純電動重卡動力總成結構研究

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

《節能與新能源汽車技術路線2.0》中提到，隨著內燃機汽車大規模普及，石油依賴凸顯、大氣污染嚴峻、室溫氣體劇增形成了對汽車產業發展的巨大壓力，我國提出的2035年“生態環境根本好轉，美麗中國目標基本實現”的戰略目標要求我國汽車產業技術加速向清潔低碳化轉型升級；新能源電驅動總成系統總體技術路線要求2025年電驅動總成系統關鍵性能達到國際先進，2030年達到國際領先；純電動和插電混合動力汽車總體技術路線要求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用，2035年實現大范圍應用，覆蓋絕大多數公交、物流、市內短途等場景[1]。

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

1 新能源重卡技術路線

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

圖1 混合動力技術路線

2 純電動重卡技術路線及結構

由于重卡車型的特殊性，底盤系統和動力系統都在車架上裝配，根據動力總成的布置形式有以下三種純電動重卡技術路線及結構。

2.1 傳統電機+變速箱+橋技術路線

純電動重卡最容易實現也是最常見的技術路線，該技術將發動機替換為電機。該技術僅更換了動力源，其他底盤技術基本不做變化，技術路線如圖2所示。該技術缺點為系統集成度不高，驅動效率和能量回收效率都較低。

圖2 電機+變速箱+橋技術路線

2.2 傳統電機+變速箱+橋結構

傳動純電動重卡動力總成結構變化取消柴油動力總成發動機，用電機替代，增加了電機控制系統、電池、電池冷卻系統、高壓供電系統。 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，電機為雙輸出軸結構，前方和發動機連接即可實現混合動力技術，取消前方動力輸入耦合，僅由電機提供動力的結構即為純電動結構。該結構的缺點為將電機代替發動機，其他底盤系統不變，但純電動重卡增加了電池、控制器、冷卻等系統，整車布置較困難，且整車質量也相對于燃油車有所增加。

圖3 電機+變速箱純電動結構（混動結構）

2.3 集成電驅動橋技術路線

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

圖4 電驅動橋技術路線

2.4 集成電驅動橋結構

集成電驅橋結構是將電機和變速箱集成到車橋上，如圖5所示，該結構就需要電機和變速箱的結構盡量小，布置盡量緊湊，這樣才能保證電驅橋的整體可靠性。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構。

圖5 電驅橋結構

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

2.4.1 輪轂電機技術路線

隨著電機技術的突破，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，即采用輪轂電機驅動車輛，這種技術路線的效率將達到最大化。技術路線如圖6所示，該技術也將取消變速箱和TCU，整車布置和控制系統也將得到簡化。

圖6 輪轂電機技術路線

2.4.2 輪轂電機結構

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

圖7 輪轂電機結構

3 純電動重卡動力總成關鍵技術

純電動重卡動力總成關鍵技術為電機技術、AMT技術、電控技術、電池技術。AMT技術國內外基本相同，國內有法斯特，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方面基本和國外持平，代表企業有上海電驅動、精進電機、中車電機、比亞迪汽車等；鑒于電池技術在新能源車產業中的重要作用，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展的國家級固化，詳見《節能與新能源汽車技術路線2.0》[1]。

4 結論

由以上分析可知，目前階段由于電機、電池技術的制約，最易實現混合動力技術路線將持續一段時間；隨著國家排放法規的要求，到2025年左右，隨著電機、電池技術的高速發展和成熟，純電動重卡將成為新能源重卡的主流產品；電驅橋技術的高效率特性、高集成度設計、低成本、輕質量的優勢都將推動其快速發展；輪轂電機技術由于其對電機的要求非常高，所以，待到電機產業發展到成熟后才會將輪邊驅動技術推向市場。

經本次分析得出結論：純電動重卡的最優技術路線為電驅橋純電動技術。