从电动大巴看比亚迪电动四驱技术的应用

列宁格勒

电池系统与传动系统对于电动汽车而言,都是至关重要的核心部件。目前在国内市场上已经有比亚迪e6、北汽150EV等小型电动汽车销售和运营,而大型电动巴士K9更是远销海外多国。无论是大巴还是小型车,这些电动汽车都是基于前轮或后轮驱动。

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传统汽车发动机舱:发动机通过变速器将动力通过传动轴输出。续航里程养护勤务性较电动汽车有着明显优势,但排放水平对环境的污染更大。

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电动汽车发动机舱:电动机连接减速机将动力通过传动轴输出。第一代e6在续航里程、成本、综合质量领先国内其他电动车,但充电时间较长是其短板。

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第二代e6在保留了第一代e6的300公里续航里程优势外,更将充电时间缩短为1.5小时。

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电动大巴轮边减速电机驱动桥总成,完全替代了“传统”的电动机和减速器驱动解决方案。

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比亚迪K9大巴匹配低地板技术的轮边电机带减速桥简图

根据技术级别由低向高来看,比亚迪的e6、北汽150EV都属于前轮驱动的电动汽车。电动机在车辆前部横直置,连接到减速机并通过传动轴将动力传递给车轮,驱动车辆前进。这样结构与采用传统汽油机的小型汽车相似。这样设计可结合电动汽车零排放的优势,兼备传统汽车驱动系统的成熟技术,将研发风险降低,快速形成量产和利润。但是因较为落后的传统技术影响了先进的电驱动技术的最大效能的发挥。

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电动大巴K9的驱动桥采用空气悬架

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减速器与轮边电机以及盘式制动分泵的驱动总成特写

技术级别更高一些的则是采用轮边减速系统与轮毂电机整合在一起的动力解决方案。如目前正在量产的K9系列电动大巴。采用轮边电机集成减速的驱动系统的后轮驱动设定。这样的好处则是将电动机与减速器融入到驱动桥上,采用刚性连接、减少高压电器数量和动力传输线路长度。优化后的驱动系统可降低车身高度、提高承载量、提升有效空间,增加公交运营性价比。但是不足的是轮边减速系统的可靠性,电动机小型化需要大量的研发投入,技术提升成本更高。从目前得到的信息来看,采用这一电驱动技术的K9大巴出口欧洲数个国家并在美国建厂。

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K9的轮边电机与减速器的横截面特写:可看到减速器齿轮以及轮毂内部的轴承

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整套驱动系统的核心:轮边电机

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第一台量产版轮边电机参数:最大功率90千瓦(122马力)、最大转速7500rpm、工作电压640V。

在研发上,匹配轮边电机的减速器通过三至四组齿轮(包括重要的行星齿轮)顺势将驱动力减速到正常范围(电动机转速在正常状态下可达到7000-12000rpm,通过减速器将及电动机的高转速减速到500-5000rpm不等)。这就要求减速齿轮的质量、减速器与轮边电机的加工精度以及设计可靠性都要达到一定高度。

在笔者看来,K9大巴在海外成功运营,意味着轮边电机带减速器技术的驱动桥已经十分成熟。如果在现有技术基础上,将K9的驱动桥增加转向系统,对全车电传控制系统、车身结构稍加调整,就意味着一套电动四驱系统初具雏形。

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因为研发风险成本控制等问题,国内外很多民用车厂已经研发出混合四驱技术。采用传统内燃机和电动机的混合动力前轮驱动平台,加入采用电池推进的后轮驱动技术。形成了所谓的四驱平台。但这样的驱动平台优缺点并存。

优点:日常行驶中采用前轮驱动,在必要时加入后轮驱动来提高通过性和车身控制能力。

缺点:系统过于复杂。传统发动机、电动机、减速系统、电池组件、电池控制系统以及附加高压动力线路较传统的机械式四驱(包括电子四驱)平台更加复杂,最终导致车量自重增加、子系统增加、车辆稳定性降低。而最为重要的是车辆制造成本会直线上升,性价比远远低于传统四驱平台。

电动四驱技术的应用可有效避免以上的问题出现,采用几乎相同的四套轮边电机和减速器、一套电池管理系统、电池组件若干必要线路既可以完成最简单的电动四驱平台的搭建。但是这一切都是以成熟的电电动系统(包括电池和管理软件)和轮边电机总成(包括加速器)为前提。

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2011年晚些时候奔驰的改装商BRABUS就推出了一款纯电动四驱奔驰E级。采用4台轮边电机(包括减速器)为核心,以电池为动力的四驱平台。

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德国莱茵金属公司研制出的一款混合动力军用轮式战车。厂家代号为GeFaS系统。采用柴油机为电动机提供动力、转化为电力、通过线束传输给四个车轮上的轮毂电机,传递的驱动力可以在不同情况下以两驱或四驱形式工作。在军事应用上电动四驱技术可有效地降低传统四驱车辆产生的噪音和热辐射,更可有效减少因机械部件的磨损带来的战损。当然最先进的技术往往都最先应用在军事上。在中国电动汽车以及电动四驱技术的优势已经被重视,其产品也在有条不紊的进行研发和测试。

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“秦”的研发将比亚迪采用了性能更高些的电池组件、以及新型电动机和传动系统。但是将会采用小型化的轮边电机作为“唐”测试版。与戴姆勒合作研发的滕氏则是比亚迪将尖端电动推进技术与先进的管理经验合二为一的产物,旨在为日后自主车型的制造提供更加精准的质量管控体系。

2013年5月早些时候比亚迪在推出一台2.0Ti发动机的同时,采用电控多片式四驱系统也正式亮相。这就意味着比亚迪在四驱系统的研发中迈出了第一步。这套四驱系统或将装备2014年上市的S7(SUV车型S6的加强版)。而电动四驱技术已经在位于深圳的研发中心展开。在前文中笔者提到的奔驰BRABUS生产的E系列电动四驱轿车已经具备量产能力,但是在价位上将不是普通民众所能承受。据笔者所得到的信息研判,比亚迪在开发出e6(前轮驱动电动轿车)K9(后轮驱动电动大巴)同时,已经对日后电动四驱系统所必须的轮边电机(带加速器)小型化进行了测试。在比亚迪的产品序列中,F3DM、“秦”作为混动车系投产势在必行。e6(包括第一代,第二代)、K9则是成熟电动车系开始赚取市场利润。而集成了来自比亚迪最尖端电池动力、电动四驱技术和来自与戴姆勒合资公司质量管控的“唐”将会在2015年投产。

通过研判比亚迪对电动汽车各项技术的研发,以及匹配到各款车型的轨迹,或许可以整理出这家从不按常规出牌的民营车厂的最终战略意图了。使用传统汽车获取高额利润、混动汽车抢占行业制高点、电动汽车拿下前沿技术话语权。也许在2年后使用成熟的电动四驱技术非民用车型将会亮相。3年后或有选择的将电动四驱技术应用到SUV产品线上。

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