苏州绿控陈友飞：纯电动重卡动力系统技术路线及发展趋势

新能源是汽车产业发展大势所趋，在日益高涨的环保呼声之下，全球汽车产业电动化进程加速。牵引车、自卸车、矿车等重型车辆能耗高、污染物排放更大，在电动化的应用上具有较大潜力，随着电池及电机等核心技术的进步，纯电动重卡迎来发展机遇。

9月24日，2020华东新能源汽车产业生态大会在江苏举行。在“电动重卡突破之路”主题环节，苏州绿控传动科技股份有限公司中央研究院副院长陈友飞发表《纯电动重卡动力系统发展趋势》主题演讲。分析了几种主要解决方案及其各方面性能对比，并介绍了绿控在电动重卡领域的产品与技术路线。

以下是陈友飞演讲主要内容，由电车资源编辑整理，内容有删减：

这几年随着新能源汽车的发展，微卡、轻卡、客车动力系统技术路线已经相对成熟，并且率先实现批量化应用。从去年开始，纯电动重卡才开始尝试批量应用，在动力系统的选择上，当前有很多种技术路线，哪一种是未来发展趋势呢？

一，重卡动力系统主要方案介绍

重卡需要强大的动力支持，因此必须匹配变速箱，由此带来了动力中断的问题。近几年随着技术的发展，逐渐出现了非动力中断动力系统方案，演变出两种不同的动力系统技术路线：“动力有中断”和“动力无中断”。

首先从“动力有中断”路线来看，主要有两种方案。

第一种是“单电机+变速箱”。这是最早实现在重卡领域批量应用的方案。结构是一个单电机+一个自动变速箱（现在纯电动车型基本都用自动变速箱）。优点是结构简单、重量轻，成本也比较低；缺点是换挡时，有很明显的动力中断，上比较大的坡时，换挡非常困难，甚至需要人工锁定一个档来爬坡，在坡道上不能换档。

所以从应用趋势来讲，因为它的成本比较低，技术门槛也相对低一点，短期内仍然将会是公路卡车的主流方案，不过在一些路况比较复杂的应用领域，可能会被新方案替代。

第二种是“双电机串联+变速箱”。这个结构形式和上述方案差不多，变化在于有两个电机串在一起，以实现较大的功率和扭矩输出。现在常用的电机控制器容量有限，因此为了满足扭矩和大功率，用两个电机串在一起实现。

所以，它的优缺点实际上跟上套动力系统差不多，差别在于，更适用于对功率需求非常大的领域。比如说，持续功率要求四五百千瓦的矿山车，这种情况下，一个电机不能满足需求，需要两个电机串在一起。

相对来说，“动力无中断”系统方案会更多，主要有4种。

第一种是“同轴串联双系统”。这种系统的结构形式是在变速箱的两侧分别加一个电机，相当于在原来电机+变速箱的后面再串一个直驱电机，换挡时M2电机仍然可以提供动力，进行扭矩补偿，实现动力没有中断。

这种方案的优点是，结构相对比较简单，在现有的基础上加一套电机在后面；控制也比较简单，换挡也可以实现动力无中断。缺点就是，M2电机相对而言动力较小，作用有限。比如说，用在矿卡上，前面“M1+T”这一套最大输出扭矩可以达到15000Nm左右，M2在换挡的时候最多能提供3000Nm扭矩，也就是20%左右的补偿，这样在爬较大的坡时动力中断也会比较明显。

另外，这种方案的综合成本也比较高，因为要用到两个比较大的电机。因此，这种方案更适用于坡度较小的矿车。

第二种是“同轴并联双系统”。这种方案是采用双绕组电机匹配双输入变速箱，双输入变速箱实际是两个独立工作的变速箱，通过共同的输出轴将动力耦合输出。两套系统独立工作，可以实现50%以上的扭距补偿，在爬坡时效果非常明显。

这种动力方案的优势是换挡不存在动力中断，且单系统动力仍然很强，因此一套系统换挡时仍然有较大的动力输出，平顺性跟直驱几乎没有区别。而且因为是两套系统，电机扭矩和对应档位可以优化分配，负荷小的时候一个电机工作，负荷大的时候两个电机工作，可以让电机工作在比较高效的区域，且电耗低。

缺点的话，就是系统成本比较高，而且结构和控制也比较复杂。因此这种方案的定位是高端车型或高性能的动力系统。在路况复杂的自卸车、矿卡等领域，这种方案动力性和平稳性优势非常明显，可以作为产品的重要卖点。

第三种是“异轴并联双系统”。该动力系统性能和同轴并联系统工作原理是差不多的，但是它的缺点是，两个电机要并排布置，对布置空间要求较高。且传动速比大，传动级数多变速箱效率较低，没有直接档，高速运行效率更差。所以，电耗和布置空间可能会成为这种方案的短板，前景不明朗。

