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伊顿四速手自一体变速箱专为电动车设计。（SAE/Matt Wolfe）
伊顿和BAE系统公司（BAE Systems）合作研发了一款配备BAE电子组件和伊顿四速变速箱的电动动力总成。
长期以来，OEM一直大力宣传纯电动车无需使用变速箱等部件，因为电机提供了足够的瞬时扭矩，不再需要使用其他设备在选定减速比的基础上提供更多的扭矩增益。然而，汽车行业发现这一概念在特定的应用场景中存在局限性。
在连续坡道或高速公路上运载重物时，纯电动车的直驱电机的效率和续航里程可能会迅速降低。虽然可以通过增加电池和电机尺寸来提升负载能力，但这会增加车辆的成本和重量，导致问题变得更加严重。
为解决这一问题，伊顿和BAE系统公司共同研发了一种解决方案，该方案不仅为纯电动卡车提供了更大的灵活性，还可以使用尺寸较小电池组和电机，并同时实现与同等燃油卡车相当的性能。
SAE受邀参加了伊顿与BAE的合作成果展示会暨试驾活动。在此次活动中，我们亲自驾驶了测试卡车，并了解了所有系统是如何协作以降低整体复杂性的。此次并非伊顿首次为重型卡车搭载变速箱。几年前，公司就成立了一个专门负责开发电动车组件和系统的电动动力总成部门。该部门的产品总监Justin Hopkins表示，“我们主要开发电动动力总成的机械部件，例如差速器、减速齿轮和传动系统等。”BAE系统公司是伊顿的动力总成电气组件合作伙伴，负责为后者提供电机、逆变器和电力电子设备。BAE系统公司业务发展与战略总监Tom Webb简要介绍了公司对电动卡车市场发展现状的看法，以及在卡车和商用车行业中电动车普及率最高的细分领域。Webb指出，“在客车、校车和物料搬运车等市场细分领域，电动车的市场份额正在显著增长。这可能是因为前两个领域推出了相关激励措施，而后一个领域已经形成了可持续的经济效益。以上领域的占空比都很适合纯电动车，但目前某些细分市场的基础设施尚未建设到位。显然，汽车电气化还面临诸多挑战，并非所有市场都已经做好转型准备，但某些细分市场已经接近这一目标了。”“根据经验，市场最终都将趋于整合和简化。目前卡车行业引入了大量新技术，许多OEM都竞相推出产品以抢占市场，这些产品往往包含大量模块、线缆和连接件的高度零散的架构。虽然这一做法确实令产品实现了电气化，但可能并不是最佳的解决方案。”伊顿、BAE的测试卡车虽然尚未投入生产，但与许多原型车相比，看起来更接近于可上路的产品。（SAE/Matt Wolfe）Webb总结，“许多部件都可能出现故障，不仅会增加成本和复杂性，还会增加制造难度。我们尽可能集成和应用多种先进的商业化材料技术，以提高产品散热性能和工作效率，从而简化产品的制造、安装和服务过程。”
Hopkins详细说明了为何将变速箱集成至电动动力总成中可以提升设计灵活性和整体性能。他说：“在交通运输领域，大部分客车的行驶速度都不超过45英里/小时（72公里/小时），只有一些客车可能需要攀爬陡坡（如旧金山的坡道）。但对卡车而言，变速箱的作用非常大，因为你必须能够以 70英里/小时（112公里/小时）的速度行驶，而且还要爬一些很高的坡度。因此，我们马上意识到变速箱在该领域比直驱结构具有更大优势。”此外，变速箱还有助于缩小电机和电力电子设备的尺寸。Hopkins指出，“卡车市场享受的补贴很少，因此更注重总拥有成本（TCO），而且对成本十分敏感。要兼顾成本和出色的启动性能，就必须考虑一个问题，‘卡车在满载启动时能够攀爬的最大坡度是多少？’此外，还要综合考虑巡航效率。”Hopkins指出，“直驱结构很难实现这一目标，因为这要求电机做两件截然不同的事：以极高效率高速运转，或是在低速运行时产生大量低扭。但如果有了能提供多档变速的变速箱，事情就变得简单多了。你可以采用无需极高扭矩的标准电机，而且还可以通过进一步优化，使其在更加适中的速度下运行，以达到电机的最佳效率点。”“电机效率图上的峰值效率区间比内燃机的最佳效率点宽广得多。但我们还是需要优化电机的峰值效率，以实现最大续航里程。因此，如果要同时满足这两方面的要求，变速箱就会非常有用。”