多家車企開始布局 新能源重卡你看好純電動還是混合動力？

2017年中國重卡在持續(xù)消化治超帶來的利好情況下，銷量持續(xù)維持高位。重卡市場的結(jié)構(gòu)也在預(yù)期之中發(fā)生逐步轉(zhuǎn)變：由以前依靠規(guī)模的粗放式發(fā)展轉(zhuǎn)向內(nèi)涵式發(fā)展，用戶需求也將更加注重舒適性、可靠性與經(jīng)濟(jì)性；排放升級也將給廠家?guī)硇履茉磩恿偝傻霓D(zhuǎn)變的巨大商機(jī)。本文就將以重卡市場的自動化與電氣化發(fā)展趨勢來進(jìn)行一番探討。

解放JH6純電動重卡

中國目前的重卡市場依然以手動變速器MT為主流，以美系的雙中間軸結(jié)構(gòu)變速器占絕對優(yōu)勢。其優(yōu)點在于雙中間軸結(jié)構(gòu)安裝簡單，精度要求低，承載能力強(qiáng)；低速擋速比較大，從而使車輛具有出色的起步能力，更大的拖掛總質(zhì)量，出色的起步能力也延長了離合器的使用壽命。中國市場上對變速器的可靠性、價格的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于舒適性、燃油經(jīng)濟(jì)性要求。未來中重型變速器的發(fā)展方向?qū)宰詣踊碗姎饣癁橹鳎赫嚾加徒?jīng)濟(jì)性和排放的要求不斷提高，同時從駕駛舒適性考慮，要求變速器的同步器性能，操控性能也要不斷提高，從而有效減小駕駛員的勞動強(qiáng)度。除此之外，隨著動力升級及燃油經(jīng)濟(jì)性的要求，增大發(fā)動機(jī)輸出扭矩和輸出功率，減小主減速比，變速器的額定輸入扭矩也隨之增加。整車燃油經(jīng)濟(jì)性以及排放要求不斷提高，要求變速器與發(fā)動機(jī)的設(shè)計與匹配更為合理，通過變速器的調(diào)速作用，使發(fā)動機(jī)更多的運行在高效區(qū)，以提升燃油經(jīng)濟(jì)性和降低排放。

國內(nèi)目前主流的中重型車輛的自動變速器依然以機(jī)械式自動變速器（AMT）和液力自動變速器（AT）為主。其中機(jī)械式自動變速器（AMT）在手動變速器的基礎(chǔ)上加裝電控電動、氣動或者液動單元，實現(xiàn)自動換擋。目前AMT在歐洲已經(jīng)廣泛使用，市場占有率超過了55%；近年來美國市場的AMT也得到了快速推廣，市場占有率為40%左右。然而，AMT在國內(nèi)中重型卡車的應(yīng)用則處于剛剛起步階段。而液力自動變速器（AT）在行星機(jī)構(gòu)前加裝液力變矩器，實現(xiàn)無沖擊、無動力中斷換擋，但由于成本高，傳動效率偏低，目前只在少數(shù)工程機(jī)械車輛以及專用車上使用。

伊頓在2015年率先在北美推出了適用于商用車的雙離合變速器（DCT），在結(jié)構(gòu)上采用了平行布置的濕式離合器單元，攪油損失達(dá)到最?。黄湟簤耗K單元采用發(fā)動機(jī)驅(qū)動的液壓泵總成，可在停車或者巡航狀態(tài)有效減少壓力負(fù)載。但是伊頓推出的Procision系列雙離合變速箱最大承載扭矩只有895Nm，長度達(dá)到了765mm，同時無法提供輔助制動的方案，并且成本偏高，導(dǎo)致其在中國市場的實用性不強(qiáng)。

隨著日益嚴(yán)格的排放法規(guī)推出，以及中國“少油多煤”的能源特點，為了盡量減少對外能源的依存程度，大力發(fā)展新能源具有天然的驅(qū)動力。國內(nèi)目前有多家重卡主機(jī)廠已經(jīng)推出了純電動重卡驅(qū)動方案。如下圖所示為一款匹配9擋重型EV-AMT的港口牽引車純電驅(qū)動系統(tǒng)，最大的承載扭矩可以達(dá)到2200Nm；匹配不同功率等級的驅(qū)動電機(jī)，能夠滿足從滿載31噸到70噸的各種類型的卡車需求。

