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未来的动力驱动系统采用哪种方式?

日期: 2016-06-11
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                   未来的动力驱动系统采用哪种方式?

 

这是很多人关心的问题,汽车界人士的答案分成二大阵营。有人说轮毂电机代表了未来的发展方向,这项突破性技术诞生已有相当长时间,然而,一直没有量产车型上市;有人说双电机双变速器在未来十年之内是主流动力驱动系统。这项技术是对现有的传统技术重新认识,加以改进使用,已有多家整车企业采用了这套动力驱动系统。

 

 

轮毂电机与双电机双变速器在未来动力驱动系统竞争中,谁能执牛耳?

动力传输路径越短,使用效率越高,这是汽车专家的共识,轮毂电机的优势恰恰体现在这个方面。英国Protean公司亚太区负责人徐东说:“轮毂电机集成了驱动、传动和制动装置在狭小的空间内,结构非常紧凑。动力直接作用于车轮上,省略了离合器、变速器、传动轴、差速器、分动器等传动部件,动力使用效率大大提高。”

目前,传统汽车无法实现零半径转向和横向行驶,轮毂电机却能做到,使得泊车操作更加简单,节约城市停车空间。一位业内人士说:“大规模采用轮毂电机后,驾照考试中的侧方位停车或许会取消。”

轮毂电机的优势很明显,短板也很突出。精进电动CTO蔡蔚说:“传统汽车的轮毂与悬架之间隔着弹簧,轮毂电机与车轮集成在一起,增加簧下质量,影响车辆的操控性能,尤其是弯道的稳定性很差。”

轮毂电机与路面的距离较近,并且处于高速运转之中,密封要求非常高。北京航空航天大学教授徐向阳说:“南方雨水比较多,即使行走在城市道路上,轮毂电机也要经常涉水。静态的密封难度较低,高速运转状态下实现密封较困难。”

传统汽车通过轮胎和弹簧两套减震系统增强车辆的舒适性,轮毂电机仅靠轮胎减震,带来可靠性问题。蔡蔚说:“轮胎的减震能力有限,遇到坑洼不平的道路,轮毂电机与轮壁容易产生硬碰撞,降低轮毂电机的可靠性。”

 

高速运转的零部件离不开润滑油降低摩擦阻力,轮毂电机非常紧凑,润滑油的添加及零部件之间的润滑存在一定困难。徐向阳说:“高速运转的零部件会消耗更多的润滑油,轮毂电机的空隙非常小,难有储存润滑油的空间。”

电机的特点是高转速低扭矩,轮毂电机省去了变速器等装置,依靠电机控制器调节转速,这使得轮毂电机使用范围变窄,在商用车、专用车上难以使用。即使在乘用车上使用,爬坡性能也不佳。

在今年北京车展上,记者就这些问题询问亚太股份相关人员,他们只告诉记者,亚太股份轮毂电机采用水冷系统,解决了散热问题,其他问题没有回答记者。

亚太股份已设立轮毂电机事业部,准备大力推进研发和量产工作。记者也获知,英国Protean与国内一家企业合作准备在天津建设轮毂电机工厂,记者在天津看到施工场地已搭起了围栏。

前不久,南京越博动力系统股份有限公司与东风特汽、厦门金旅、中通客车、长安客车、南京金龙等企业签订长期战略合作协议,他们计划装配3~4万套双电机双变速器在新能源汽车上。在此之前,南京越博已给纯电动商用车配套了近万套动力总成产品。这些企业看中了双电机双变速器什么优势呢?

