新能源汽車是汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，新能源（純電）重卡迎來(lái)了發(fā)展機(jī)遇，其常見(jiàn)結(jié)構(gòu)如下圖所示。

圖1 純電重卡常見(jiàn)結(jié)構(gòu)類型

本文針對(duì)新能源重卡幾種常見(jiàn)構(gòu)型進(jìn)行分析。

1．“電機(jī)+變速箱+傳統(tǒng)橋”構(gòu)型

圖2 純電重卡的電機(jī)、變速器、傳動(dòng)橋型結(jié)構(gòu)圖

1.1 構(gòu)型優(yōu)缺點(diǎn)分析

純電重卡領(lǐng)域采用電機(jī)、變速器和傳動(dòng)橋的組合是取代傳統(tǒng)燃油車的重大實(shí)踐。如圖2所示，純電重卡的核心部件電機(jī)、變速器、驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)圖。純電重卡動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展階段、設(shè)計(jì)理念、市場(chǎng)需求、設(shè)計(jì)理念的不同，類型較多。從電機(jī)數(shù)量上分為：?jiǎn)我浑姍C(jī)變速器組合和雙電機(jī)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(diǎn)。具體如下：

（1）單一電機(jī)變速器組合動(dòng)力系統(tǒng)

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

主要優(yōu)點(diǎn)：

①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、成本低；電機(jī)普遍采用傳統(tǒng)異步電機(jī)或者永磁同步電動(dòng)機(jī)，構(gòu)造簡(jiǎn)單，對(duì)原燃油車架構(gòu)改動(dòng)少，容易快速形成產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用；

②運(yùn)行可靠，經(jīng)久耐用。驅(qū)動(dòng)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(jī)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(duì)成熟。

缺點(diǎn)：換擋時(shí)動(dòng)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(shí)，由于異步電機(jī)存在轉(zhuǎn)速差，容易出現(xiàn)換擋時(shí)動(dòng)力中斷，有溜坡的風(fēng)險(xiǎn)，采用一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力中斷的問(wèn)題滿足不了重卡的動(dòng)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(dòng)電機(jī)的輸出軸串聯(lián)一個(gè)ISG/M2電機(jī)或者M(jìn)2電機(jī)，電控自動(dòng)離合器對(duì)兩個(gè)電機(jī)進(jìn)行控制，相當(dāng)于在原來(lái)電機(jī)+變速箱的再串一個(gè)直驅(qū)電機(jī)，換擋時(shí)ISG/M電機(jī)仍然可以提供動(dòng)力，進(jìn)行扭矩補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力不中斷。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上加一套電機(jī)在后面；控制也比較簡(jiǎn)單，換擋也可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力無(wú)中斷。缺點(diǎn)：M2電機(jī)相對(duì)而言動(dòng)力較小，作用有限。比如說(shuō)，用在礦卡上，前面“M1+T”這一套最大輸出扭矩可以達(dá)到15000Nm左右，ISG/M2在換擋的時(shí)候最多能提供3000Nm扭矩，也就是20%左右的補(bǔ)償，這樣在爬較大的坡時(shí)動(dòng)力中斷也會(huì)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(jī)匹配雙輸入變速箱，雙輸入變速箱實(shí)際是兩個(gè)獨(dú)立工作的變速箱，通過(guò)共同的輸出軸將動(dòng)力耦合輸出。兩套系統(tǒng)獨(dú)立工作，如圖5所示，紅色和藍(lán)色箭頭所示，是同軸并聯(lián)雙系統(tǒng)輸出示意圖，可以實(shí)現(xiàn)50%以上的扭矩補(bǔ)償，在爬坡時(shí)效果非常明顯。這種動(dòng)力方案的優(yōu)勢(shì)是換擋不存在動(dòng)力中斷，單系統(tǒng)動(dòng)力仍然很強(qiáng)，因此一套系統(tǒng)換擋時(shí)仍然有較大的動(dòng)力輸出，平順性跟直驅(qū)幾乎沒(méi)有區(qū)別。而且因?yàn)槭莾商紫到y(tǒng)，電機(jī)扭矩和對(duì)應(yīng)擋位可以優(yōu)化分配，負(fù)荷小的時(shí)候一個(gè)電機(jī)工作，負(fù)荷大的時(shí)候兩個(gè)電機(jī)工作，可以讓電機(jī)工作在比較高效的區(qū)域，且電耗低。缺點(diǎn)是系統(tǒng)成本比較高，而且結(jié)構(gòu)和控制也比較復(fù)雜。

