新能源汽車是汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，新能源（純電）重卡迎來了發(fā)展機遇，其常見結(jié)構(gòu)如下圖所示。

圖1 純電重卡常見結(jié)構(gòu)類型

本文針對新能源重卡幾種常見構(gòu)型進行分析。

1．“電機+變速箱+傳統(tǒng)橋”構(gòu)型

圖2 純電重卡的電機、變速器、傳動橋型結(jié)構(gòu)圖

1.1 構(gòu)型優(yōu)缺點分析

純電重卡領(lǐng)域采用電機、變速器和傳動橋的組合是取代傳統(tǒng)燃油車的重大實踐。如圖2所示，純電重卡的核心部件電機、變速器、驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)圖。純電重卡動力系統(tǒng)的發(fā)展階段、設(shè)計理念、市場需求、設(shè)計理念的不同，類型較多。從電機數(shù)量上分為：單一電機變速器組合和雙電機變速器組合；從組合方式上分為同軸串聯(lián)雙系統(tǒng)、同軸并聯(lián)雙系統(tǒng)、多軸并聯(lián)雙系統(tǒng)。不同類型的結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點。具體如下：

（1）單一電機變速器組合動力系統(tǒng)

采用單一電機和變速器結(jié)構(gòu)形式的電動卡車，主要有一個電動機和一套變速系統(tǒng)配套的控制系統(tǒng)組成。

主要優(yōu)點：

①結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、成本低；電機普遍采用傳統(tǒng)異步電機或者永磁同步電動機，構(gòu)造簡單，對原燃油車架構(gòu)改動少，容易快速形成產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用；

②運行可靠，經(jīng)久耐用。驅(qū)動橋技術(shù)比較成熟，功率覆蓋范圍寬。

③控制技術(shù)成熟。異步電機控制器普遍采用矢量控制或者直接轉(zhuǎn)矩控制，技術(shù)相對成熟。

缺點：換擋時動力容易中斷，重卡的工作條件需要輸出較大的功率和扭矩，特別是上坡時，由于異步電機存在轉(zhuǎn)速差，容易出現(xiàn)換擋時動力中斷，有溜坡的風險，采用一個驅(qū)動電機產(chǎn)生動力中斷的問題滿足不了重卡的動力需求

（2）同軸串聯(lián)雙系統(tǒng)

圖3 同軸串聯(lián)雙系統(tǒng)（宇通）

如圖3所示，同軸串聯(lián)雙系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，在驅(qū)動電機的輸出軸串聯(lián)一個ISG/M2電機或者M2電機，電控自動離合器對兩個電機進行控制，相當于在原來電機+變速箱的再串一個直驅(qū)電機，換擋時ISG/M電機仍然可以提供動力，進行扭矩補償，實現(xiàn)動力不中斷。這種方案的優(yōu)點是，結(jié)構(gòu)相對比較簡單，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上加一套電機在后面；控制也比較簡單，換擋也可以實現(xiàn)動力無中斷。缺點：M2電機相對而言動力較小，作用有限。比如說，用在礦卡上，前面“M1+T”這一套最大輸出扭矩可以達到15000Nm左右，ISG/M2在換擋的時候最多能提供3000Nm扭矩，也就是20%左右的補償，這樣在爬較大的坡時動力中斷也會比較明顯。

（3）同軸并聯(lián)雙系統(tǒng)

圖4 同軸并聯(lián)雙系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

圖5 同軸并聯(lián)聯(lián)雙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖4所示，同軸并聯(lián)雙系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖。該系統(tǒng)采用雙繞組電機匹配雙輸入變速箱，雙輸入變速箱實際是兩個獨立工作的變速箱，通過共同的輸出軸將動力耦合輸出。兩套系統(tǒng)獨立工作，如圖5所示，紅色和藍色箭頭所示，是同軸并聯(lián)雙系統(tǒng)輸出示意圖，可以實現(xiàn)50%以上的扭矩補償，在爬坡時效果非常明顯。這種動力方案的優(yōu)勢是換擋不存在動力中斷，單系統(tǒng)動力仍然很強，因此一套系統(tǒng)換擋時仍然有較大的動力輸出，平順性跟直驅(qū)幾乎沒有區(qū)別。而且因為是兩套系統(tǒng)，電機扭矩和對應(yīng)擋位可以優(yōu)化分配，負荷小的時候一個電機工作，負荷大的時候兩個電機工作，可以讓電機工作在比較高效的區(qū)域，且電耗低。缺點是系統(tǒng)成本比較高，而且結(jié)構(gòu)和控制也比較復雜。

