纯电动重卡动力总成结构研究

李 江，陈奇锋，张 伟

（陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，陕西 西安 710200）

引言

《节能与新能源汽车技术路线2.0》中提到，随着内燃机汽车大规模普及，石油依赖凸显、大气污染严峻、室温气体剧增形成了对汽车产业发展的巨大压力，我国提出的2035年“生态环境根本好转，美丽中国目标基本实现”的战略目标要求我国汽车产业技术加速向清洁低碳化转型升级；新能源电驱动总成系统总体技术路线要求2025年电驱动总成系统关键性能达到国际先进，2030年达到国际领先；纯电动和插电混合动力汽车总体技术路线要求2025年EV和PHEV年销量占汽车总销量的15%～25%，2030年占30%～40%，2035年占50%～60%，2025年EV占新能源汽车销量的90%以上，2030年占93%以上，2035年占95%以上；2030年纯电动汽车在乘用车和短途商用车上大批量应用，2035年实现大范围应用，覆盖绝大多数公交、物流、市内短途等场景[1]。

由此可见，纯电动车重卡技术的研究迫在眉睫，而纯电动车重卡动力总成的技术研究是核心关键所在。

1 新能源重卡技术路线

新能源重卡将会和乘用车的技术路线相同，在电机、电池技术不成熟阶段，为满足国家排放法规要求，一段时间将进行混合动力技术的应用，待到电机、电池技术成熟后将大范围应用纯电动技术。同样，近几年，重卡汽车也将会持续应用混合动力技术作为新能源主要技术路线，重卡汽车混动技术路线示意图见图1所示，待电机、电池技术成熟后切换为纯电动技术路线。同时，无论乘用车还是商用车，我国新能源汽车行业的最终技术路线都将是纯电动汽车。

图1 混合动力技术路线

2 纯电动重卡技术路线及结构

由于重卡车型的特殊性，底盘系统和动力系统都在车架上装配，根据动力总成的布置形式有以下三种纯电动重卡技术路线及结构。

2.1 传统电机+变速箱+桥技术路线

纯电动重卡最容易实现也是最常见的技术路线，该技术将发动机替换为电机。该技术仅更换了动力源，其他底盘技术基本不做变化，技术路线如图2所示。该技术缺点为系统集成度不高，驱动效率和能量回收效率都较低。

图2 电机+变速箱+桥技术路线

2.2 传统电机+变速箱+桥结构

传动纯电动重卡动力总成结构变化取消柴油动力总成发动机，用电机替代，增加了电机控制系统、电池、电池冷却系统、高压供电系统。 电机功率一般选用180 kW～350 kW功率的永磁同步电机，可以满足不同吨位的整车要求；变速箱一般采用直接挡、4挡、6挡、9挡AMT变速箱，匹配不同扭矩的整车需求。如图3所示，电机为双输出轴结构，前方和发动机连接即可实现混合动力技术，取消前方动力输入耦合，仅由电机提供动力的结构即为纯电动结构。该结构的缺点为将电机代替发动机，其他底盘系统不变，但纯电动重卡增加了电池、控制器、冷却等系统，整车布置较困难，且整车质量也相对于燃油车有所增加。

图3 电机+变速箱纯电动结构（混动结构）

2.3 集成电驱动桥技术路线

为提高驱动效率和能量回收效率，考虑集成化设计，中央电机集成电驱桥技术将成为纯电动重卡的最理想技术路线，技术路线原理如图4所示。该技术路线将电机、变速箱和驱动桥整合成一个总成，并且取消了传动轴，大大节约了制造成本，对整车轻量化也做了很大的贡献。

图4 电驱动桥技术路线

2.4 集成电驱动桥结构

集成电驱桥结构是将电机和变速箱集成到车桥上，如图5所示，该结构就需要电机和变速箱的结构尽量小，布置尽量紧凑，这样才能保证电驱桥的整体可靠性。电机一般选用轴向尺寸小的径向电机，电机功率一般在120 kW～200 kW，电机功率可以根据单、双桥的车型进行选择，小功率的电机体积也小，有利于车桥布置。变速箱一般采用直接挡和2挡、4挡双中间轴齿轮变速箱结构。

图5 电驱桥结构

电驱桥的优势特别明显，系统集成度高、整车电池布置空间富裕、整车动力总成成本、质量都很低。唯一的缺点就是电机变成了簧下质量，对电机的震动性能及可靠性能提出了很高的要求。

2.4.1 轮毂电机技术路线

随着电机技术的突破，成本和功率密度如果都能大大提高的情况下，将电机直接集成到轮边，即采用轮毂电机驱动车辆，这种技术路线的效率将达到最大化。技术路线如图6所示，该技术也将取消变速箱和TCU，整车布置和控制系统也将得到简化。

图6 轮毂电机技术路线

2.4.2 轮毂电机结构

轮毂电机结构是将电机直接集成在轮边，轮边采用行星 齿轮变速器机构进行减速增扭，传动效率可以达到94%。结构如图7所示，轮毂电机目前仅在国外展车有一些样件展示，很少有重卡车型应用，在一些客车上已经有应用。

图7 轮毂电机结构

3 纯电动重卡动力总成关键技术

纯电动重卡动力总成关键技术为电机技术、AMT技术、电控技术、电池技术。AMT技术国内外基本相同，国内有法斯特，国外有ZF、伊顿和艾里逊；我国目前在电机和电机控制器技术方面基本和国外持平，代表企业有上海电驱动、精进电机、中车电机、比亚迪汽车等；鉴于电池技术在新能源车产业中的重要作用，中、美、日、韩、德以及欧盟等其他国家和组织均制定了车用动力蓄电池发展的国家级固化，详见《节能与新能源汽车技术路线2.0》[1]。

4 结论

由以上分析可知，目前阶段由于电机、电池技术的制约，最易实现混合动力技术路线将持续一段时间；随着国家排放法规的要求，到2025年左右，随着电机、电池技术的高速发展和成熟，纯电动重卡将成为新能源重卡的主流产品；电驱桥技术的高效率特性、高集成度设计、低成本、轻质量的优势都将推动其快速发展；轮毂电机技术由于其对电机的要求非常高，所以，待到电机产业发展到成熟后才会将轮边驱动技术推向市场。

经本次分析得出结论：纯电动重卡的最优技术路线为电驱桥纯电动技术。