混动旅行拖挂车技术方案综述

杜慎之

（东风小康汽车有限公司，重庆 402247）

前言

众所周知国家出于长远发展战略考虑，近年来不遗余力地结合节能减排推行新能源车的普及，无论在经济和行业发展战略布局上都取得了瞩目成果，2019年海南新能源汽车展上国家政协副主席万钢提出将来我国汽车行业将最终能源定位为氢能源，新能源汽车三纵三横布局如火如荼完美成形。虽说我国新能源汽车政策布局完整，并不代表着我国汽车行业已经完成转型，毕竟多年来传统动力汽车积累起来的市场如何向未来新能源动力汽车市场平稳过渡，是个必须面对的问题。

至2018年10月底中国私家车保有量已经突破1.87亿辆，到2019年我国有望超过美国成为全世界第一大私家车保有量国。其实早在2017年时我国已经达到每7个人拥有一辆私家车，这就意味着在用私家车数量初步能够支撑城市家庭使用需求；再者我国是一个初步发达国家且经济增长还在持续，即便在2020年我国的中产阶级比例能够达到20%，综合一个家庭养老、教育、买房等基础生活支出，我国家庭对私家车持续购买力已不如前几年强劲，而当政府退补后新能源车普遍较高的价格让还未购车的普通用户很难独自承担,转而纷纷选择传统动力汽车，故从生态环境来说，这造成新能源终端市场还不能形成气候。从技术角度来说，新能源汽车尚存在充电时间偏长、续航里程多数不如汽油车是现状，再加上近年来媒体曝光多起新能源车停放后自燃事故，让人们普遍对新能源汽车持观望状态。即便我国的企业在新能源汽车电池、电机和电控等技术方面上取得了不小的进展，且有一定数量的新能源车企已经有部分产品上市并量产，但以上所提及的这些因素还是让终端市场对新能源接受度不高。已售出和即将售出的传统汽油车需要新能源来辅助降低排放和油耗、而新兴的新能源车企们需要一片肥沃的销售市场来助长，不可否认，我国汽车行业转型期需要一个能够符合长远发展战略和满足市场需求的综合技术方案来搭桥。反观在前几年急速膨胀的车市除了让多数家庭拥有了车辆外，还助长了汽车自驾旅游文化的热度，而在国外相当繁荣的房车市场在我国来说还很冷门，一套能在房车进行普及的同时，让现有传统动力车更接近实际地向混动车辆转变的技术方案，是在将来氢能源车普及之前传统动力汽车向新能源汽车转变最好的桥梁也是最适合的技术方案。

综上所述，本文将介绍现阶段汽车动力转型期，提出用混动旅行拖挂车技术方案，最终兼顾降低传统动力车辆排放、油耗并打开家用车房车市场目标，建立汽车传统动力向新能源动力过渡的桥梁。该技术方案针对主机厂在研和已上市存量SUV进行设计，让家用存量SUV汽车成为用户生活必需品。

1 混动旅行拖挂车简介

将传统动力汽车作为牵引车，用特别设计的多用途脱钩将混动旅行车拖挂车与牵引车实现硬连接，拖挂车通过液压钢带传力臂将其中纯电动力传递于牵引车后轮，实际上是将一辆前驱传统动力汽车，变为了混联式混动四驱车，其整体结构如图1所示，其混联结构类似混动P4结构其简图如图2所示[1]。

图1 混动旅行拖挂车与牵引车整体视图

图2 混动旅行拖挂车混联结构简图

早在国六法规排放[2]和第四阶段油耗将要实施的风声放出时，国内不少车企已经研发或者开始研发基于其传统动力汽油车为基础的混合动力汽车，为的就是能够通过排放检测和油耗测试拿到车辆产品的公告资质，用户也期待混动车辆能够提高其经济性。

