感謝大家犧牲茶歇時(shí)間繼續(xù)我們的研討。今天我想把我們公司針對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)的分析做的部分探討跟大家分享一下。

我此次分享的主要內(nèi)容是傳動(dòng)系統(tǒng)仿真分析，是以一個(gè)中卡的物流用車(chē)型作為背景，看看三種不同電氣傳動(dòng)架構(gòu)下的能耗比較。首先介紹一下利納馬和邁凱倫工程，接著介紹一下傳動(dòng)架構(gòu)、分析方法和駕駛循環(huán)，最后總結(jié)一下分析結(jié)果和我們內(nèi)部的一個(gè)初步的結(jié)論。

利納馬是一家總部在加拿大的公司，在汽車(chē)零部件行業(yè)，在加拿大排名第二。我們公司在北美、歐洲和亞洲一共有60多家工廠，在這幾個(gè)區(qū)域擁有各自的研發(fā)中心。在亞太區(qū)，我們集團(tuán)辦公室在上海，在無(wú)錫我們有自己的研發(fā)中心，邁凱倫工程亞太技術(shù)中心，在韓國(guó)、日本也有銷(xiāo)售辦公室。在無(wú)錫我們有3家工廠，在重慶和天津各有一家工廠，在中國(guó)一共五家。同時(shí)在印度還有兩家工廠。

大家會(huì)問(wèn)，邁凱倫跟英國(guó)邁凱倫賽車(chē)之間有什么關(guān)系，我們是兩家不同的公司，但歷史上是有淵源的。2003年左右利納馬收購(gòu)了邁凱倫在美國(guó)底特律的工程中心，主要用于專(zhuān)業(yè)的動(dòng)力總成開(kāi)發(fā)，收購(gòu)以后也我們非常尊敬邁凱倫賽車(chē)的專(zhuān)業(yè)精神，所以繼續(xù)它作為技術(shù)中心的廠牌保留了下來(lái)。我們有自己的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、測(cè)試和樣件制造的能力，一直以來(lái)，我們?yōu)槿虻闹鳈C(jī)廠和tier1在動(dòng)力總成、傳動(dòng)系統(tǒng)零部件上提供全方位的服務(wù)。其中包括工程支持能力，樣件和小批量的生產(chǎn)，非常先進(jìn)的齒輪實(shí)驗(yàn)室和相應(yīng)的傳動(dòng)部件測(cè)試系統(tǒng)。區(qū)域分布來(lái)說(shuō)，在加拿大、德國(guó)、法國(guó)、美國(guó)、中國(guó)都有邁凱倫工程技術(shù)中心。

邁凱倫工程的產(chǎn)品研發(fā)能力，在過(guò)去主要是集中在傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)零部件上。隨著全球電氣化大潮的發(fā)展，利納馬也越來(lái)越注重在產(chǎn)品電氣化方面的發(fā)展。所以，我們?cè)谒哪昵俺闪⒘薳LIN這個(gè)致力于電氣化產(chǎn)品零部件的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)。在中國(guó)，我們跟外資主機(jī)廠，包括很多頭部的國(guó)內(nèi)本土新能源企業(yè)已經(jīng)有了非常廣泛的合作，其中比較有代表性的產(chǎn)品就是減速箱、焊接式差速器，目前已經(jīng)有很多量產(chǎn)項(xiàng)目在中國(guó)市場(chǎng)上。

接下去進(jìn)入研討的正式部分。我們以中型卡車(chē)為例分析不同的系統(tǒng)架構(gòu)。

首先圖表上第一個(gè)是直接驅(qū)動(dòng)的架構(gòu)模式，第二個(gè)是中央驅(qū)動(dòng)的架構(gòu)模式，下面是電橋的驅(qū)動(dòng)模式。直接驅(qū)動(dòng)的架構(gòu)中，會(huì)有一個(gè)大扭矩的電機(jī)，連接傳動(dòng)軸、車(chē)橋，最終把扭矩傳遞到輪邊。中央驅(qū)動(dòng)使用的是高速電機(jī)，通過(guò)一級(jí)減速箱，連接到傳動(dòng)軸，再到車(chē)橋和輪邊。電橋驅(qū)動(dòng)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，同樣是高速電機(jī)，連接一個(gè)二級(jí)減速箱，通過(guò)橋管把扭矩傳遞過(guò)去。

整車(chē)分析模型中，我們用GT Suite 2022版一個(gè)比較典型的純電車(chē)型作為模型的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上做了一些定制化的修改，針對(duì)不同的模型，紅色的框中有電機(jī)、減速箱、傳動(dòng)軸和橋幾個(gè)是可以在不同架構(gòu)中進(jìn)行配置互換的，剩下的零部件的模塊和設(shè)置，在所有架構(gòu)分析中都是相同的。通用的參數(shù)中，包括整車(chē)的駕駛設(shè)置，有駕駛模式中車(chē)速和目標(biāo)預(yù)設(shè)，包括電池初始充電狀態(tài)，電池控制器的參數(shù)，都是在幾種架構(gòu)分析中通用的。針對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)部件，電機(jī)有高速電機(jī)，可以達(dá)到最高9千轉(zhuǎn)，還有大扭矩電機(jī)，可以達(dá)到2150?！っ祝瑴p速箱在中央驅(qū)動(dòng)假設(shè)的是單級(jí)減速箱，速比達(dá)到2.24。電橋中預(yù)設(shè)的是一個(gè)二級(jí)減速箱，速比12.02。