九擋純電動重卡驅(qū)動系統(tǒng)（特百佳動力科技）

純電動重卡的驅(qū)動一般都需要匹配多擋位的機(jī)械式自動變速器（AMT），但和傳統(tǒng)的AMT系統(tǒng)不同，EV-AMT去掉了離合器以及機(jī)械式同步器，由電機(jī)主動同步代替機(jī)械式換擋時的摩擦被動同步，實現(xiàn)自動換擋。使用帶EV-AMT的純電動驅(qū)動系統(tǒng)和流行的直驅(qū)系統(tǒng)相比，除了能夠大幅提高動力性能以外，能夠有效減小電機(jī)扭矩需求，從而降低系統(tǒng)成本，并且由于變速器的調(diào)速功能使電機(jī)保持在高效工作區(qū)域，從而能大幅降低動力系統(tǒng)耗電量 。

有研究表明，一輛重型卡車的排放量相當(dāng)于至少30輛小轎車的排放。因此純電動驅(qū)動系統(tǒng)（EV-AMT）對于減少汽車尾氣排放，節(jié)省燃油有明顯優(yōu)勢。但純電動重卡依然面臨著車載電池能量不足和使用成本偏高的天然劣勢。另外考慮到充電設(shè)施不足以及充電便利性問題，純電動重卡并非適合于所有車型，目前的應(yīng)用多偏向于港口、碼頭以及固定路線的高速城際運輸?shù)燃?xì)分市場領(lǐng)域。

許多國外的商用車企業(yè)很早就開始在混合動力重卡進(jìn)行產(chǎn)品布局。早在2006年，沃爾沃就宣布已經(jīng)開發(fā)了大型車輛的混合動力技術(shù)，將使燃油效率提高5~10%。沃爾沃FE混合動力為26噸級的并聯(lián)式柴油電動混合重卡，使用帶有I-Shift鍵的AT2412D的12速頂級變速器。搭載了兩款道依茨D7F300的7L六缸柴油發(fā)動機(jī)，分別可以輸出300馬力和340馬力，最大扭矩為1300N.m/1200-1700r/min。電動機(jī)位于發(fā)動機(jī)和變速器之間，最大輸出功率為120KW，輸出扭矩為800N.m。作為乘用車混合動力系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，日本豐田在2015年的東京車展上展出了旗下日野重卡的混動產(chǎn)品， 驅(qū)動系統(tǒng)采用了一輛排量為8.866L的直列六缸發(fā)動機(jī)，在1800rpm的轉(zhuǎn)速下可以輸出最大360馬力，當(dāng)轉(zhuǎn)速在1100rpm的時候可以輸出1570Nm的最大扭矩。該系統(tǒng)搭載了一輛12擋AMT變速器，混合動力的驅(qū)動電機(jī)峰值功率為90kw。

奔馳純電動重卡

綜合看來，國外推出的混合動力重卡驅(qū)動系統(tǒng)，受限于新能源系統(tǒng)，特別是由于電機(jī)以及電池系統(tǒng)普及的規(guī)模小，而造成系統(tǒng)成本高；而且選用的電機(jī)功率小，混合動力系統(tǒng)的驅(qū)動還是以傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)驅(qū)動為主，電機(jī)主要的功能以輔助驅(qū)動和能量回收為主，另外受限于重卡高速為主的工況，因此節(jié)油效果并不明顯，最多不超過15%，因此普及率也不高，沒有投入實際運營。