不过现在国内混动车辆对于车企和消费者来说存在如表1所列的普遍问题，一定程度上影响了混合动力车的普及，也影响到了我国传统动力汽车向新能源动力汽车转型的前进步伐。

表1 在汽油车基础上进行混合动力改制所产生的难点及原因分析

为了有效解决以上困难，混动旅行拖挂车的技术方案将新能源动力搭载一个小型拖挂车中并置于原有传统动力车辆后部，该小型拖挂车尺寸需要保证即便加上牵引车也能停到常规停车位中，并能通过特殊设计的钢带及其载体将新能源动力传递给传统动力牵引车后轮，这样和牵引车建立合理CAN网络通讯和根据实际需求工况进行标定匹配后，既避免了传统动力车改混动时的弊病又将新能源动力在这样组合后可以随相应控制模块成本和技术更新做到柔性调整；如图3所示为混合动力旅行车拖挂箱中新能源纯电部分布置，图4所示为其专属设计的高适应性硬连接拖挂钩[3]。

图3 拖挂箱新能源纯电布置示意

图4 高适应性硬连接拖挂钩

拖挂车也将房车最基本的烹饪、上厕所、洗衣及烘干、睡眠、影音娱乐等功能汇聚其上，让用户在感受新能源带来的动力变迁的同时，也将房车生活真正引进我国拥有私家车家庭之中。图5为混动旅行拖挂车房车功能部分示意图，图6为行驶充电功能机械部分示意图[4]。

以上示意图包含：载体箱（1）、整车控制器（2）、电机控制器（3）、电池箱（4）、电机及单档减速器总成（5）、动力输出轴（6）、衣物甩干桶（7）、影音播放器（8）、燃气灶具（9）、后盖板（10）、简易厕所（11）、汽车尾气通过箱（12）、连接软管（13）、冷却液循环腔（14）、U型管（15）、一扇形齿轮（16）、第一转轴（17）、皮带（18）、拖钩（19）、驻车杆（20）、滑轮杆（21）、第一蜗杆（24）、旋转盘（25）、第一涡轮（26）、第二涡轮（27）、带动盘（28）、长螺钉（29）、连接轴（30）、第二蜗杆（31）、行走轮（32）、空心行走柱（33）、拖钩（34）、球头销（35）、挂钩（36）、第一连接部（361）、第二连接部（362）、夹紧装置（37）、螺栓（38）。

图5 混合动力旅行车房车功能部分示意图

图6 混合动力旅行车行驶充电机械部分

图7 外挂盖板的切换状态

用混动旅行拖挂车方案将已有传统动力汽车经过相对简单的改造变为混合动力车，降低排放和油耗，宏观来说实际上将对汽车转型期的经济、技术改革都起到缓冲作用，延长家用汽油车的使用寿命；房车市场经济也将会得到一定的激励。除此之外，该方案可通过更换不同外挂盖板实现多用途随意切换，如夜市车盖板或者简易厕所盖板，夜市车功能能够使存量SUV用户深度参与国家地摊经济中去，而房车功能将医疗防控功能结合区块链应用于最基础家庭健康防控中去。

2 混合动力旅行车动力匹配框架搭建

我国交通法规定，车长小于6m，车重低于700kg的拖挂车在手续正常、灯光正常、无安全隐患的前提下，可以上路，只要牵引车拉着拖挂车车速不低于70km/h也可以开上高速路。拖挂车尺寸设计为第一步。加上要实现能停进5.3m的正常车位，故沿着牵引车方向的长度不超过400mm，并用拖挂行车状态收折起来的折叠床作为牵引车和拖挂车之间的缓冲并挡泥。图8所示为混动旅行拖挂车箱体长宽高、图9所示为缓冲折叠床展开状态图[5]。

图8 混动旅行拖挂车箱体尺寸示意图

图9 缓冲折叠床展开状态及固定板示意图

以搭载1.8L排量发动机的家用SUV为例，进行动力搭载匹配，表2为所列举牵引车的部分相关技术参数。

从列表所列举的发动机参数可知该款发动机的峰值扭矩和功率分别为175nm和95kw，再结合最高车速、百公里加速时间要求、最大爬坡度等要求，得到需要功率和扭矩为220N的永磁同步电机、从而得到需要三元锂电池总容量为16KWh的电池包，那么拖挂车总的重量就等于电机、减速器、电池包、箱体、传力臂的重量之和共约600kg。

