新能源汽車有著效率高、零排放、環境友好、控制狀態不會受到外界影響等優點，其占有量也越來越多。新能源商用車也在這一過程中應運而生。而新能源汽車與傳統現代汽車的區別主要在于新能源汽車的驅動方式改為了電驅動。電驅動系統主要分為驅動電機、變速器、功率變換器、控制器四大部分。電驅動系統是整個新能源汽車的核心所在，直接影響其經濟性、安全性、可靠性等性能。

1 電驅系統簡介 ?

新能源汽車結構主要是由電驅動系統、底盤部分、車身構架以及各種相關輔助裝置等部分組成。除電力驅動系統部分外，其余部分的功能和結構組成大體與傳統汽車類同，但有些部件因所選驅動方式的不同，被簡化改動或者替換撤除了。電力驅動系統的組成與工作原理如圖1所示，可劃分為輔助模塊、車載電源模塊、電力驅動主模塊三大部分。

圖1 電力驅動系統的組成與工作原理圖

2 電驅系統的布置分類及其特性 ?

1）中央電驅總成如圖2所示，將驅動電機與變速箱集成在一起，替代傳統的發動機和變速箱，但仍需要傳動軸以及傳統車橋。在布置形式方面與傳統汽車動力總成相近。且傳動路線長、能量損耗較大，系統效率低；底部空間被大量占據，導致動力電池布置困難。如德國采埃孚股份公司生產的型號為CeTrax的中央電驅總成，如圖3所示，該款系統方案適用于低層和高層客車。CeTrax基于“即插即用（plug-and-drive）”設計方法，可被整合到當前車用平臺中，且無需對底盤、前后橋或差速器進行較大的改動。最大輸出及峰值扭矩分別達到300 kW和4 400 N·m。我國陜西法士特汽車傳動集團有限責任公司的電驅產品以中央電驅總成為主。

圖2 中央電驅總成

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2）集成電驅動橋（平行軸/同軸/垂直軸）如圖4所示，將傳統驅動橋和電機集成在一起，電機經過減速增扭后直接用于驅動車輪。節省了以往的傳動軸、懸置支架等零部件，這使得裝車的成本變低；傳動效率高；占用的空間小，且更方便于動力電池包的布置；而在NVH方面效果差；簧下質量大并且偏置，整車的可操控性不高。如青特集團有限公司生產的型號為QT130SPE的兩擋集成式驅動橋，如圖5所示，適用于49T牽引車，額定載荷13 t。雙磁邊換擋方案，換擋平順，駕駛體驗更加愉悅。傳統系統集成度集成有效釋放底盤空間，通過性更好。

圖4 集成電驅動橋

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3）輪邊電驅動橋如圖6所示，高度集成化的電機、減速器以及傳統驅動橋，取消了傳動軸和差速器，由于其采用了電子化差速傳動，故傳動效率高；且占用的空間小，動力電池布置更加方便；但簧下質量較大，對于整車操控性不利，且電子差速控制難度大。如德國采埃孚股份公司生產的型號為AVE130的輪邊驅動橋，如圖7所示，電機類型采用異步電機，應用于10 m～18 m客車，最大功率為2×125 kW，最大軸荷質量13 000 kg，其控制器逆變器未集成在車橋上，帶有兩級減速機構。

圖6 輪邊電驅動橋

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4）輪轂電機橋如圖8所示，輪轂電機部分與驅動橋部分進行了高度集成[1]，驅動電機直接驅動車輪是未來的發展方向。這種驅動系統傳動效率最高，且具有重量輕、能耗低等優點；制動能量回收效率更是接近100%，但造價成本高。電機尺寸大時存在過熱、退磁、產業鏈體系等問題，目前，這方面的技術不成熟。如荷蘭e-Traction公司生產的輪轂電驅橋，如圖9所示，零排放、較低的使用成本，從電池到車輪效率高達94%，比普通電驅動系統高出15%，減少了活動部件。續航里程提高20%，電池尺寸降低20%。易維護低噪音、高舒適性高冗余的車輪獨立控制占地面積小、空間利用率高，控制方式靈活，適用于12 m～18 m客車及貨車，應用領域廣泛。

圖8 輪轂電機橋

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5）國內外部分電驅動產品一覽表如表1所示。

表1 國內外部分電驅動產品一覽表

通過上述分析可知，目前，新能源商用車常見的電驅動系統類型主要為中央集成式電驅系統、輪邊電驅動橋、集成電驅動橋。其中，中央集成式同軸電驅動橋用于中型、重型貨車以及寬體自卸車。輪邊電驅動橋則常用于10 m以上的大巴客車系列。集成電驅動橋常用于貨車及6 m～7 m中巴客車系列。而集成電驅橋又分為平行軸、同軸、垂直軸三種形式。其中，垂直軸集成電驅橋的驅動電機與驅動橋以垂直的角度進行連接傳動，采用雙曲面齒輪減速方式，速比較小，系統功率密度低。平行軸集成電驅橋，電機與驅動橋呈平行狀態布置，電機多偏置。多采用圓柱齒輪傳動，速比大，功率密度高；由于簧下質量大且偏置，故而整車操控性、舒適性較差。國內集成式電驅橋多采用平行軸式。

集成電驅橋與中央驅動系統相比，在電機、減速器、差速器與車橋方面，集成化程度高；自動變速器設計與控制、電驅系統控制技術難度小；底盤占用空間小，電池布置方便；能實現較高的能量回收，重量輕，比中央驅動低10%～25%，有效降低電耗，電機轉速高，外形尺寸小，功率密度高。但電機、變速箱在懸架之下，簧下質量大，不利于整車操控性和舒適性提高。在自動變速器設計與控制、電驅系統控制技術、商用車驅動橋方面的開發難度大。中央驅動系統的電機、變速箱在懸架之上，簧下質量小，整車操控性、舒適性較高。自動變速器設計與控制、電驅系統控制技術開發難度小。

3 重卡領域電驅系統方案分析 ? 3.1 新能源重卡電驅動系統現狀 ? ?