因此，在中國發(fā)展混合動力重卡，要考慮重卡運行的特殊工況，結(jié)合新能源配套系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化帶來的成本優(yōu)勢，優(yōu)化混合動力重卡電池電量的配比、驅(qū)動電機(jī)功率選型以及混合動力變速器（Hybrid-AMT）擋位速比和離合器的選型。特別是運行模式上更應(yīng)傾向于使用純電起動和驅(qū)動模式，而在高速巡航或者爬坡等模式下才讓發(fā)動機(jī)參與到車輛驅(qū)動當(dāng)中。目前，特百佳推出的混合動力重卡驅(qū)動系統(tǒng)方案中，集成了峰值達(dá)180kw的驅(qū)動電機(jī)，搭配使用一款九擋AMT構(gòu)成高性能的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)（Hybrid-AMT）；再配合多種工作模式包括發(fā)動機(jī)啟停、純電驅(qū)動、聯(lián)合驅(qū)動以及能量回饋，在啟停較頻繁的工況如城市道路循環(huán)工況UDDS（Urban Dynamometer Driving Schedule）下，節(jié)油率可以超過30%；而在高速巡航等勻速占比多的情況下，也能達(dá)到相比手動變速器23.5%的節(jié)油率提升，同時大幅降低有害氣體的排放，使車輛更容易達(dá)到國五排放標(biāo)準(zhǔn)。

另外國內(nèi)重型卡車也有少部分系統(tǒng)考慮搭載48V微混系統(tǒng)，但節(jié)油效果不明顯，因而市場占有率會受到限制。

由此看來，隨著新能源系統(tǒng)的普及，新能源重卡驅(qū)動系統(tǒng)完全有可能在市場中占據(jù)一席之地；中重型自動變速驅(qū)動系統(tǒng)由此一來也將重新分類，如下圖所示：

中重卡自動變速驅(qū)動系統(tǒng)分類

然而最終純電動重卡以及混合動力重卡能否像新能源客車一樣在中國實現(xiàn)跨越式發(fā)展，將取決于產(chǎn)品生命周期成本以及最終為客戶帶來的價值。

以手動變速器為基準(zhǔn)，綜合評估如圖2所列各種系統(tǒng)的生命周期成本，需要考慮到初始投入成本以及新能源政策補(bǔ)貼；以及能量消耗費用和關(guān)鍵零件的更換和維護(hù)成本。以純電動重卡標(biāo)準(zhǔn)配置150kw.h的電量，混合動力重卡配置50kwh的電量來考慮，并且考慮到2017年的新能源政策補(bǔ)貼，各種中重卡手動以及自動變速驅(qū)動系統(tǒng)的生命周期成本比較結(jié)果如下：

中重卡自動變速驅(qū)動系統(tǒng)生命周期成本對比分析

以上的分析結(jié)果中除了純電動和混動重卡，均假設(shè)國產(chǎn)的液力緩速器為系統(tǒng)標(biāo)配，而純電動和混合動力驅(qū)動系統(tǒng)由于自身的電機(jī)帶有的能量回饋功能，實際上相當(dāng)于配備了電渦流緩速器的功能，因此系統(tǒng)不需要額外搭載緩速器。

解放-沃特瑪純電動重卡

由表中的粗略對比結(jié)果來看，盡管純電動重卡能夠獲得的政府補(bǔ)貼最高，但由于需要裝配的電池也更多，導(dǎo)致系統(tǒng)初始投入成本過高；但是由于其零排放零油耗特性，會在部分特定應(yīng)用領(lǐng)域（如港口）或者特定工況得到應(yīng)用。

混合動力重卡在現(xiàn)有補(bǔ)貼的情況下（如上表所示），整體使用周期成本甚至優(yōu)于手動箱MT；如果補(bǔ)貼完全取消，可以通過高充放電倍率電池以減少裝載電池容量（如30kwhr），從而系統(tǒng)周期使用成本可與手動箱MT競爭。如此算來，混動重卡在5年內(nèi)的產(chǎn)品生命周期成本可同進(jìn)口AMT持平，8年內(nèi)成本更優(yōu)于進(jìn)口AMT系統(tǒng)；并且顯著降低司機(jī)駕駛強(qiáng)度，而且能夠?qū)崿F(xiàn)油耗有效降低，達(dá)到節(jié)能減排的目的。