第四种是“中央驱动桥”。这种方案电机安装在驱动桥上，电机横置，取消了传动轴和传统的螺旋伞齿轮的主减速器。通过单桥上可以有两套系统或者双桥驱动，同样可以实现动力不中断。优点是节省布置空间，驱动效率较高。缺点是，对于系统抗振性要求较高，并且综合成本较高。这种适用于牵引车或者路况较好的矿卡。

二、重卡主要动力系统对比

在纯电动重卡主要动力系统对比上，主要选择目前市场上已经批量化的动力系统：电机+变速箱、同轴串联双系统、同轴并联双系统、电驱桥。

从动力性能分析来看，通过合理设计，四套动力系统在最大输出扭距或者最高功率方面实际上都没有问题，都能实现整车最高的爬坡度和最高车速，这里主要对比平路加速和爬坡加速。

首先从平路满油门对比上看，“电机+变速箱”动力系统有中断的加速过程，出现明显迟缓，甚至有一点点下降。另外三套动力不中断的系统，在爬坡过程中基本上是平顺的，车速很稳定的往上升。所以在加速时间方面，“电机+变速箱”系统加速时间比较长，另外三个会好很多。

在爬坡的对比上。在爬5%坡度时，“电机+变速箱”系统车速有一个明显的下降，爬坡的时间也很长；“同轴串联双系统”也有比较明显的车速下降，没有很平顺的加速。而后面两套系统加速还是平顺的。

再看10%坡度，“电机+变速箱”车速下降就更明显了，“同轴串联双系统”下降也非常明显，换档可能会比较困难。“同轴并联双系统”和“电驱桥”相对来讲比较平顺，爬坡时间比较短。

从成本分析上看，“电机+变速箱”是最便宜的，不管是电机控制器还是变速箱综合成本都是最低的。另外三套系统各有优劣，有高有低，综合来讲其实差不多。

所以整体来看，“动力有中断”系统可以实现低成本、轻量化，但是动力性和平顺性要差一些；“动力不中断”的系统动力性，平衡性好，但是成本要高一些。这个就是“鱼和熊掌不可兼得”。

三、牵引车/自卸车等重卡的动力选型

针对不同车型，在动力系统选型上会有差别。

比如说，牵引车动力系统未来会有两个方向，一是低成本版，目前“单电机+变速箱”是最成熟的方案。为了进一步降低成本，未来少档化可能是一个趋势，并且四档箱是可能趋势，因为这种方案既可以满足需求，同时可以实现重量和成本下降，一般路面采用二档起步，换挡次数很少，平顺性大幅提升

另一种是高性能版，也就是“动力不中断”。例如说“同轴并联双系统”，既实现动力不中断，而且效率也比较好。或者用“电驱桥”，优点是可以节省空间，在对空间要求比较高的燃料电池牵引车上，优势比较明显。例如，奔驰最近发布的氢燃料牵引概念车，就是采用“电驱桥”方案。

而对于环境相对恶劣，路况比较差的自卸车。实际上“电驱桥”方案不太适用。自卸车的路坑坑洼洼，很容易伤到桥上的电机。在有大量爬坡的工况，动力不中断系统会有比较大的优势。比如说“同轴串联双系统”。

矿卡其实也差不多，低成本就用电机+变速箱，但可能要用双电机的方案，单电机不一定能满足需求；高性能版就用“同轴并联双系统”，当然也有“电驱桥”的方案。因为现在有很多矿山路面硬化做得比较好，而且矿车离地间隙比较高，所以用“电驱桥”也是一个方向。

四、苏州绿控重卡动力系统产品

上述几种动力方案，绿控都有相应的产品。例如，低成本版的“电机+变速箱”系统，有TD系列，其中HTED17000，系统最大输出扭矩16780Nm，可以用在31吨级别的自卸车；HTED20000L，可以输出20136Nm，适用于55吨级的自卸车或牵车；此外，还有HTED20000H，输出扭矩也是两万多Nm，但是功率可以更大一些。

重卡系统使用的变速箱都是绿控针对重卡开发的专用4档变速箱，具有档位数量少、重量轻、可靠性更高、传动效率高等优势，直接档最高效率99%以上。

同时，针对重卡经常爬坡这一使用场景，为了防止出现变速箱飞溅润滑不足，绿控对油润滑系统也进行升级，设计了润滑油循环系统，对齿面直接喷油。同时还采用润滑油滤清器，保证润滑油的清洁度，还可以把油引出来进行冷却，将油温控制在一个合理的范围。

此外，绿控还有STEA40000Z中央电驱桥产品，系统最大输出扭矩40000Nm，可用于双桥牵引车；同时，绿控还有“同轴并联双系统”CED系列产品，可用于牵引车、自卸车和矿车，在实际使用中，换挡效果很好，达到了直驱电机的平顺性水平。以上几个系统产品，目前绿控都已经实现批量装车应用。根据不同车型、不同场景，研发最具竞争力的产品，持续保证绿控在重卡领域牢牢占据领先地位。