用一個(gè)表總結(jié)一下我們用來(lái)分析的四種架構(gòu)。第一個(gè)是大扭矩電機(jī)2，電機(jī)連接傳動(dòng)軸、車(chē)橋，這個(gè)命名叫直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)2。另外一個(gè)是大扭矩電機(jī)1，也是連接傳動(dòng)軸和車(chē)橋，機(jī)械的結(jié)構(gòu)都是一樣的，叫直接驅(qū)動(dòng)大扭矩電機(jī)1。這兩種我們做比較，主要是看機(jī)械部件的相同情況下、車(chē)輛的設(shè)置相同情況下不同電機(jī)帶來(lái)的相應(yīng)能耗的不同表現(xiàn)。第三個(gè)是高速電機(jī)，配備單極減速箱，連接傳動(dòng)軸、車(chē)橋，叫中央驅(qū)動(dòng)高速電機(jī)的架構(gòu)。最后一種是用同樣的高速電機(jī)，加入二級(jí)減速箱，我們叫電橋高速電機(jī)的架構(gòu)。第三、第四兩種結(jié)構(gòu)的最終速比是一樣的，我們想通過(guò)相同速比、同樣的電機(jī)的預(yù)設(shè)情況下看看不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)會(huì)帶來(lái)什么樣的能耗表現(xiàn)。

仿真中我們使用的方法。以中央驅(qū)動(dòng)的架構(gòu)作為一個(gè)典型的展示，因?yàn)樗怂衅渌軜?gòu)中都含有的零部件。首先電機(jī)部分，我們使用電機(jī)供應(yīng)商提供的扭矩效率圖作為輸入?yún)?shù)，減速箱方面，我們用Romax建模，也是根據(jù)內(nèi)部的實(shí)踐加經(jīng)驗(yàn)總結(jié)來(lái)完成建模的。傳動(dòng)軸我們假設(shè)是一個(gè)萬(wàn)向節(jié)的連接，我們參考了其他文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)，把它作為傳動(dòng)軸的效率輸入。車(chē)橋方面，我們用Romax建模，采用過(guò)往的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行修正完成了橋的建模。

下面說(shuō)一下駕駛循環(huán)。假設(shè)三類(lèi)不同的駕駛循環(huán)。首先是重卡城市測(cè)試循環(huán)，這代表了一個(gè)城市道路的駕駛?？聪旅娴膱D表，橫坐標(biāo)是時(shí)間，縱坐標(biāo)是速度，藍(lán)色的曲線代表了城市道路駕駛，可以看到多數(shù)都是在走走停停，很短的時(shí)間內(nèi)有高速的駕駛情況。第二類(lèi)是重卡柴油卡車(chē)測(cè)試循環(huán)，代表著高速路駕駛的情況。橙色的絕大部分都是高速的駕駛狀態(tài)。第三種是美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室6級(jí)電動(dòng)卡車(chē)測(cè)試循環(huán)，這是針對(duì)電動(dòng)中卡定制化的駕駛循環(huán)的數(shù)據(jù)，圖中灰色的是改循環(huán)的數(shù)據(jù)表現(xiàn)。相應(yīng)的幾種循環(huán)的詳細(xì)信息大家可以根據(jù)圖中鏈接在網(wǎng)上查到更詳細(xì)、細(xì)節(jié)的駕駛循環(huán)數(shù)據(jù)。

看最后的分析結(jié)果。能耗方面，下面一排圖中顯示了針對(duì)不同的駕駛循環(huán)對(duì)應(yīng)的整車(chē)、電氣、機(jī)械部分的損耗的比較。

整車(chē)損耗，主要是來(lái)源于加速過(guò)程中克服的地面的阻力、空氣動(dòng)力學(xué)的阻力，針對(duì)不同的駕駛循環(huán)，哪怕架構(gòu)有任何不同，實(shí)際帶來(lái)的整車(chē)損耗還是在同樣一個(gè)水平。電氣損耗，主要是指電機(jī)帶來(lái)的電氣方面的損耗，可以看到，以重型卡車(chē)駕駛循環(huán)在城市道路的例子來(lái)講，電橋這種架構(gòu)和中央驅(qū)動(dòng)的架構(gòu)所帶來(lái)的損耗是最小的，因?yàn)槭褂玫亩际峭环N高速電機(jī)，從效率上來(lái)講比大扭矩電機(jī)更好一些。直接驅(qū)動(dòng)的兩種不同的扭矩電機(jī)的架構(gòu)情況下，電機(jī)損耗比較大。機(jī)械損耗，我們考慮從電機(jī)端一直到輪邊軸承機(jī)械連接的過(guò)程，機(jī)械零部件帶來(lái)的損耗，包括軸承、齒輪、攪油的損耗，還有萬(wàn)向節(jié)等機(jī)械連接帶來(lái)的損耗綜合的數(shù)據(jù)表現(xiàn)。在重卡城市道路循環(huán)的情況，還是電橋的機(jī)械損耗更少，這也是顯而易見(jiàn)的，因?yàn)樗皇菑碾姍C(jī)到輪邊，中間是有一個(gè)二級(jí)減速箱的結(jié)構(gòu)。帶來(lái)機(jī)械損耗最大的，還是中央驅(qū)動(dòng)，因?yàn)槭请姍C(jī)連接一級(jí)減速箱，到傳動(dòng)軸再到橋，具有的機(jī)械零部件也是最多的。

