重型混合动力商用车的发展与研究

□文/张佩（武汉理工大学）

引言

一般而言，商用车种类包括轻型商用车、重卡车、巴士/客运等3大类。重型商用车由于具有运输效率高、运输成本低的特点，逐渐成为公路运输的宠儿。我国的重型商用车市场从进入新世纪以来，取得了突飞猛进的发展，销售业绩基本上是一路走高，增长迅速，年均增长幅度高达70%左右，2008年的销售量是2000年的销售量的6.57倍，重型商用车的生产与开发成为国内载货汽车生产厂家竞争的焦点。而随着国际油价不断上涨，以及中重型车将在2010年实行国Ⅳ排放标准，重型商用车的发展也受到了高油价、高排放标准的限制。商用车厂家也已开始致力于改善油耗、降低排放，亦开始进行电动化发展。

从混合动力、纯电动、燃料电池3种动力型态来看，以混合动力商用车技术最为成熟，其增加的成本最少，能够最先达到量产目标。事实上，混合动力型巴士及轻卡车已进入市场一段时间，但因成本远较传统车高，使其市场渗透率仍相当低。根据ABI research统计，2008年全球混合动力商用车产量不到9000辆，占总轻型商用车新车市场不到1%。目前以北美市场应用最多，成长最快，主要消费群以车队为大宗。包括城市交通运输公司、出租车公司、物流公司（如FedEx、UPS等）、甚至码头短程载货卡车等。由于看好中/重型卡车的电动化趋势，NextGen Research估计2013年之前北美地区的混合动力（中/重型）将大幅成长到2.7万辆，年复合成长率高达25.6%。

１ 国外重型混合动力商用车发展现状

由于燃油价格高，欧洲运输工业的绿色浪潮正滚滚而来，尽管高效、环保的动力技术成本昂贵，但用户却对这些技术产生兴趣，欧洲的卡车制造商也纷纷迎合这一趋势。在第62届汉诺威商用车展上，德国奔驰和曼、瑞典沃尔沃、日本日产等企业都展出了重型商用混合动力车型。１．１ 戴姆勒重型混合动力商用车发展现状

为了加快混合动力技术在商用车上使用的步伐，将混合动力广泛应用于城市客车、卡车等，2008年8月，戴姆勒与其子公司日本三菱扶桑在川崎成立了一家新的全球混合动力卡车研发中心，成为全球最大的商用车混合动力系统研究机构。

采用三菱扶桑EcoHybrid混合动力的Canter轻型货车已实现量产，目前在日本街道上大约运行着2000辆这种Canter 货车。Canter混合动力系统采用单轴并联结构，其驱动系统组成如图1所示，由柴油机、离合器、电机、变速器、电池、逆变器和动力控制单元组成。电机为新型永磁电机，安装在离合器与变速器之间。

•

戴姆勒公司将这种先进的混合动力技术移植到了欧洲。戴姆勒公司将Canter货车上的这套驱动系统应用到车辆总质量为7.5t的梅赛德斯Atego货车上，它保留了原先的

重型混合动力商用车的

发展与研究

２０１０．１．　ＨＥＡＶＹ　ＴＲＵＣＫ《重型汽车》9

《重型汽车》ＨＥＡＶＹ　ＴＲＵＣＫ　２０１０．１．

10

汽车研究

92kW （125Ps ）柴油机。不过，在该吨位货车上应用这套混合动力系统，自质量控制是个难题：电池组约87.5kg ，还要考虑附加的电机和冷却系统的质量。因此，需采用紧凑型柴油机。此外，戴姆勒结合欧洲的柴油机技术和美国伊顿公司的混合动力组件在12t 的Atego 货车上应用了美国福莱纳混合动力技术。为提升有效载质量，该款总质量为12t 的Atego 货车选用了质量相对较小的4缸OM924LA 发动机，其最大功率为160kW(218Ps)，最大转矩810Nm ，配以输出功率44kW 、输出转矩420Nm 的电机，整个混合动力系统的输出功率与原型车水平相当。此混合动力车型已在2008年完成实际运行试验，即将实现量产。

沃尔沃集团目前正广泛推广应用于公交车、卡车和建设设备的第四代混合动力解决方案。沃尔沃集团的第四代混合动力技术以适应性平台解决方案为基础，其中包含大量标准组件。适应性平台解决方案的好处在于它可以用于各种不同产品，适应各种用途，这样就进一步提高了产量，降低了生产成本，为技术的推广创造了可能性。这项技术也在第一时间应用于沃尔沃的重型商用车。

在第62届汉诺威商用车展上，沃尔沃展出了世界上首辆重型混合动力垃圾卡车—Volvo FE Hybrid 。该车于2008年4月首次亮相，是Renova 和RagnSells 两家垃圾收集公司在瑞典测试的两辆混合动力垃圾车之一。与其他同类卡车相比，沃尔沃卡车应用了最新的沃尔沃第四代混合动力技术，节省燃料20%，并相应减少二氧化碳排放。此外，混合动力垃圾卡车使用电动机提供动力过程中完全不会产生尾气，而且噪音极低。垃圾卡车通常是一大早就在密集的城市中心穿梭，因此，这些特征对垃圾卡车而言至关重要。沃尔沃公司已于2009年开始批量生产混合动力车型。

Volvo FE Hybrid 总重为26t ，采用单轴并联结构，其驱动系统由柴油机、离合器、自动机械变速器、一体化启动机/交流电机（I-SAM ）、电池、逆变器和动力管理单元（PMU ）组成，如图4所示。其中I-SAM 为一个永磁电机，是该混合动力系统的一项重要的设计，既可作为电动机驱动车辆行驶，也可作为发电机给电池充电。I-SAM 与自动机械变速器（亦由Volvo 集团开发）协作工作，是一个实现制动产生的能量为传统柴油发动机电池充电的控制机构。PMU 是整个驱动系统的关键部件，它控制着电动机和柴油机的功率输出，变速器换档策略和电池充放电过程。当卡车启动和车速≤20km/h 时，整车完全由电机驱动，此时不会产生任何尾气，而且噪音也极低。当车辆减速制动时，制动能量逆向存入蓄电池，不会造成能量的损失。

１．３ 伊顿重型混合动力商用车发展现状

在2008年第62届汉诺威车展上，戴姆勒公司的梅赛德斯-奔驰Axor Hybrid 概念车在全球首次亮相。Axor 为用于长途运输的混合动力卡车，它采用并联方式，车重只增加了155kg ，根据不同的路况和驾驶习惯可以达到节油4%～10%的效果。

１．２ 沃尔沃重型混合动力商用车发展现状

Ｑｉｃｈｅｙａｎｊｉ

ｕ