电机能够瞬间启动并短时间内进入高速运转,几乎不受高温与严寒天气影响,电机驱动也被认为是未来的发展方向。然而,电机驱动也有短板。南京越博董事长李占江说:“电机的高效工作区比较窄,电机与变速器结合就是通过齿轮速比变化反复利用电机的高效工作区。电机在高效工作区才能发挥最大效能并消耗最少的能量。”

电机+变速器的优势被大家广泛认识并接受,并成为主流驱动方式。李占江说:“目前,不少企业采用单电机单变速器的方式,仍然存在效率低、功耗高等劣势,从而制约了新能源电动汽车的应用和推广。”

新能源汽车空载与满员乘坐时的重量相差较大,电动客车体现得更加明显,这使得单电机单变速器需要适应的工况范围比较宽。为了满足行驶需求,在新能源汽车上往往配套大电机,大电机的体积比较大,重量也大幅度增加。李占江说:“最重要的是电机为了适应较宽的工况范围,经常不是处于高效工作状态,必然消耗更多的电池能量。”

双电机双变速器采用两套不同性能的电机,一个高效区在低速,一个高效区在高速,每个电机同时有两个挡位,随着载荷或者车速变化,两台电机的工作状态灵活调整,保证电机尽可能工作在高效区间。李占江说:“电机运转始终处于高效区,可以节省电池能量,提高续驶里程。”

据李占江介绍,目前市场上主流的10米以上通勤客车直驱系统1公里大约耗费1度电,南京越博的双电机双变速器系统不超过0.8度电,在同等电池容量的情况下,将电池续驶能力提升20%以上。

双电机双变速器系统采用两个电机,电机总重量却下降了40%,李占江说:“双电机双变速器系统可以灵活调整工作状态,不需要大电机,两台小电机就能满足要求。”

“双电机双变速器动力总成系统还有一个优势。”李占江说,“目前除了CVT(无级变速器)之外,其他都会出现几十毫秒的动力中断,动力输出不平顺会导致操控性能不佳,尤其对于越野SUV,动力中断是一个比较严重的问题。双电机双变速器没有采用CVT,但是两套系统灵活调整工作状态,可以消除动力中断的现象。”

记者参观了南京越博的DET产品,最大功率为 240kW,能实现0~4200N·m 的连续变化,保障动力不中断。电机与变速器集成在一起,并不是想象中的庞然大物。

电机+变速器驱动系统也有短板。蔡蔚说:“制动能量回收是新能源汽车的重要技术之一,电机+变速器驱动系统的制动能量回收效果并不理想。”

轮毂电机的优势吸引着众多企业投身其中,目前,世界上比较知名的轮毂电机企业有英国的Protean电机公司、加拿大的TM4公司、著名的轮胎生产商米其林公司和日本的普利司通公司,他们的轮毂电机都曾有过亮相。

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2008年巴黎车展,概念版四轮驱动跑车“Ventu-ri Volage”亮相,该跑车使用了米其林的“主动轮”技术;2010年广州车展,广汽集团展出了基于阿尔法罗密欧166底盘打造的传祺纯电动汽车,该车两个后轮采用轮毂电机驱动;2011年上海车展,奇瑞汽车展示了336V轮毂电机的瑞麒XI-EV纯电动汽车;2013年,福特汽车展示了一款以福特嘉年华为基础开发的e-WheelDrive轮毂电机驱动汽车。

在今年的北京车展上,北汽集团新技术研究院副院长荣辉对记者说:“如果时间足够的话,我们要把这四辆无人驾驶汽车都换成轮毂电机驱动。轮毂电机一定是未来的发展方向。”

清华大学教授连小珉认为,簧下质量对整车性能的影响确实存在,随着技术的不断进步,电动汽车将逐步轻量化,轮毂电机技术也将不断进步。只要簧上和簧下质量保持适当的比例,对整车性能就不会有太大影响。

 

轮毂电机技术诞生已有相当长的时间,直到今天仍然停留在概念车阶段,还没有一家企业大规模量产,记者也没有听说哪家整车企业有具体的量产时间表。徐向阳说:“未来10年之内,电机+变速器仍然是主流的驱动方式。”

记者也了解到,世界著名的零部件企业博世公司已认识到双电机双变速器驱动系统的优势,正在加紧研发这套系统。

轮毂电机与双电机双变速器,一个被看作具有突破性的技术,另一个是对现有技术的再认识和改进,在未来的驱动方式竞争中,谁能执牛耳?时间会告诉我们答案。

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