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从电机到高度集成 商用车电机1-4代如何划分?

从电机到高度集成 商用车电机1-4代如何划分?

霍景春

2023-09-21

随着车辆的新能源化发展进程,组成车辆的零部件从过去的分散式向集中式演变。根据布局的不同,其实可以将布局方案大致的划分为两个阶段。

第一是以电机替代发动机为主的分散式布局;

第二是高度集成化的电驱桥作为动力总成。

从电机到高度集成 商用车电机1-4代如何划分?

文|霍景春

图|霍景春

目前,业内并没有严格意义上的产品划分,但是每个厂家也会按照自己的产品研发进度对其进行梳理。前几天,我们走访了法士特松正,它们的产品规划大致可以分为4个阶段,分别是:

1、单纯的电机

2、小型化的电机+减速机

3、电控与小型化的电机+减速机合为一体

4、电驱桥

他们的产品划代,也是中国商用车纯电产品动力总成的“发展史”。

第一代:

单纯的电机时代

汽车的电动化,最早的时候基本上都是以油改电的形式出现,乘用车是如此,商用车也是如此。其原理就是将过去产生动力的发动机用电机进行替代,过去的燃料箱用电池包作为替代。

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法士特松正扁线电机,型号:375-2400

在这个阶段,车辆其余组件的变化微乎其微,从车辆的动力总成部分而言,只是将过去提供动力的发动机换成了电动机,对于变速箱、传动轴以及后桥等组件并没有进行更改。

所以在这个阶段,市面上大多数的纯电动车型动力总成的布局是电动机+变速箱+传动轴+后桥组成。对于纯电动零部件厂商而言,他们只需要为用户提供可靠的电动机即可。

这一阶段对于电动机的要求是:

1、转速和原来的发动机差异较小;

2、电动机的扭矩需要强悍一些;

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电动机扁线特写

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所以我们可以很明显的发现,在一些油改电的车辆产品上,基本上都采用这种电机来替代发动机。法士特松正目前也为一些车企提供此类产品,区别于圆线绕组,他们的产品绕组采用扁线,更高的槽满率在体积、效率上相对于圆线电机要更高一些,这一阶段他们所提供的电机峰值转速为3500转/分钟,峰值扭矩为2400牛米。
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这个阶段的产品,可以让整车在不改变整体布局的情况之下实现纯电动化,但是也存在着几个问题:

1、电机的外观尺寸相对来说比较大;

2、高效率工作区相对来说比较窄;

3、电机的整体重量比较大;

4、需要用到更多的材料,比如硅钢片、绕组线材等。

第二代(二合一):

高速电机+减速机


如何让电机的高效率工作区间更宽一些,同时尺寸和重量进一步降低,从而留出更多的质量、空间布局其他的组件,从而提高车辆的续航能力,这是纯电动车型进一步考虑的问题,同时,也是零部件厂商需要考虑的问题。

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法士特松正二合一产品,型号:368-1200

法士特松正的第二代电机产品采用了高速电机+减速机的方式。

将过去峰值转速3500转/分钟,峰值扭矩为2400牛米的电机更换为体积更小的峰值转速7000转/分钟,峰值扭矩为1200牛米的高速(相对上一代产品而言)电机。

同时,和电机集成的减速机对电机的转速降低一半,将峰值7000转/分钟的转速降低到峰值3500转/分钟。根据功率的计算公式P=Mn/9550计算,在电机功率不变的前提下,转速降低一半,其扭矩也将提升一倍,既经过减速后的输出峰值扭矩为2400牛米。

通过这样的改变,我们可以发现相对于过去电机解决方案而言,这一代的产品变得更小、重量变得更轻、集成度更高,但是输出的功率相比,和第一代产品没有任何差异。

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而从整体的结构等分析来看:

1、由于转速相对第一代产品相对高一些,所以电机功率密度高,体积远小于功率普通的电机,可以有效的节约材料,降低成本;

2、高速电机转动的惯量相对来说比较小,动态的响应会更快一些;

3、外壳端口实现了原变速箱外壳的完美匹配,集成度更高。

第三代(三合一):

高速电机+减速机+电控系统

好了,到这里为止,电机完成了小型化和集成化,可以更加适应整车的装配。然而三电系统的布局依然是传统的形式,它们之间的连接需要通过粗壮的电缆。

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这种形式,用我们比较常见的AMT布局方式来看的话,可以称之为1.0版本,也就是模块化设计,这种设计的优点在于不改变原有基础零部件的前提下实现更为先进的功能,缺点是因为各个组件之间需要通过管线连接,需要在整车布局的时候考虑他们的位置、固定点等等,且在后期使用的过程当中也容易出现问题。
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法士特松正高集成三合一产品

AMT的2.0版本,也就是现在常用的形式一般为集成式,比如法士特的易行产品亦是如此。它将换档模块、TCU等组件集成到了变速箱的壳体上,没有了外漏的管线和组件,一方面可以降低整车布局设计的难点,另一方面也可以保证产品的可靠性。

法士特松正的第三代产品设计也是这种思路,它将电机、减速机、电控系统合三为一,实现了高度的集成化。

一方面,高度集成化之后整体的体积变小,方便整车的布局,同时也可以留出更多的空间来布局电池;

其次,控制器与电机进行集成布局之后,最大化的缩短了其线缆连接的距离,省成本的同时,还可以提高产品的可靠性;

最后,用于给电机、电控冷却的循环管路也可以实现最小路径和最合理的布局方式。

第四代:

电驱桥

1-3代的产品产品,传统意义上的动力总成部分的组件,比如变速箱、传动轴、车桥依然在油改电的车型上面依然存在,只是将发动机更换成了电动机。

如果过去的产品都是在基于油改电的基础上进行适应配套的话,那么到了第四代产品,就是完全按照纯电的开发角度来对整车进行设计和开发。

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法士特FS2EA480电驱桥总成

过去的机(发动机)、箱(变速箱)、桥(后桥),完全由电驱桥进行更替,省去了动力总成部分对于底盘空间的侵占,留出更多的空间来布局动力电池,从而提高车辆的整车续航里程。

从结构来看,电驱桥集成了电机、减速机、变速箱以及车桥,这样的布局有什么好处呢?

1、高度集成,占用空间小,方便纯电动车型进行电池的布局;

2、结构更加简单,省去了复杂的传动系统,传动效率得到进一步的提升,更加节能环保;

3、电驱桥与传统的后桥相比,可调节的速比范围更大,能实现较高的能量回馈,符合未来新能源车辆的发展。

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另外,重卡上的电驱桥还可以实现双电机驱动以及无动力中断,进一步提高车辆驱动力的同时,在一些重载的应用场景,还能够通过无动力中断的换档模式让车辆始终保持动力输出,提高车辆的使用效率。

总结:

通过上面的内容我们可以看出,新能源商用车常见的电驱动系统主要可以分为两种类型,分别是:

中央驱动布置形式:

中央驱动布置形式与传统汽车动力总成类似,以驱动电机+变速箱集成替代传统发动机和变速箱。

集成式电驱动桥:

可以将传统的驱动桥和电机、变速器集成在一起,占用的空间更小、自重更低,并且可以有效提升传动效率、增加车辆的续航里程。

对于车辆的驱动系统的新能源话,您还知道有哪种布局形式?不妨分享出来,我们共同探讨。

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