在搭配低速電機的電驅系統整體構型有低速大扭矩單/雙電機直驅型和低速電機搭配AMT變速箱型，兩者的優缺點如表2所示。

表2 不同電驅動類型優缺點一覽表

3.2 電機+減速器與電機+多檔變速箱方案對比 ? ?

1）為同時滿足上坡加速以及最高車速的動力性能需求，采用固定檔減速器類型的電動汽車需要和大扭矩、高轉速的驅動電機匹配，兩方案之間對比如圖10、圖11所示。

圖10 兩方案扭矩-轉速對比關系圖

圖11 兩方案扭矩-轉速對比關系圖

2）采用兩檔AMT的電動汽車[2-3]，用增大一檔傳動比的方法來滿足上坡、加速、復雜路段情況下對驅動力的要求，用減小二檔傳動比來滿足在最高車速對電機的高轉速要求，進而使得電機的最大扭矩值和最高轉速值降低[4]。

3）在整體車輛性能的相關參數保持不變的前提條件下，采用兩檔AMT將會大大增加電動機處于最佳效率區工作的概率，如圖12所示，進而使得整車的經濟性和續航里程得到大幅度的改善。

圖12 兩檔?AMT工作效率對比圖

4）從成本角度來看，與固定檔減速器相比，雖然改為采用兩檔變速器令變速器的成本提升了1 000～3 000元，但是與此同時，在電機和電池方面的成本有一定程度的下降，由于工作效率的提升使百公里的用電量降低，進而降低了用電成本，也使得充電頻次降低，工作周期變長。從電池的壽命周期角度來看，采用兩檔變速器將使得電動車全生命周期成本下降。

5）從舒適性角度來看，多檔變速器在高車速時通過高傳動比降低了電機的工作轉速，從而改善了整車的NVH特性（工作過程中產生的噪聲、振動與聲振粗糙度，這是衡量汽車用戶舒適性的指標之一）。而且，提高舒適性的前提是盡可能地解決多檔變速器在換檔過程中產生的沖擊振動而造成的舒適性技術難點。

汽車自動變速器主要有液力自動變速箱（AT）、機械無級自動變速箱（CVT）、電控機械自動變速箱（AMT）和雙離合自動變速箱[5]。其中，AMT具有效率高、成本低、結構簡單、生產繼承性好、維修保養方便等優點，最為適合純電動商用車汽車使用。

3.3 新能源重卡電驅動系統發展趨勢 ? ?

目前，新能源電驅系統主要構型有低速大扭矩單電機或低速大扭矩雙電機直驅型，低速電機搭配AMT變速箱型，高速電機搭配減速器型等。部分整體系統構型分類及技術難點如表3所示。

表3 不同驅動類型及技術難點一覽表

3.4 新能源重卡發展趨勢 ? ?

隨著業界對新能源重卡的開發與研究，考慮到經濟性、集成度、安全性等主要因素與輕量化、高速化、高效率、高可靠性、良好的NVH的電驅系統未來發展趨勢相結合，新能源重卡發展趨勢主要有以下幾個方面。

1）低制作成本和低維護費用。新能源重卡在日常的使用過程中，充電樁、車輛保養、電池壽命都需要一定的資金投入。為保證經濟性要求，追求更低成本和維護費用是推廣新能源汽車的主要目標之一。

2）車身質量的輕量化，電控系統的模塊化。自身質量越大，在工作過程中的電池能耗就越高。電驅系統需要控制的部件更多更復雜，而模塊化是一種將復雜系統分解為更好的可管理模塊的方式。在輕量化、優化自身結構的同時，還需滿足強度要求，提升原材料的利用率。使其高速化，降低電機扭矩；高效率，降低整車能耗。

3）更大的爬坡度及較強的動力性能。電驅動系統所能提供的動力受制于電機功率、電池大小等因素。重卡汽車自身質量較重且負載量較高，往往在爬坡、道路狀況較差（泥濘、多坑等）時出現動力不足的情況。

4）低能耗及高可靠性。續航里程是新能源汽車的重要性能指標之一，在新能源重卡運行過程中更是顯得尤為重要。剩余里程的多少，復雜路況下的能耗情況，都對可靠性提出了更高程度的要求。深入進行載荷譜研究，找出易損元件，增加整體系統的工作壽命。加強極限工作狀況下的仿真分析和試驗驗證能力。

5）良好的駕乘體驗。用高功率和扭矩密度來獲得更好的加速、復雜路況、上坡、超車性能。優化電驅系統自身的NVH，從而實現整車NVH品質的提升。

4 結語 ?

綜上所述，課題小組介紹了電驅動工作原理、布置形式的分類和具體產品，簡述了現階段電驅動系統構型和實現方案。隨著新能源電動汽車逐步發展，低端產品的更新迭代在性能、傳動效率、續航里程方面有很大提升，進而使得變速器多檔化成為了未來電動汽車傳動系統的發展趨勢。在新能源商用車方面主要的電驅動系統形式為輪邊電驅橋、集成電驅橋及中央電驅總成。客車多采用輪邊電驅橋，卡車多采用集成式電驅橋或中央驅動總成，重卡適合采用集成式電驅橋或中央驅動總成的形式。經過對比，為了滿足更高的性能需求，取得更好的經濟效益，采用高速電機與多檔變速箱整體構型的電驅系統方案更符合未來的發展趨勢。

編輯：黃飛

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