōu)的運營經濟性。

2 承載與驅動型式

目前，用于高速物流運輸的牽引車主要采用6×2和6×4兩種驅動型式，為提高運營收益，牽引車宜采用6×4驅動型式，但常規(guī)雙后驅動軸6×4牽引車整備質量較大，一定程度上削弱了運營收益。

并聯混合動力系統的發(fā)動機動力與電機動力完全分開驅動不同的驅動軸，從而實現發(fā)動機與電機通過疊加機械能的方式，共同驅動或者各自獨立驅動車輛行駛。在并聯混合動力中，按車輛的驅動模式又可以分為：驅動力復合式、轉矩復合式和轉速復合式三種[6]，其中驅動力復合式見圖1，兩個動力源之間沒有直接的能量交換與流動，分別驅動各自連接端的車軸，車輛既可工作在雙驅模式，也可分別工作在純發(fā)動機狀態(tài)或純電動狀態(tài)。

圖1 基本結構

圖2 擴展結構

參考圖1所示驅動力復合并聯混動系統結構，目標車型采用圖2所示三軸承載及混合驅動方案，第二軸采用常規(guī)驅動橋，第三軸采用隨動軸加電驅動橋方式，電機作為輔助動力源，在車輛驅動力不足時提供輔助驅動力。另外，減少傳統6×4車型發(fā)動機功率，將電機動力作為大負載工況下的動力補充，可減少車輛在單發(fā)動機行駛工況下的油耗。

3 電驅動系統方案

3.1 電驅橋結構

為減輕系統重量，電驅軸宜采用中央電機集成結構，將驅動電機布置于驅動軸的主減箱后，主減速器集成輪間差速器裝置。

3.2 車輛布置形式

該電輔助驅動系統可以有兩種布置形式，一種是機械驅動橋在前，電驅動橋在后的布置方案，該方案中電驅動橋采用中央電機布置形式，如圖3所示。另一種是電驅動橋在前，機械驅動橋在后的布置方案，如圖4所示，該方案中電驅動橋采用輪邊電機的布置形式，驅動電機位于電驅動橋的兩邊，同時為使后橋的傳動軸布置方便，電驅動橋的軸管中部需下沉或上彎以避開傳動軸。

圖3 布置形式一

圖4 布置形式二

4 運營經濟性

4.1 使用經濟性

常規(guī)驅動軸與電驅軸懸架均采用空氣懸架，電驅功能激活后，電機驅動力成為傳統動力源的補充；空載范圍段，電驅軸提起后可減少輪胎滾阻及輪胎損耗、減少電驅軸內部傳動磨耗、提高驅動軸驅動性能。作為提高燃油經濟性的有效手段之一，輕量化是在車輛系統開發(fā)中必須考慮的因素，與現有6×4常規(guī)公路牽引車相比，采用本文方案驅動型式，底盤重量將大幅降低，運營經濟性得到提升。

4.2 燃油經濟性

根據電輔助驅動系統結構形式和控制策略，在Advisor中搭建了傳統汽車燃油經濟性仿真模型和電輔助驅動汽車燃油經濟性仿真模型，同時制定仿真CYC-HWFET行駛工況并進行相應的參數調整，之后進行了油耗仿真分析，分析結果顯示，電輔助驅動汽車發(fā)動機多數工況下工作在較為高效的區(qū)域，因此其燃油經濟性更優(yōu)。

5 結論

本文通過分析現有常規(guī)6×4公路牽引車型的懸架和驅動軸布置方式以及法規(guī)對于列車總質量和驅動形式的規(guī)定，借鑒了并聯式混合動力布置形式中 驅動力復合式布置方式，開發(fā)了一種全新的6×4驅動模式，采用這種驅動方案，可達到減少車輛整備質量、減少輪胎損耗和降低燃油消耗等目的，最終提升車輛運營經濟性。