伊顿电动动力总成产品总监Justin Hopkins说：“通过引入变速箱，可以减轻整体重量，降低整体电机成本。”（SAE/Matt Wolfe）Hopkins还解释了为何集成变速箱可以降低电动动力总成的整体成本。他指出，“铜的价格昂贵，而各种电机使用的稀土金属更加昂贵。此外，随着电机尺寸的增加，其重量也会增加。通过集成变速箱，可以减轻整体重量并降低电机总成本。”伊顿集成到测试卡车上的变速箱只有四个档位，这比常见内燃机卡车和轻型车辆的档位数量要少得多。Hopkins解释道，“因为电机的运行范围比发动机广得多，因此无需那么多档位。总之，我们已经找到了满足市场需求的最佳解决方案。”
伊顿变速器和BAE系统的测试平台是一辆Freightliner M2。（SAE/Matt Wolfe）伊顿变速箱的测试平台是用2018款Freightliner（福莱纳）M2双排座驾驶室改装的，并配备了一个齿轮比为3.9:1的Meritor（美驰）后桥。虽然这辆测试车最初使用液体燃料（而非电力）作为动力，但其动力总成的整体改装和集成过程却非常简单。Webb指出，“你可能发现，各种展会上展示的许多第一代电动卡车都有大量部件。这些卡车通常采用高度零散的架构，因此如果将化石燃料换成电力，就需要为所有这些部件供电。因此，我们构建了一个集成多种功能的六合一架构。”伊顿和BAE测试卡车“引擎”盖下的一瞥。（SAE/Matt Wolfe）实际上，由于该测试卡车的安装过程非常简单，它看起来更像一辆量产车而不是一个“实验室”。Webb指出，“我们的系统是高度集成的模块化解决方案，每个功能模块都可以组合或移除，因此我们可根据需要扩展或减少功能。我们希望该系统可以在不同平台和不同占空比下运行，以避免频繁返工或从头开始研发。”Webb继续说，“这样一来，一个核心模块就可以服务于多个市场，这不仅提升了所有核心功能的通用性，还降低了非重复性工程成本（NRE），从而使OEM和最终用户都能受益。考虑到平台电气化成本高昂，通用性核心功能将惠及整个行业。”
在密歇根州马歇尔镇的伊顿试验场，SAE受邀试驾伊顿与BAE共同研发的测试车。该测试场设有一个椭圆形测试跑道、一个越野场地，以及几个坡度在5%-25%之间的铺装和非铺装坡道。正如Hopkins所述，当测试车在平坦路面以较低速度行驶时，变速箱确实不会频繁换挡。然而，在行驶速度超过62英里/小时（100公里/小时）时，变速箱会切换到第四档。即使在车辆后部有负载的情况下，它依然能像直驱电机一样运转。我们还驾驶卡车攀爬了多个坡道，这一过程展示了卡车的爬坡能力。该卡车的动力总成配备了坡道保持功能，其工作原理与燃油车非常相似。即使在坡度高达25%的路段，驾驶员松开电门后，卡车也可以在短时间内保持在原位不动，然后才会缓慢下滑。陡坡测试也让我们有机会看到，当卡车爬坡需要更大扭矩时，变速箱具有怎样的换挡逻辑。与燃油车一样，卡车通常不会在全力加速时发出降档指令，但如果驾驶员感觉卡车正在陡坡上减速，可以在车速降至足够低时稍微松开电门，这样变速箱就会切换到第一档，卡车就会继续爬坡。在伊顿试验场特意建造的土路上进行坡道测试时，该卡车也展现出稳定的性能，没有出现尘土飞扬的情况。不过，由于车辆在完全停止的状态下也能将扭矩拉满，因此即使挂在一档上，开足马力仍会令车轮在低摩擦系数路面上打滑。但这辆原型车的电门经过了精心校准，因此后轮打滑不会引起严重的扬尘。
伊顿和BAE系统公司合作开发的解决方案令人印象深刻。这两家公司通过将变速箱重新整合至纯电动车的动力总成中，成功解决了当前纯电动车面临的主要挑战——提升电动动力总成在卡车应用中的灵活性，并同时降低电机和电池组的总重量。其实在伊顿和BAE系统公司之前，已有公司尝试在纯电动卡车中搭载变速箱。例如，沃尔沃也在其VNR Electric上配备了双速变速箱。然而，伊顿和BAE系统公司的解决方案表明，配备变速箱不仅可以提高电动动力总成的操作灵活性，还能显著简化安装过程和整体架构，同时提供车队运营商所需的必要性能。![]()
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