感謝大家犧牲茶歇時間繼續(xù)我們的研討。今天我想把我們公司針對傳動系統(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)容是傳動系統(tǒng)仿真分析，是以一個中卡的物流用車型作為背景，看看三種不同電氣傳動架構(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)部的一個初步的結(jié)論。

利納馬是一家總部在加拿大的公司，在汽車零部件行業(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，在這幾個區(qū)域擁有各自的研發(fā)中心。在亞太區(qū)，我們集團辦公室在上海，在無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、日本也有銷售辦公室。在無錫我們有3家工廠，在重慶和天津各有一家工廠，在中國一共五家。同時在印度還有兩家工廠。

大家會問，邁凱倫跟英國邁凱倫賽車之間有什么關(guān)系，我們是兩家不同的公司，但歷史上是有淵源的。2003年左右利納馬收購了邁凱倫在美國底特律的工程中心，主要用于專業(yè)的動力總成開發(fā)，收購以后也我們非常尊敬邁凱倫賽車的專業(yè)精神，所以繼續(xù)它作為技術(shù)中心的廠牌保留了下來。我們有自己的設(shè)計、開發(fā)、測試和樣件制造的能力，一直以來，我們?yōu)槿虻闹鳈C廠和tier1在動力總成、傳動系統(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)，非常先進的齒輪實驗室和相應(yīng)的傳動部件測試系統(tǒng)。區(qū)域分布來說，在加拿大、德國、法國、美國、中國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，在過去主要是集中在傳統(tǒng)的發(fā)動機、傳動系統(tǒng)零部件上。隨著全球電氣化大潮的發(fā)展，利納馬也越來越注重在產(chǎn)品電氣化方面的發(fā)展。所以，我們在四年前成立了eLIN這個致力于電氣化產(chǎn)品零部件的開發(fā)團隊。在中國，我們跟外資主機廠，包括很多頭部的國內(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)項目在中國市場上。

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

首先圖表上第一個是直接驅(qū)動的架構(gòu)模式，第二個是中央驅(qū)動的架構(gòu)模式，下面是電橋的驅(qū)動模式。直接驅(qū)動的架構(gòu)中，會有一個大扭矩的電機，連接傳動軸、車橋，最終把扭矩傳遞到輪邊。中央驅(qū)動使用的是高速電機，通過一級減速箱，連接到傳動軸，再到車橋和輪邊。電橋驅(qū)動相對比較簡單，同樣是高速電機，連接一個二級減速箱，通過橋管把扭矩傳遞過去。

整車分析模型中，我們用GT Suite 2022版一個比較典型的純電車型作為模型的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上做了一些定制化的修改，針對不同的模型，紅色的框中有電機、減速箱、傳動軸和橋幾個是可以在不同架構(gòu)中進行配置互換的，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，包括整車的駕駛設(shè)置，有駕駛模式中車速和目標預設(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。針對傳動系統(tǒng)部件，電機有高速電機，可以達到最高9千轉(zhuǎn)，還有大扭矩電機，可以達到2150牛·米，減速箱在中央驅(qū)動假設(shè)的是單級減速箱，速比達到2.24。電橋中預設(shè)的是一個二級減速箱，速比12.02。

用一個表總結(jié)一下我們用來分析的四種架構(gòu)。第一個是大扭矩電機2，電機連接傳動軸、車橋，這個命名叫直接驅(qū)動電機2。另外一個是大扭矩電機1，也是連接傳動軸和車橋，機械的結(jié)構(gòu)都是一樣的，叫直接驅(qū)動大扭矩電機1。這兩種我們做比較，主要是看機械部件的相同情況下、車輛的設(shè)置相同情況下不同電機帶來的相應(yīng)能耗的不同表現(xiàn)。第三個是高速電機，配備單極減速箱，連接傳動軸、車橋，叫中央驅(qū)動高速電機的架構(gòu)。最后一種是用同樣的高速電機，加入二級減速箱，我們叫電橋高速電機的架構(gòu)。第三、第四兩種結(jié)構(gòu)的最終速比是一樣的，我們想通過相同速比、同樣的電機的預設(shè)情況下看看不同的機械結(jié)構(gòu)會帶來什么樣的能耗表現(xiàn)。

仿真中我們使用的方法。以中央驅(qū)動的架構(gòu)作為一個典型的展示，因為它包含了所有其他架構(gòu)中都含有的零部件。首先電機部分，我們使用電機供應(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)部的實踐加經(jīng)驗總結(jié)來完成建模的。傳動軸我們假設(shè)是一個萬向節(jié)的連接，我們參考了其他文獻的數(shù)據(jù)，把它作為傳動軸的效率輸入。車橋方面，我們用Romax建模，采用過往的測試數(shù)據(jù)進行修正完成了橋的建模。