因此這種方案的定位是高端車型或高性能的動(dòng)力系統(tǒng)。在路況復(fù)雜的自卸車、礦卡等領(lǐng)域，這種方案動(dòng)力性和平穩(wěn)性優(yōu)勢(shì)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(dòng)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(guò)兩個(gè)高速、高效電機(jī)及多模變速箱的組合，確保了換擋過(guò)程無(wú)動(dòng)力中斷，使得純電動(dòng)卡車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠更好地應(yīng)用于復(fù)雜路況。缺點(diǎn)是兩個(gè)電機(jī)要并排布置，對(duì)布置空間要求較高，且傳動(dòng)速比大，傳動(dòng)級(jí)數(shù)多變速箱效率較低，沒(méi)有直接擋，高速運(yùn)行效率更差。所以，電耗和布置空間可能會(huì)成為這種方案的短板，綜合成本也比較高，因?yàn)橐玫絻蓚€(gè)比較大的電機(jī)。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(jī)/變速箱/控制器）情況、主機(jī)廠匹配及應(yīng)用情況、銷量

表1 純電重卡電驅(qū)動(dòng)配套產(chǎn)業(yè)鏈情況統(tǒng)計(jì)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(dòng)機(jī)和車橋的組合，也是電動(dòng)重卡電氣化的產(chǎn)物。如圖7所示，雙電機(jī)電驅(qū)橋的總體結(jié)構(gòu)。電驅(qū)橋的將電機(jī)和車橋合成一體，俗稱二合一，電機(jī)通過(guò)減速機(jī)構(gòu)、差速器、半軸將動(dòng)力傳遞給驅(qū)動(dòng)輪。按電機(jī)的驅(qū)動(dòng)類型分為單電機(jī)中央驅(qū)動(dòng)、雙電機(jī)中央驅(qū)動(dòng)、單電機(jī)直驅(qū)。按電機(jī)分布位置不同，電驅(qū)橋分為輪邊電機(jī)橋和輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)橋兩種。

2.1構(gòu)型優(yōu)缺點(diǎn)分析

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

2.2目前主要供應(yīng)商情況、主機(jī)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(jì)表

2.3成本分析

新能源重卡電機(jī)＋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(jìng)爭(zhēng)對(duì)手存在較大的差異。陜汽、一汽解放新能源重卡、比亞迪是國(guó)內(nèi)主流重卡生產(chǎn)企業(yè)，陜氣和一汽都有一定的市場(chǎng)基礎(chǔ)和良好的傳統(tǒng)商用車市場(chǎng)占有率，但在新能源重卡領(lǐng)域存在一定的短板，電機(jī)和控制器研發(fā)和生產(chǎn)能力稍微欠缺，需要對(duì)外進(jìn)行采購(gòu)，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(jī)及控制器方面仍然沒(méi)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(jìn)行發(fā)展，短時(shí)間內(nèi)仍難以趕超競(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(yàn)，并且具有電池、電機(jī)、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(yíng)銷渠道，在這方面就比較有優(yōu)勢(shì)。不足之處，知名度不高，口碑積淀和市場(chǎng)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(gè)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(shì)暫時(shí)領(lǐng)先。

3.“輪邊電機(jī)”構(gòu)型

圖8 輪邊電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)

3.1構(gòu)型優(yōu)缺點(diǎn)分析

輪邊電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)特征是將驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接安裝在驅(qū)動(dòng)輪內(nèi)或驅(qū)動(dòng)輪附近 （輪邊），具有驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)鏈短、傳動(dòng)高效、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，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(jī)及驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)。輪邊電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式主要有減速驅(qū)動(dòng)和直接驅(qū)動(dòng)兩種。在減速驅(qū)動(dòng)方式下，一般采用普通的內(nèi)轉(zhuǎn)子高速電機(jī)。安置在電動(dòng)輪附近，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)與電動(dòng)輪相連，通常稱為輪邊電機(jī)。為了獲得較高的功率密度，電機(jī)的轉(zhuǎn)速通常高達(dá) 10000r/min。該類型結(jié)構(gòu)緊湊，可大幅度提高輪邊電驅(qū)動(dòng)總成的轉(zhuǎn)矩密度和效率，已成為電動(dòng)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(jì)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(jī)分布驅(qū)動(dòng)技術(shù)具備很大的優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)在以下方面：

