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    行業資訊

    陳友飛:純電動物流車動力系統發展趨勢 4.5噸級以上輕卡優選AMT兩擋系統

    2017-09-29 分享
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    新能源汽車三電的核心之一就是動力系統,它是車輛的關鍵性能決定性因素之一,包括爬坡性能、電耗等。那么,不同類型的純電動物流車需要一套怎樣的動力系統呢?


    9月27日,在2017中國新能源物流車城市配送高峰論壇暨電動物流車產品推介會上,蘇州綠控傳動科技有限公司純電動事業部副總經理陳友飛從動力系統開發和選型方面分享純電動物流車動力系統發展趨勢。

     

    蘇州綠控傳動科技有限公司純電動事業部副總經理陳友飛


    純電動物流車主要動力系統方案介紹

    陳友飛介紹,目前純電動的動力系統主要分幾類,首先是單輸出的總成,如直驅和間驅;第二類是帶差速器總成,電機與差速器集成在一起,變成雙輸出的總成;第三類,電驅橋方案。   

    第一種,直驅方案是目前應用比較廣泛的方案,因為直驅方案結構非常簡單,電機動力通過傳動軸傳到后橋上,可靠性比較高,維護方便。但該方案也有缺點,高速運行時噪音較大,電耗較大,同時,動力性一般,重量大。

    第二種,同軸間驅方案也是目前比較常見的,帶減速箱的間驅方案性能上和直驅差別不大,可靠性比直驅弱一點,動力性也一般。

    陳友飛表示,如果采用變速箱方案動力性會比較強,可以使電機更多的運行在高效區,特別是高速運行時。因此綜合電耗較低。當然可靠性相對直驅略低,換擋時存在一定的動力中斷。

    第三,U形間驅系統,通過電機傳到減速箱或變速箱,再返回輸出到后橋。陳友飛表示,這個系統比較適合放在后置后驅的架構上,因為這樣可以節省空間,方便布置電池。性能方面和同軸間驅方案差別不大。

    第四,帶差速器總成,取消了傳動軸和傳統的主減速器,可以有效提高效率。需要做成獨立懸掛的形式,舒適性較好。當然對后橋的改動相對也較大。

    第五種,電驅橋對后橋改動較小,缺點就是簧下質量重一點,對電機可靠性要求比較高,影響整車舒適性。陳友飛表示,這種方案在微面、微卡上用的比較多,大概70%~80%都是用這樣的動力系統,但也有電機廠對這種方案比較擔憂,主要是電機承受振動較大。


    純電動物流車動力系統選型 兩擋AMT系統是4.5噸級輕卡最優方案之一

    根據上述的介紹,不同車型如何選擇動力系統更為適合呢?

    陳友飛表示,如3.5噸以下的車型,對扭矩的要求不是很高,電機扭矩在500Nm以下,因此一般的直驅電機就能滿足。當然間驅也是選項方案之一,不過陳友飛建議可選擇帶變速箱的方案,可適用于大爬坡的需求,他表示,目前大部分的微面、微卡的爬坡設計要求為20~25%,用變速箱就可以達到30%以上的爬坡度。

    陳友飛表示,4.5噸的車型來說,如果要達到25%以上的爬坡度,一般要求直驅電機扭矩700Nm以上。目前常用的是700~900Nm的直驅方案,實際使用過程中,發現動力性不足。電機的堵轉扭矩一般要低于峰值扭矩,設計為25%爬坡度的車,在25%的坡度坡道起步時會存在問題。他表示,要考慮到實際使用中的坡道起步和超載情況,所以目前很多車廠會要求扭矩提高到900Nm以上。

    另一選項是間驅方案,也就是帶減速箱或變速箱的方案。他表示,減速箱方案成本雖然會稍微低一些,但性能優勢不是特別明顯,而且噪音會比較大,變速箱方案的優勢會比較明顯,而且應用也越來越多,擋位趨向于兩擋。他認為,變速箱方案可降低5%以上的電耗,應用前景非常好。

    對比4.5噸輕卡上采用的直驅、兩擋變速箱和四擋變速箱這幾種動力系統的方案發現:

    動力性:750Nm的直驅可以實現25%的爬坡度,兩擋的可以實現33%,四擋的可以實現65%,最高車速均可以超過100km/h,加速時間相差不大。

    總體而言,直驅的動力性不足,兩擋箱動力強勁,且不過剩,四擋箱會出現動力過剩問題。

    經濟性對比。通過城郊綜合工況計算發現,直驅的電耗會比較高,兩擋和四擋的會比較低,大概低6%~7%。

    平順性對比。陳友飛表示,對于變速箱,大家可能會想到變速箱的換擋、動力中斷和可靠性問題。通過計算,以城郊綜合工況運行約20公里,四擋箱需要換擋37次,兩擋箱只需換擋14次,以此推算如果運行50萬公里,僅僅35萬次就可以,他表示,綠控開發的兩擋系統,實驗要求的換擋次數都要超過100萬次,所以完全可以滿足終身使用壽命要求,換擋次數的降低大大提高了變速箱的可靠性。

    重量對比。以兩擋箱和直驅對比發現,在相同的輸出扭矩情況下,兩擋箱重量要低于直驅。輸出扭矩為750Nm時,直驅的重量約為為105kg,變速箱可能只有70~80kg。輸出扭矩越大,變速箱系統的輕量化優勢更明顯,到3000Nm的區域時,變速箱總成可降低近一半的重量。

    成本對比。陳友飛表示,在小扭矩段,變速箱的成本和直驅成本差不多,到大區域段成本的優勢更明顯,大扭矩段用變速箱不僅可以降低電機成本,還可以降低控制器的成本,加上變速箱本身的成本,總體成本會更低。

     

    小結

    動力性方面,直驅比較弱,四擋箱過剩,兩擋箱剛剛好;經濟性方面,變速箱的方案比直驅好,變速箱同時具備成本優勢也更明顯;重量方面,四擋箱稍微重一點,兩檔箱方案最輕;兩擋箱的可靠性和平順性接近直驅,因為兩擋箱的換擋次數少。

    總之,兩擋箱的性能在綜合情況下比較好一點,直驅主要體現在可靠性和平順性比較優越,四擋箱只有動力性比較強,其他方面不怎么占優勢。


    因此陳友飛認為兩擋AMT系統是4.5噸級輕卡最優方案之一。

     

    對于7.5噸到10噸級車輛的動力系統,陳友飛建議整車廠設計時最大爬坡度按30%設計,因為如果按25%設計,可能在坡道起步的時候或者超載時有一點困難,爬坡爬不上去。

    陳友飛表示,目前的直驅電機的一大瓶頸是,直驅的扭矩和轉速無法兼顧,當用大扭矩時轉速下降,小的扭矩轉速提高,很難兼顧整車最大爬坡度和最高車速需求。如果采用變速箱的方案就可以很輕易化解這個困境,如兩擋箱的方案,采用一個峰值120kW的電機,最大輸出可以到2048Nm,最高輸出轉速可以達到5000轉,這樣最高爬坡度可超過30%以上,最高車速可達到120km/h以上。因此兩檔箱系統也是提高7.5噸級輕卡性能的最優選擇。

    陳友飛表示,對16噸以上的卡車動力系統,變速箱方案幾乎成為唯一選擇,因為如果達到25%的爬坡度,扭矩都要3500Nm以上,目前市面上常見的直驅電機都無法滿足這個要求,所以目前幾乎只能選擇變速箱方案,當然也可以選擇雙電機直驅方案,但有兩個電機、兩個控制器,成本會大幅提高。

    蘇州綠控作為專業的新能源動力系統提供商,自主研發電機和變速箱,針對純電動物流車,綠控開發了一系列的產品,包括直驅產品和變速箱產品,覆蓋1.5噸~60噸的車型。陳友飛認為,4.5噸級以上物流車選擇變速箱的總成方案會更有優勢。

     

    純電動物流車動力系統的發展方向 :多元化 一體化 輕量化 高效率 低成本

    第一,陳友飛認為純電動物流車動力系統不可能只有一兩種方案選型,未來肯定會多元化,針對不同車型采用最具競爭力的動力系統進行匹配。

    第二,一體化。目前純電動乘用車的電機、電控、減速箱等的一體化趨勢比較明顯,未來為了進一步降低重量、成本,純電動物流車的動力系統也會慢慢向一體化方向發展。目前綠控等動力系統企業都在進行這方面的研發工作。

    第三,輕量化。陳友飛表示,輕量化已經成為整個行業的共識,對各種零部件都有輕量化的要求。需要提高電機的扭矩和功率密度,以降低電機重量。同時選擇合適的動力系統也是途徑之一。

    第四,高效率。提高動力系統效率,可以不降低續航里程的情況下減少電池裝載量,降低整車成本,而高效率既要求把單電機的效率做得更好,也要求優化動力系統的匹配和控制。

    第五,低成本。低成本不代表低品質,而是通過技術革新和批量化生產來降低動力系統成本。選擇合適的動力系統方案,也是降低成本的題中之義。

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