三一重工：工程车混动专用底盘动力系统

2024年11月27日，在第四届汽车智能底盘大会上，三一重工股份有限公司研究院副院长黄振扬指出，混合动力系统兼顾了燃油和纯电的优势，尤其在越野场景下表现出色。混合动力系统对于越野车的强适应性，源于其兼顾了燃油车的持续大功率输出和纯电动车的快速扭矩响应。在工程车领域，混合动力系统也展现了其优势，如并联混动结构带来的简单低成本、高可靠性。

在底盘控制方面，黄振扬强调了传统四驱底盘系统的优势，如发动机持续大功率输出、机械四驱的三把锁保证扭矩集中输出等。而纯电动车则通过快速扭矩响应和特殊功能，解决了部分脱困场景的问题。他认为，混合动力工程车底盘系统在未来仍有广阔的发展空间，需根据不同场景做到因景施策，以满足多样化的市场需求。

黄振扬｜三一重工股份有限公司 研究院副院长

以下为演讲内容整理:

混合动力系统的优势与越野性能

混合动力系统既不同于燃油动力系统，也不同于纯电动底盘系统，它巧妙地融合了两者的优势。众所周知，燃油车在智能化和无人驾驶方面存在短板，主要原因在于其发动机扭矩响应存在延迟，从气路到涡轮再到增压，整个过程中都可能导致动态扭矩响应问题。

图源:三一重工

相比之下，纯电动车的电机扭矩响应则非常迅速。因此，混合动力系统得以兼具燃油车和纯电动车的优点。那么，纯电动车存在哪些问题呢？对于工程车这一商用车范畴，其与乘用车中的越野车属性极为相似。对于越野，尤其是硬派越野车型，底盘的操控性、脱困能力、攀爬能力以及越野性能都至关重要。

以长城汽车为例，长城一直秉持传统四驱具备最强四驱能力的理念。2021年至2022年间，长城推出了坦克500这款硬派越野车型，包括城市版和越野版，并明确提出纯电越野不靠谱的观点。同时，我们也看到东风猛士、仰望等品牌依靠纯电或增程技术，以及强大的电驱动能力，成功打造出具有强大越野性能的产品。

我个人认为，越野这一概念相对复杂，不能简单地一概而论。总体而言，混合动力系统对于越野具有很强的适应性，它融合了燃油车和纯电动车的优势。燃油车的优势在于发动机的额定功率可以持续输出，且其机械四驱系统依靠三把锁，在极限工况下可以将所有扭矩集中在1-2个车轮上，这是传统四驱的显著优势。

然而，在越野车及工程车的越野场景中，扭矩响应同样至关重要。在相同的差速和轮间差速配置下，纯电动车的脱困能力并不逊色于传统动力车。因此，我们认为混合动力系统成功融合了传统动力和新能源动力的优势。

混合动力工程车的底盘系统与技术特点

这个底盘系统看似简单，实则采用了并联混动技术。并联混动中，发动机与电机之间、电机与变速箱之间各设有一个离合器。行业普遍的做法是在电机后增加一个多挡AMT变速箱，这主要是因为AT成本高昂，且DCT目前尚无大扭矩产品。因此，我们采用了手动挡结构。

图源:三一重工

从实际客户场景验证的效果来看，这种结构在脱困能力、稳定性和可靠性方面均表现出色。

在反复脱困的工地上，工程车与越野车面临相似的挑战，即离合器过热问题难以妥善解决，包括频繁换挡带来的问题。为此，我们采用了多种方法，如脱困模式。在脱困模式下，离合器快速闭合，虽然牺牲了一部分舒适性，但对于强越野和工程车客户来说是可以接受的。此外，我们还通过推迟换挡点来降低离合器两端的转速差，从而减少离合器过热的风险。

