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電驅動方案加速輕卡電氣化進程
2023-06-13 17:12:14 來源:中國汽車報網

一直以來,發動機、變速器和車橋被視為卡車的核心“三大件”。其中,車橋在車輛動力傳輸過程中發揮著紐帶作用,并直接影響整車的動力性和穩定性。

在新一輪科技革命推動商用車行業變革的關鍵時期,車橋作為重要部件,緊隨整車電動化發展趨勢,正加速向電驅化方向轉型。

電驅橋:輕卡新能源化的又一熱點

在公路運輸市場中,隨著新能源輕卡滲透率逐步提升,電驅橋技術在輕卡領域的應用愈發普及。

近來,包括遠程星智H8E、解放領途純電輕卡、江西五十鈴EV、濰柴藍擎新能源輕卡、中國重汽藍立方電動輕卡、宇通T系列新能源輕卡、歐馬可智藍ES純電輕卡等,均配裝了集成電驅橋。

不僅如此,從全球市場來看,國際化零部件供應商也為車橋電驅化提供了全方位解決方案。在前不久的上海車展上,采埃孚展示了其最新電驅動產品和技術方案,包括新型中央電驅動系統CeTrax 2和即將面世的電驅橋,面向輕型、中型和重型車輛,并計劃將最先進的商用車電驅動解決方案引入中國,進行本土化生產和組裝。

現階段,新能源輕卡的動力布局大致分為兩種,一種是電機搭配變速器(減速器)和后橋;另一種則是電機與電驅橋的組合。其中,電驅橋能夠高度集成電機、減速器、差速器等零部件,最大優勢在于減輕車身重量,釋放底盤空間,進一步提升綜合效率。

商用車從業人士陳晨表示,商用車作為生產資料,必須考慮到成本、可靠性以及舒適性等因素。相較而言,輕卡主要應用于城市工況,使用環境并沒有那么復雜,因此,電驅橋適用于輕型貨車,同時也符合國家“公共領域全面電動化”的號召。

“電驅橋將分散的零部件高度集成,可以減輕系統重量,有效提升系統功率密度和綜合效率;伴隨著結構的簡化,系統整體耐用度大大提高,故障率直線下降,NVH性能也能得到有效改善。除此之外,由于多個零部件集成在系統內部,更有利于企業進行組裝生產,節省管理成本。”成都新能源汽車產業推廣應用促進會秘書長范永軍介紹說。

輕卡電驅橋多元技術路線并行

借力“雙碳”目標以及新能源汽車利好政策的東風,電驅橋在輕卡領域的應用有望迎來快速上量期。在此趨勢下,整零企業積極應對,根據目標車型和使用工況,開發出不同技術路線的電驅橋產品,以迎合市場需求。

“目前來看,乘用車電驅動構型已基本確定,即二合一、三合一或多合一系統,偏軸、半同軸、平行軸以及全同軸電驅橋在乘用車上均有所應用。相較而言,商用車電驅橋的推廣速度略慢于乘用車。”五菱工業技術質量總監陳俊告訴記者,從商用車電動化發展進程來看,電驅橋系統將率先在微卡和部分輕卡上實現應用。但當前的輕卡領域,“油改電”技術路線依然是主流,只要將原來的發動機和變速器總成更換成電機和減速器,便可實現“華麗變身”。

范永軍表示,在新能源物流車發展初期,由于市場體量較小,且新車研發設計成本高,致使主流車企大多采用“油改電”的方式,基于傳統燃油輕卡的架構,無需對底盤、前后橋或差速器進行較大改動,而且后期車輛售后維修更加便捷,保養成本相對較低。不過,隨著新能源輕卡市場體量的不斷增長,配裝電驅橋的車型將會逐漸增多。由于電動汽車的底盤與傳統燃油車有所不同,采用電驅橋技術的車型,立項之初就需根據電動車的特點開發、設計以及調校,所以無論是在整體性能、管理成本,還是操控性和安全性上,都要優于“油改電”車型。