①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、布置靈活，不需要復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，車輛的空間利用率高，傳動(dòng)系統(tǒng)效 率高。

②電機(jī)小型化分布驅(qū)動(dòng)，獨(dú)立控制，故障容錯(cuò)能力強(qiáng)。

③采用現(xiàn)代控制技術(shù)整體控制各個(gè)輪邊電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和功率輸出等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)在傳統(tǒng)汽車上難以實(shí)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(shí)，動(dòng)能或勢(shì)能可轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)功率變換器回饋給電池，實(shí)現(xiàn)能量回饋，增加了電動(dòng)汽車的行駛里程。

缺點(diǎn)：設(shè)計(jì)和制造過(guò)于緊湊，對(duì)制造技術(shù)要求很高，重卡控制器要對(duì)兩個(gè)電機(jī)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，算法設(shè)計(jì)難度大，開(kāi)發(fā)成本較高。

3.2 目前主要供應(yīng)商情況、主機(jī)廠匹配及應(yīng)用情況

表3 純電重卡輪邊分布式驅(qū)動(dòng)配套產(chǎn)業(yè)鏈統(tǒng)計(jì)表

3.3 成本分析

輪邊電機(jī)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(shí)驗(yàn)，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(guò)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(jī)橋的2-3倍。

綜上所述，輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)”構(gòu)型

圖9 某輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)

圖10某輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)

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

3.1 構(gòu)型優(yōu)缺點(diǎn)分析

1.輪轂電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：

 (1)輪轂電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)高度集成化

輪轂電機(jī)將驅(qū)動(dòng)電機(jī)、制動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)裝置集中在車輪輪轂中，舍棄了傳統(tǒng)的變速器、傳動(dòng)軸、差速器、分動(dòng)器，同時(shí)，輪轂電機(jī)還能進(jìn)行能量回收，大幅度簡(jiǎn)化車輛底盤系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高度集成化。

(2)驅(qū)動(dòng)控制方式多樣化

通過(guò)電機(jī)控制器可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)輪轂電機(jī)車輪的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)控制，前驅(qū)、后驅(qū)、四驅(qū)以及多輪驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)的實(shí)現(xiàn)就容易，只要車輪的自由度設(shè)計(jì)合理，幾乎可以實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向。如圖11所示，德國(guó)ETE卡車在特殊情況下還能實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向。

圖11 德國(guó)ETE歐洲卡車全輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

(3)輪轂電機(jī)能源驅(qū)動(dòng)方式多元化

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

3.2 輪轂電機(jī)的缺點(diǎn)：

1)   簧下質(zhì)量高，設(shè)計(jì)制造難度大：雖然輪轂電機(jī)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(jì)制造的難度卻很大。

2)   可靠性差，成本高：重卡輪轂精密電機(jī)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(jì)、整車配套開(kāi)發(fā)，成本高。

3)   輪轂電機(jī)散熱難，制動(dòng)熱衰退明顯：輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)過(guò)于緊湊，散熱困難，特別是重卡功率大、裝載質(zhì)量大，制動(dòng)時(shí)熱衰退明顯，制動(dòng)效能差。

總體看來(lái)，輪轂電機(jī)的分布式驅(qū)動(dòng)與集中驅(qū)動(dòng)相比擁有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，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(jì)與制造成本、適應(yīng)電動(dòng)汽車智能化開(kāi)發(fā)等方面。

3.3 目前主要供應(yīng)商情況、主機(jī)廠匹配及應(yīng)用情況

表4 輪轂電機(jī)配套產(chǎn)業(yè)鏈統(tǒng)計(jì)表

輪轂電機(jī)主要的成本構(gòu)成輪轂軸承、電機(jī)、制動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)比較成熟且能，輪轂電機(jī)配套的電機(jī)電控產(chǎn)品，電控研究純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)匹配理論，動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配運(yùn)用MATLAB編寫程序進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力電池總需求參數(shù)的計(jì)算，研發(fā)周期長(zhǎng)，成本非常高。目前，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的車企。

3.4 成本分析

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