这样一套看似简单的系统实际上为客户带来了巨大的价值，它简单、低成本且可靠。然而，硬件结构的简化意味着软件需要更加复杂地考虑不同的场景和工况。因此，软件控制的设计并不简单。传统的混合动力控制策略是:在低速时采用纯电动驱动；在中高速时，发动机和电机根据效率和动力性要求合理分配扭矩。

三一混合动力的优势

我们所讨论的这套混动系统不仅在节油率和新能源政策补贴方面具有优势，其最大的挑战在于应对复杂多变的场景。工程车的应用场景非常广泛，如矿山、锂矿等。以江西宜春为例，被誉为亚洲锂都的该地区拥有大量锂矿，需要工程车上山拉运矿石。这其中包括铺装路面、非铺装路面、泥泞路面以及陡峭的坡道。针对不同的场景，我们需要制定不同的控制策略，以确保动力性和经济性的最优化。

图源:三一重工

例如，在满载上坡、满载下坡以及空载等不同线路下，控制策略都需要进行相应调整。在盘山公路上，由于路面起伏较多，控制策略同样需要有所不同。同时，我们还需要兼顾城市工况，如在上海等地进行基坑开挖和土方运输等复杂作业。

在工地基坑内，工程车需要缓慢拉出满载的土方，这是一个长时间重载爬坡的过程。而到了铺装路面，工程车又需要像乘用车一样在大街小巷进行运输。因此，其应用场景既具有乘用车的属性，又具有越野车的属性。

最后，我顺便提一下为什么纯电越野也有市场空间。其中一个重要原因是，在乘用车中，电机很少持续在最大扭矩输出。而对于强越野或工程车来说，由于车速较低、载重量高，且存在持续爬坡的过程，电机需要长时间工作在峰值功率状态。在这种情况下，纯电动车在低速大扭矩爬坡方面可能存在不足。而混合动力系统则能够弥补这一劣势，通过提高发动机效率、有效回收动能和势能来实现节油效果。

关于矿山、盘山公路及建筑工程车辆节油率的表现，这涉及到节油率的基本原理:在上坡时释放电能，下坡时回收电能。

先前我们提及了传统四驱底盘系统的优势，其特点在于发动机能够持续输出大功率和大扭矩。同时，机械四驱系统配备的三把锁确保了无论何种工况，无论是单边打滑还是后轮打滑，都能通过这三把锁将扭矩集中输出。配合越野车的L挡提高速比，车辆能够稳定而缓慢地从泥泞或极端困境中脱困。

纯电动车辆同样具备其独特优势。我最近观察到商用车领域，如宇通，展现了一种我之前在乘用车中未曾见过的脱困模式。通常，我们依赖三把锁、扭矩响应、防滑控制等技术来实现脱困，无论是机械差速锁还是电子差速锁自动分配动力。而宇通最近的技术中，引入了一种名为“悠车模式”的脱困方式，或许大家对此有所耳闻。当车辆发现前方无法通行时，会自动后退一段距离再向前冲刺，这是纯电动技术所带来的特殊功能。由于纯电动的扭矩响应极为迅速，这一特性若应用于燃油车，则可能导致车辆越陷越深，无法脱困。而纯电动车辆凭借其大扭矩快速响应的特性，通过开启“悠车模式”，成功解决了部分场景下的脱困问题。

然而，我们也必须指出，纯电动车辆在持续脱困过程中，电机容易发热，IGBT控制器可能会出现过流、过热等问题。同时，大多数电驱桥并未配备桥间差速锁功能，类似于全时四驱系统，在如炮弹坑等复杂场景下，其脱困能力可能受限。

实际上，在许多场景中，若将所有扭矩集中在一两个车轮上，往往会超出其附着能力。因此，在诸如沙漠等实际场景中，纯电动车辆的越野能力也毫不逊色。这一问题需辩证看待，究竟是机械四驱的适应面更广，还是纯电四驱在未来具有更大的发展前景？我认为，应根据不同场景制定相应策略，这是我在工程车领域工作后对越野有了新认识的结果。

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