目前,電驅橋技術路線大致可分為兩種(按照電機在車橋中的布置位置):集成式電驅橋和分布式電驅橋。其中,集成式電驅橋又可分為單電機驅動橋(平行軸電驅橋和同軸電驅橋)和雙電機驅動橋;分布式電驅橋可分為輪邊電驅橋和輪轂電驅橋。在新能源商用車領域中,普遍應用的是輪邊電驅橋、集成電驅橋、同軸電驅橋和平行軸電驅橋。輪邊電驅橋主要應用于低地板公交客車,集成電驅橋常用于6~12米全系城市客車,同軸和平行軸電驅橋則多配裝在輕型貨車、智能小巴和無人駕駛微循環客車上。

“在輕型和中型商用車市場上,平行軸電驅橋應用較多,它結構簡單,在原有平臺基礎上,不需做太大改動,但不足之處是傳動效率和NVH性能稍差。此外,半同軸驅動橋系統也是商用車主流技術路線之一,相較于平行軸驅動橋,其剛性、傳動效率和空間利用率更佳,但對生產企業的制造能力提出了更高要求,一旦半同軸驅動橋出現故障,無法單獨更換減速器,進而會帶來更高的維修成本。”陳俊說道。

“全同軸電驅橋的傳動效率和NVH性能俱佳,并且系統整體更小、更緊湊,不占用太大空間,但它對齒輪的加工精度要求更高,裝配的工藝難度也更大。因此,目前很少有輕卡配裝全同軸電驅橋。”陳俊補充說。

“每一類電驅橋系統都有自己的優缺點。”陳晨介紹說,比如同軸式電驅橋維保拆卸困難,平行軸電驅橋的齒輪箱存在應力突變問題,導致對總成件的選用極為嚴格(軸承、油封)??傮w來看,由于車橋重心與箱體不重合,進而導致車輛起步、加速或遭遇惡劣工況時的適應性下降,以及橋殼開裂等疲勞斷裂缺陷,是電驅橋普遍性問題。

技術進步賦能新能源輕卡發展

采訪中,不少輕卡經銷商表示,無論是從綜合效率還是空間利用上來看,“油改電”的新能源輕卡都無法滿足多種場景的運輸需求。今后,在“雙碳”目標的指引下,配裝電驅橋的新能源輕卡將會迎來發展機遇期。

“不過,目前依然有用戶對使用電驅橋車型存在顧慮。”北京某品牌輕卡經銷商劉立文指出,在新能源輕卡上,電機與后橋的放置位置過近,而電機又是一個巨大熱源,在長時間的高溫炙烤下,電驅橋很可能會出現漏油的現象。另外,由于電驅橋扭矩、功率較低,目前并不適用于復雜工況。

宇通輕卡開發部相關負責人告訴記者,電機與電驅橋的布置方式將是車企未來持續關注的重點。“由于電機集成在車橋上,導致后懸架簧下質量偏大,未來還需結合車輛實際運行情況進行相應調整。同時,電機的工作環境較為惡劣,如何保證其可靠連接也是需要解決的一大難題。此外,提升電機的防水、防塵能力以及進行殼體加強也是研發、設計過程中需要特別關注的地方。”該負責人表示。

與此同時,我們也應清醒地認識到,我國電驅動技術起步相對較晚,產業化制造能力不足,電驅動系統與國外產品相比還存在一定差距,行業發展尚有諸多問題待解,如提高電機與驅動器的功率、提高電機可靠性和耐久性、減輕驅動電機質量等。

對此,陳俊表示,單從機械結構和生產工藝來看,電驅橋系統要比傳統發動機和變速器的研發制造難度小很多,而且更容易打破技術壟斷,這也給了國內零部件企業和整車企業更多的發展機遇。

“目前來看,我國電驅橋領域主要有兩大陣營,一是傳統車橋和傳動系企業,它們的優勢是掌握橋殼、差速器等傳統車橋部件資源,劣勢是對電驅動的理解不夠;另一大陣營是電驅動新勢力企業,它們的優勢是更熟悉電驅動結構特性,對電機、齒輪箱的選用更有經驗,但對傳統機械資源掌控能力較為欠缺(橋殼等),一般可通過外購或有限度的自制解決。”陳晨介紹說。

“就電驅橋系統而言,未來需要在減速器的軸承和高速油封上下足功夫。另外,電驅橋的高速、高扭矩、高響應帶來的總成可靠性及NVH問題,也需自主企業加大力度攻克。”陳俊最后說道。(武新苗)

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