下面說一下駕駛循環(huán)。假設(shè)三類不同的駕駛循環(huán)。首先是重卡城市測試循環(huán)，這代表了一個城市道路的駕駛。看下面的圖表，橫坐標是時間，縱坐標是速度，藍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，很短的時間內(nèi)有高速的駕駛情況。第二類是重卡柴油卡車測試循環(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)。第三種是美國可再生能源實驗室6級電動卡車測試循環(huán)，這是針對電動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)的詳細信息大家可以根據(jù)圖中鏈接在網(wǎng)上查到更詳細、細節(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不同的駕駛循環(huán)對應(yīng)的整車、電氣、機械部分的損耗的比較。

整車損耗，主要是來源于加速過程中克服的地面的阻力、空氣動力學的阻力，針對不同的駕駛循環(huán)，哪怕架構(gòu)有任何不同，實際帶來的整車損耗還是在同樣一個水平。電氣損耗，主要是指電機帶來的電氣方面的損耗，可以看到，以重型卡車駕駛循環(huán)在城市道路的例子來講，電橋這種架構(gòu)和中央驅(qū)動的架構(gòu)所帶來的損耗是最小的，因為使用的都是同一種高速電機，從效率上來講比大扭矩電機更好一些。直接驅(qū)動的兩種不同的扭矩電機的架構(gòu)情況下，電機損耗比較大。機械損耗，我們考慮從電機端一直到輪邊軸承機械連接的過程，機械零部件帶來的損耗，包括軸承、齒輪、攪油的損耗，還有萬向節(jié)等機械連接帶來的損耗綜合的數(shù)據(jù)表現(xiàn)。在重卡城市道路循環(huán)的情況，還是電橋的機械損耗更少，這也是顯而易見的，因為它只是從電機到輪邊，中間是有一個二級減速箱的結(jié)構(gòu)。帶來機械損耗最大的，還是中央驅(qū)動，因為是電機連接一級減速箱，到傳動軸再到橋，具有的機械零部件也是最多的。

我們也可以考慮一下平均能耗。針對同一種電氣架構(gòu)下，把整車、機械和電氣方面帶來的損耗加權(quán)，作為一個平均值進行統(tǒng)計。從這張表下圖左邊可以看到，對車輛能耗來講，不同的架構(gòu)，平均能耗也是一致的；對電氣能耗來講，針對不同的架構(gòu)，還是在電橋架構(gòu)和中央驅(qū)動的架構(gòu)帶來的電氣損耗最小；對機械損耗來講，還是電橋架構(gòu)，因為機械零部件數(shù)量少，所以帶來的損耗也是最少的。中間的圖我們想表達的是針對某一種架構(gòu)，把整車、機械和電氣三種損耗加起來，看看它的平均累積的能耗，對電橋這種架構(gòu)，平均的總能耗在0.621千瓦時/公里；對中央驅(qū)動+高速電機的架構(gòu)，平均總能耗0.666千瓦時/公里；對直接驅(qū)動的兩種架構(gòu)來講，相對的總能耗更大一些。一個有趣的現(xiàn)象是，在中央驅(qū)動的模式下，機械損耗還是稍微大于電氣損耗的，這也給了我們一個方向性的提示，就是我們可能需要花更多精力在機械系統(tǒng)優(yōu)化方面，來提高系統(tǒng)架構(gòu)的效率。同時，電橋和直接驅(qū)動兩種架構(gòu)下，電氣損耗比機械損耗要大一些，也讓我們有了相對明確的方向，需要花更多精力優(yōu)化電氣結(jié)構(gòu)，去提高整個系統(tǒng)的效率。

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

那么我們回到現(xiàn)實意義看一下。這三種不同的架構(gòu)分析以后，能帶給我們怎樣的指導意義？對公路上行駛的卡車意味著什么？

假設(shè)我們設(shè)計目標是適配200千瓦時的電池包，不同架構(gòu)下仿真計算出續(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)動的模式，264km。

另外一個角度看一下，假設(shè)以300km的續(xù)航里程作為目標，選電池包規(guī)格的時候會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，直接驅(qū)動的需要是最大的，要228千瓦時的電池包。

最后做一個小結(jié)。我們通過對4.5T中卡物流車不同的架構(gòu)做了仿真分析，對應(yīng)進行了能耗的比較。怎么選擇正確的架構(gòu)？首當其沖的，效率是非常重要的一點，這是我們都要考慮的。同時，也不能忽略其他的一些因素。對大扭矩電機，它的效率會比高速電機低一些，而且體積、重量都會相對比較大，所以針對不同的tier1或供應(yīng)商來做自己的設(shè)計和選型的時候，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傳動架構(gòu)上做一些修改時，中央驅(qū)動和直接驅(qū)動都有它的優(yōu)勢，因為傳動軸和傳統(tǒng)車橋都是有可能借用的。

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