因此這種方案的定位是高端車型或高性能的動力系統(tǒng)。在路況復雜的自卸車、礦卡等領(lǐng)域，這種方案動力性和平穩(wěn)性優(yōu)勢非常明顯。

（4）異軸并聯(lián)雙系統(tǒng)

圖6 異軸并聯(lián)聯(lián)雙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖6所示，異軸并聯(lián)雙系統(tǒng)動力系統(tǒng)性能和同軸并聯(lián)系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)上存在一定的差異，但工作原理相似。通過兩個高速、高效電機及多模變速箱的組合，確保了換擋過程無動力中斷，使得純電動卡車驅(qū)動系統(tǒng)能夠更好地應(yīng)用于復雜路況。缺點是兩個電機要并排布置，對布置空間要求較高，且傳動速比大，傳動級數(shù)多變速箱效率較低，沒有直接擋，高速運行效率更差。所以，電耗和布置空間可能會成為這種方案的短板，綜合成本也比較高，因為要用到兩個比較大的電機。因此，這種方案更適用于坡度較小的礦車。

1.3 目前主要供應(yīng)商（電機/變速箱/控制器）情況、主機廠匹配及應(yīng)用情況、銷量

表1 純電重卡電驅(qū)動配套產(chǎn)業(yè)鏈情況統(tǒng)計表

2.“電驅(qū)橋”構(gòu)型

圖7 電驅(qū)橋整體結(jié)構(gòu)

車橋?qū)儆趥鹘y(tǒng)制造業(yè)的范疇，電驅(qū)橋是電動機和車橋的組合，也是電動重卡電氣化的產(chǎn)物。如圖7所示，雙電機電驅(qū)橋的總體結(jié)構(gòu)。電驅(qū)橋的將電機和車橋合成一體，俗稱二合一，電機通過減速機構(gòu)、差速器、半軸將動力傳遞給驅(qū)動輪。按電機的驅(qū)動類型分為單電機中央驅(qū)動、雙電機中央驅(qū)動、單電機直驅(qū)。按電機分布位置不同，電驅(qū)橋分為輪邊電機橋和輪轂電機驅(qū)動橋兩種。

2.1構(gòu)型優(yōu)缺點分析

電驅(qū)橋主要是電機和傳統(tǒng)車橋的組合，車橋設(shè)計和制造屬于純機械，成本低，傳統(tǒng)重卡采用內(nèi)燃機作為動力源，電動卡車使用的電驅(qū)橋。缺點也有，第一驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)復雜，簧下質(zhì)量大。采用整體傳統(tǒng)車橋和電機的結(jié)合，由于電機的轉(zhuǎn)速較高，一級減速器滿足不了要求，通常需要二級減速，這樣一來，減速器的結(jié)構(gòu)就比較復雜，簧下質(zhì)量大幅提高。其次是電機的轉(zhuǎn)速范圍寬，要求功率和輸出扭矩大，對控制器提出的要求高，控制器的軟硬件開發(fā)難度大，特別是芯片開發(fā)成本高。

2.2目前主要供應(yīng)商情況、主機廠匹配及應(yīng)用情況、銷量

表2 純電重卡電驅(qū)橋構(gòu)型配套產(chǎn)業(yè)鏈統(tǒng)計表

2.3成本分析

新能源重卡電機＋變速器＋傳統(tǒng)橋產(chǎn)業(yè)由于屬于新事物，在生產(chǎn)規(guī)模上已與競爭對手存在較大的差異。陜汽、一汽解放新能源重卡、比亞迪是國內(nèi)主流重卡生產(chǎn)企業(yè)，陜氣和一汽都有一定的市場基礎(chǔ)和良好的傳統(tǒng)商用車市場占有率，但在新能源重卡領(lǐng)域存在一定的短板，電機和控制器研發(fā)和生產(chǎn)能力稍微欠缺，需要對外進行采購，一定程度上增加了成本。