对于无坡度平滑路匀速设计车速时驱动电机推动牵引及拖挂车所需要的总驱动力先行计算，得出理论稳态工况时所需大概动力Fnzq（N）。

式中：

表2 牵引家用汽油车相关技术参数

根据开发技术需求，将输入的百公里加速、百公里加速所用时间等参数进行计算，得出满足百公里加速时间需要的电机功率Pz（Kw）。

式中：

Tj——设计百公里加速时间；

Mt——机械传动效率；

Vj——汽油车加速度；

Fc——空气阻力常数。

得到理论上的满足百公里加速时间需要的电机功率后，从而通过计算能够得出理论上满足百公里加速时间需要的电机扭矩Nbj（N）。

式中：

Nc——转速常数；

Pz——满足百公里加速时间需要的电机功率。

根据开发技术需求，将输入的最大满载总质量、重力加速度、低速爬坡设定车速、时间常数、低速爬坡坡度等参数进行计算，得出低速爬25%坡度所需电机功率Pdpa（Kw）。

式中：Vs：低速爬坡设定车速

得到理论上低速爬25%坡度所需的电机功率Pdp（Kw）后，结合预估的电机最大转速、和转速常数得到理论上低速爬25%需要的电机扭矩Ndpa。

式中：

Nc——转速常数；

Pdpa——低速爬25%坡度需要的电机功率；

Ns——设计最大电机转速。

根据开发技术需求，将输入的爬坡设计车速、车轮滚动半径、传动比等参数进行计算得出最大爬坡时电机转速Nzdp（r/min）。

式中：

Rg——车轮滚动半径；

Io——传动比。

将输入的最大总质量、滚动阻力系数、最大设计爬坡度等参数进行计算，得到低速爬30%坡度时需求电机功率Pdpb（Kw）。

式中：

Mz——最大设计总质量；

Vs——最大设计爬坡车速；

Tc——时间常数。

根据计算得出的低速爬30%坡度时需求电机功率，结合计算的最大爬坡时电机转速和转速常数，可以得出低速爬30%坡度需要的电机扭矩：

图10 混合动力旅行拖挂车及牵引汽油车CAN网络部分示意简图

通过软件读取油门踏板的开度如图11所示先匹配出车辆的基本驾驶风格，再根据不同工况下的温度、动力需求、排放WLTC测试循环、RDE测试等方面对混合动力旅行拖挂车如何与牵引汽油车共同实现需求的驾驶风格进行动力综合实际情况进行修正匹配。传统汽油车加装混合动力旅行拖挂车匹配后，整体动力可最大程度让拖挂车里面的纯电部分动力承担，这样WLTC排放工况和NEDC油耗测试工况时，汽油车动力工作程度将缩小，那么降低排放和油耗都是顺理成章的事，这和现有新开发的混合动力车是同一个道理，只不过不会将车重和其他负面作用增加在原有车型中。同时混合动力旅行拖挂车中的行驶充电功能将帮助整体混动车降低△Ereess超标从而影响排放结果不通过的风险。

图11 油门踏板开度匹配电机和发动机的各工况下输出扭矩示意图

综上匀速牵引车及拖挂车所需总驱动力、百公里加速所需电机功率和扭矩、爬25%和30%所需电机功率和扭矩、满载情况下最大电机设计转速等计算，得出混动旅行拖挂车匹配牵引汽油基础车应搭载的电机外特性，从而最终选择电机型号，电机一旦选定，电池包组合计算也相应计算从而得到拖挂车所搭载电池包及控制器。加上通过运用如今成熟的车辆CAN网络信息连接技术进行控制软件标定匹配可以得到的结论，混合动力旅行拖挂车与牵引传统汽油车动力匹配实际运用是可行的。