我們也可以考慮一下平均能耗。針對(duì)同一種電氣架構(gòu)下，把整車(chē)、機(jī)械和電氣方面帶來(lái)的損耗加權(quán)，作為一個(gè)平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。從這張表下圖左邊可以看到，對(duì)車(chē)輛能耗來(lái)講，不同的架構(gòu)，平均能耗也是一致的；對(duì)電氣能耗來(lái)講，針對(duì)不同的架構(gòu)，還是在電橋架構(gòu)和中央驅(qū)動(dòng)的架構(gòu)帶來(lái)的電氣損耗最??；對(duì)機(jī)械損耗來(lái)講，還是電橋架構(gòu)，因?yàn)闄C(jī)械零部件數(shù)量少，所以帶來(lái)的損耗也是最少的。中間的圖我們想表達(dá)的是針對(duì)某一種架構(gòu)，把整車(chē)、機(jī)械和電氣三種損耗加起來(lái)，看看它的平均累積的能耗，對(duì)電橋這種架構(gòu)，平均的總能耗在0.621千瓦時(shí)/公里；對(duì)中央驅(qū)動(dòng)+高速電機(jī)的架構(gòu)，平均總能耗0.666千瓦時(shí)/公里；對(duì)直接驅(qū)動(dòng)的兩種架構(gòu)來(lái)講，相對(duì)的總能耗更大一些。一個(gè)有趣的現(xiàn)象是，在中央驅(qū)動(dòng)的模式下，機(jī)械損耗還是稍微大于電氣損耗的，這也給了我們一個(gè)方向性的提示，就是我們可能需要花更多精力在機(jī)械系統(tǒng)優(yōu)化方面，來(lái)提高系統(tǒng)架構(gòu)的效率。同時(shí)，電橋和直接驅(qū)動(dòng)兩種架構(gòu)下，電氣損耗比機(jī)械損耗要大一些，也讓我們有了相對(duì)明確的方向，需要花更多精力優(yōu)化電氣結(jié)構(gòu)，去提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。

然后說(shuō)到效率，我們做了一個(gè)總結(jié)，整車(chē)能耗除以整個(gè)平均總能耗，這樣就轉(zhuǎn)換成我們認(rèn)為的效率。不管是任何一個(gè)循環(huán)都可以看到，電橋的效率表現(xiàn)是最優(yōu)的，相對(duì)最不好的還是直接驅(qū)動(dòng)的架構(gòu)下。

那么我們回到現(xiàn)實(shí)意義看一下。這三種不同的架構(gòu)分析以后，能帶給我們?cè)鯓拥闹笇?dǎo)意義？對(duì)公路上行駛的卡車(chē)意味著什么？

假設(shè)我們?cè)O(shè)計(jì)目標(biāo)是適配200千瓦時(shí)的電池包，不同架構(gòu)下仿真計(jì)算出續(xù)航里程，很顯然電橋這種架構(gòu)是最高的，322km，最低的是直接驅(qū)動(dòng)的模式，264km。

另外一個(gè)角度看一下，假設(shè)以300km的續(xù)航里程作為目標(biāo)，選電池包規(guī)格的時(shí)候會(huì)有什么樣的參考意義。一樣的原理，電橋在同樣的公里數(shù)情況下，可以選更小的電池包，186千瓦時(shí)，直接驅(qū)動(dòng)的需要是最大的，要228千瓦時(shí)的電池包。

最后做一個(gè)小結(jié)。我們通過(guò)對(duì)4.5T中卡物流車(chē)不同的架構(gòu)做了仿真分析，對(duì)應(yīng)進(jìn)行了能耗的比較。怎么選擇正確的架構(gòu)？首當(dāng)其沖的，效率是非常重要的一點(diǎn)，這是我們都要考慮的。同時(shí)，也不能忽略其他的一些因素。對(duì)大扭矩電機(jī)，它的效率會(huì)比高速電機(jī)低一些，而且體積、重量都會(huì)相對(duì)比較大，所以針對(duì)不同的tier1或供應(yīng)商來(lái)做自己的設(shè)計(jì)和選型的時(shí)候，有些因素還是需要納入到綜合的考慮中。特別是如果想在原有ICE engine傳動(dòng)架構(gòu)上做一些修改時(shí)，中央驅(qū)動(dòng)和直接驅(qū)動(dòng)都有它的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)閭鲃?dòng)軸和傳統(tǒng)車(chē)橋都是有可能借用的。

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