在新能源重卡研發(fā)、生產(chǎn)制造電機及控制器方面仍然沒有掌握核心技術(shù)，在目前僅依靠傳統(tǒng)的投資建設(shè)、自主研發(fā)的方式進行發(fā)展，短時間內(nèi)仍難以趕超競爭對手。比亞迪在重卡領(lǐng)域雖然起步較晚，但在新能源乘用車方面積累了大量的經(jīng)驗，并且具有電池、電機、電控全產(chǎn)業(yè)鏈的生產(chǎn)、研發(fā)、能力，每年研發(fā)投入較多，還具有自己的營銷渠道，在這方面就比較有優(yōu)勢。不足之處，知名度不高，口碑積淀和市場占有率不高。

綜上所述，新能源汽車整體成本差距不是很大，各個重卡生產(chǎn)企業(yè)各有優(yōu)劣，相比之下，比亞迪在成本控制方面優(yōu)勢暫時領(lǐng)先。

3.“輪邊電機”構(gòu)型

圖8 輪邊電機及驅(qū)動器結(jié)構(gòu)

3.1構(gòu)型優(yōu)缺點分析

輪邊電機的主要結(jié)構(gòu)特征是將驅(qū)動電機直接安裝在驅(qū)動輪內(nèi)或驅(qū)動輪附近 （輪邊），具有驅(qū)動傳動鏈短、傳動高效、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，為汽車結(jié)構(gòu)的變革創(chuàng)造了條件。如圖8所示，輪邊電機及驅(qū)動器結(jié)構(gòu)。輪邊電機的驅(qū)動方式主要有減速驅(qū)動和直接驅(qū)動兩種。在減速驅(qū)動方式下，一般采用普通的內(nèi)轉(zhuǎn)子高速電機。安置在電動輪附近，通過減速機構(gòu)與電動輪相連，通常稱為輪邊電機。為了獲得較高的功率密度，電機的轉(zhuǎn)速通常高達 10000r/min。該類型結(jié)構(gòu)緊湊，可大幅度提高輪邊電驅(qū)動總成的轉(zhuǎn)矩密度和效率，已成為電動輪總成技術(shù)發(fā)展的重要方向。但是，高速行星齒輪裝置設(shè)計和制造難度大、噪聲難以控制、相關(guān)核心技術(shù)有待解決。

輪邊電機分布驅(qū)動技術(shù)具備很大的優(yōu)勢，具體表現(xiàn)在以下方面：

①結(jié)構(gòu)簡單、布置靈活，不需要復雜的機械傳動系統(tǒng)，車輛的空間利用率高，傳動系統(tǒng)效 率高。

②電機小型化分布驅(qū)動，獨立控制，故障容錯能力強。

③采用現(xiàn)代控制技術(shù)整體控制各個輪邊電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和功率輸出等參數(shù)，實現(xiàn)在傳統(tǒng)汽車上難以實現(xiàn)的一些高性能控制功能，大大改善了汽車的行駛性能。

④在減速或下坡時，動能或勢能可轉(zhuǎn)化為電能，通過功率變換器回饋給電池，實現(xiàn)能量回饋，增加了電動汽車的行駛里程。

缺點：設(shè)計和制造過于緊湊，對制造技術(shù)要求很高，重卡控制器要對兩個電機進行協(xié)調(diào)控制，算法設(shè)計難度大，開發(fā)成本較高。

3.2 目前主要供應(yīng)商情況、主機廠匹配及應(yīng)用情況

表3 純電重卡輪邊分布式驅(qū)動配套產(chǎn)業(yè)鏈統(tǒng)計表

3.3 成本分析

輪邊電機重卡在前期研發(fā)階段需要巨大投入，需要軟件和硬件大量的實驗，雖然仿真技術(shù)日漸成熟，但研發(fā)成本依然居高不下。在生產(chǎn)過程中，由于結(jié)構(gòu)非常緊湊，需要高精度設(shè)備、零配件，以及熟練的總裝技術(shù)人員，成本是中央電機橋的2-3倍。