图12 国六I型排放实验的WLTC测试工况

3 混合动力旅行拖挂车市场前景预测

根据智研咨询发布的《2018-2024年中国房车行业市场现状分析及投资前景预测报告》[6]，从2016年到2017年短短两年，我国房车保有量从48600辆跃升到69432辆，有行业人士预测2018年我国房车保有量将会到达100000台的量级。从销售方面看，从2016年到2017年，我国房车销售量从18600辆直逼20832辆，预计2021年中国房车产量和销量将迎来大突破。虽然目前由于房车形态、价格、准驾、上路等条件还将消费群体定为有相当经济实力和闲暇时间的小众人群，不过以上数据证明，人们对房车的需求是持续增长的。今年房车产量及销量数据分析如图13、14所示。

图13 2016-2021年中国房车产量走势分析图

图14 2016-2021年中国房车销量走势分析图

而我国近来法定节假日也针对法定节假日安排过于集中、传统节日缺乏等体现的弊端进行了相应改革，比如打散了“五一”长假，将中秋节等一些我国传统文化节日设为法定节假日，这样加上每周的双休，就形成了多个三天“小长假”，为人们走亲访友，游山玩水提供了时间条件，同时也为混动旅行拖挂车能够被千家万户使用提供了时间条件。可见，随房车市场的升温、人们对生活旅行新的需求多元化、国家对汽车行业动力转型的战略规划的深入拓展，价格低廉而战略作用巨大的混合动力旅行拖挂车，将成为大众的满意选择。

图15 混合动力旅行拖挂车市场前景预测

而房车营地将是我国大众房车文化能够全面铺开的重要外因，现有的旅游形式即便时间足够也大多为照相式旅游，即到达景点，下车玩耍照相然后上车离去，因为最终要住宿、要进食，这是最起码的，而没有房车营地，只能是来去匆匆；从另一个角度来说，有了房车营地，不仅仅可以进行停车管理，也可以进行商业化布局，即在房车营地中进行超市、影院、医院甚至学校建设等，这样如果在一条线路上进行阶段性房车营地布局，那么带动沿路的旅游经济体系，激活潜在的旅游服务产业链也是有可能的。

我国的西部有非常广袤的土地，人口密度相对中东部地区小很多，而景色也不错，若能较为有效地对安全路线进行植被和水源建设，那么慢慢形成房车营地群也是可能的事，这样除了会极大地带动沿路经济和打开旅游市场外，也会将拥挤在我国中东部一些可迁移项目往西部地区进行布局，而额外带来的人口生活问题，可以通过围绕混合动力旅行拖挂车建设房车营地来解决，可以预见，这样的方式如能循序渐进地进行，那么我国的西部地区以后将不再是沙漠或者是无人区，这些地方有希望变得繁荣兴盛起来，甚至对平衡一下我国东西部地区的发展状态带来好处。

将混合动力旅行拖挂车的使用和普及作为一个起点，进而结合旅游资源和需求在合适的地点及时间建设房车营地，是在我国汽车动力行业转型期事业能够得到兼顾的情况下将利好发展开来，最终通过解决人们交通工具问题，达到延伸我国自己的汽车文化的目的，可以预见，未来的5G和区块链技术能够通过混合动力旅行拖挂车这个载体，让现有众多的私家车主都能获得包括一定程度无人驾驶、安全驾车管理和个性化动力匹配的红利。

（1）在汽车行业动力转型期，将汽油发动机动力和新能源纯电甚至未来的氢能源结合起来在车辆上用于驱动，已是现阶段的大势所趋。

（2）而我国车主拥有的私家车能够被合理被改造为混合动力车辆，同时赋予其房车基本功能，对减少排放，降低油耗从而改善生存环境；节约资源，打开房车市场经济从而助力拉动内需；实现合理转型，甚至在让汽车行业做到弯道超车是一个各方都希望看到的情况，用混动旅行拖挂车技术方案让国家汽车行业甚至拓展到智能化行业战略规划能够深入实现，助力汽车行业顺利转型。