綜上所述，輪邊電機驅(qū)動重卡成本與上面幾類電驅(qū)重卡技術(shù)相比，成本較高。

3.“輪轂電機”構(gòu)型

圖9 某輪轂電機結(jié)構(gòu)

圖10某輪轂電機結(jié)構(gòu)

輪轂電機技術(shù)又稱車輪內(nèi)裝電機技術(shù)(In-wheel-motor)，特點是驅(qū)動電機安裝在車輪內(nèi)部。如圖9、10所示，輪轂電機的結(jié)構(gòu)，將電機、制動、輪轂等系統(tǒng)集合在一起。

3.1 構(gòu)型優(yōu)缺點分析

1.輪轂電機的優(yōu)點：

 (1)輪轂電機可以實現(xiàn)高度集成化

輪轂電機將驅(qū)動電機、制動系統(tǒng)、傳動裝置集中在車輪輪轂中，舍棄了傳統(tǒng)的變速器、傳動軸、差速器、分動器，同時，輪轂電機還能進行能量回收，大幅度簡化車輛底盤系統(tǒng)，實現(xiàn)高度集成化。

(2)驅(qū)動控制方式多樣化

通過電機控制器可以實現(xiàn)每個輪轂電機車輪的獨立驅(qū)動控制，前驅(qū)、后驅(qū)、四驅(qū)以及多輪驅(qū)動、轉(zhuǎn)向、制動的實現(xiàn)就容易，只要車輪的自由度設(shè)計合理，幾乎可以實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向。如圖11所示，德國ETE卡車在特殊情況下還能實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向。

圖11 德國ETE歐洲卡車全輪驅(qū)動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

(3)輪轂電機能源驅(qū)動方式多元化

不僅傳統(tǒng)燃油汽車、混合動力汽車可以采用輪轂電機，純電動汽車、增程式汽車也可以采用輪轂電機，能源驅(qū)動方式多元化。

3.2 輪轂電機的缺點：

1)   簧下質(zhì)量高，設(shè)計制造難度大：雖然輪轂電機重卡降低了整車質(zhì)量，但簧下質(zhì)量大幅增加，整車操控性、舒適性以及懸掛可靠性設(shè)計制造的難度卻很大。

2)   可靠性差，成本高：重卡輪轂精密電機工作環(huán)境惡劣，容易損壞，可靠性差。輪轂控制器需要大量的芯片，軟件設(shè)計、整車配套開發(fā)，成本高。

3)   輪轂電機散熱難，制動熱衰退明顯：輪轂電機結(jié)構(gòu)過于緊湊，散熱困難，特別是重卡功率大、裝載質(zhì)量大，制動時熱衰退明顯，制動效能差。

總體看來，輪轂電機的分布式驅(qū)動與集中驅(qū)動相比擁有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在節(jié)能降耗、增加車內(nèi)空間利用率、減少整車設(shè)計與制造成本、適應(yīng)電動汽車智能化開發(fā)等方面。

3.3 目前主要供應(yīng)商情況、主機廠匹配及應(yīng)用情況

表4 輪轂電機配套產(chǎn)業(yè)鏈統(tǒng)計表

輪轂電機主要的成本構(gòu)成輪轂軸承、電機、制動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，國內(nèi)比較成熟且能，輪轂電機配套的電機電控產(chǎn)品，電控研究純電動汽車動力系統(tǒng)匹配理論，動力系統(tǒng)參數(shù)匹配運用MATLAB編寫程序進行驅(qū)動電機、動力電池總需求參數(shù)的計算，研發(fā)周期長，成本非常高。目前，國內(nèi)還沒有實現(xiàn)量產(chǎn)的車企。

3.4 成本分析

綜上所述，輪轂電機重卡雖然在研發(fā)階段，在市場上還沒有出現(xiàn)，但由于它具有良好的機動性和操縱性，具有很好的使用價值，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/span>