新能源专用汽车上装电动化发展现状及趋势分析

摘要：上装系统是专用汽车的重要组成部分，其工作能耗、经济性和舒适性在专用汽车整车中具有重要影响。为此，介绍了国内外专用汽车上装电动化的发展方向和特点，并提出了上装电动化的技术路线和发展趋势，以期提高专用汽车上装电动化水平，实现新能源专用汽车整车的零碳运营。

关键词：专用汽车；上装电动化；新能源

中图分类号：U469 收稿日期：2024-09-01

DOI：10 19999/j cnki 1004-0226.2024.11.001

1 前言

近几年，新能源商用车在电动化浪潮下实现了快速发展。据统计，2023年新能源商用车销量约为22万辆，已覆盖物流运输、市政环卫、工程建筑、应急保障等多个应用场景[1]，各大主机厂都在积极布局新能源专用汽车。

新能源专用汽车一般由新能源底盘和专用汽车上装组成，近几年，随着车辆电池、电机、电控等核心部件的发展，新能源专用汽车底盘愈加成熟，而专用汽车上装的电动化水平相对比较滞后。

目前，专用汽车上装作为一个独立的模块，对整车的工作能耗、经济性、舒适度等指标有较大的影响。同时，随着法规对整车排放、能耗的要求日益严格，推行专用汽车上装的电动化势在必行，对新能源专用汽车行业发展具有重要意义。2023年新能源专用汽车主要应用场景及销量分布如表1所示。

2 国内外上装电动化发展现状

美国特雷克斯（TEREX）公司推出了一款集成化的取力器系统HyPower Smart PTO，该系统集成了动力电池、电机、逆变器、控制器、液压泵和散热器，电池容量最大可达28.8 kW，液压输出流量最大为78 LPM，液压系统压力最大为275 kPa，并提供了标准化的液压、充电和通信接口。其亮点是集成了动力电池，可以应用在传统燃油底盘领域，代替机械取力器，可实现液压动力按需输出，有效解决发动机怠速排放和定排量液压系统功率浪费等问题。目前该装置已在TEREX公司生产的高空作业车上实现了应用[2]。

德国采埃孚（ZF）公司针对电动卡车平台推出了eWorX取力器模组，其具有标称功率50 kW的电动机、逆变器和带有特定应用软件控制单元以及冷却系统和液压泵，通过CAN接口与底盘和上装系统通信[3]。该系统不仅实现了零排放，还显著降低噪声水平，使得商用车更适合在城市运行。奔驰eActros电动卡车适配了eWorX，并在2022德国环博会（IFAT2022）上首次亮相。ZF公司eWorX取力器模组架构如图1所示。

美国Trezo Power Systems公司推出了一款智能液压系统Hydrapulse-EHPU。该系统是一个完整的电动液压系统，其特点是具有200 VDC～800 DC高压电输入接口，可直接在纯电和混合动力车型上使用，并且具有CAN/J1939通信功能，其液压系统是由永磁电机驱动的负载敏感系统。这种集成化系统可移除液压系统90%以上常见组件，改善车辆或机器的尺寸、重量和复杂性，并显著帮助排除故障，具有可维护性和可控性。目前，该公司的系列化产品输出功率涵盖2.5～90 kW，应用于市政车辆、矿山和工程机械。图2为EHPU系统连接图。

国内的一些专用汽车主机厂及系统零部件企业在上装电动化领域也进行了研究，并有产品推广面市。

市政环卫领域是新能源专用汽车最早、最广泛的应用领域，中联、宇通等专用汽车主机厂推出全新的新能源环卫装备，以纯电动洗扫车为例，上装实现了风机、高压水泵、液压油泵全电动化驱动，相比燃油车，单车一年可减少碳排放约18.5 t，运营成本降低60%。且上装搭载域控制器、AI智能分析设施等，实现环卫车运行智能化、数据化。

工程建筑领域，2023年华菱星马发布了新款电动化上装搅拌车，采用“油驱底盘+电驱搅拌”的运作模式，其底盘和上装分离为两个独立系统，上装可以独立完成发电、充电、放电以及驱动罐体的工作。整车采用一体化设计，底盘发动机直连上装发电机。该上装能够提升整车5%的续航里程，同时节省燃料费用约5万元[4]，实现了较好的节能和经济效果。搅拌车电动上装系统如图3所示。

3 上装电动化技术路线

3.1 油驱底盘+电动上装

传统燃油底盘因无法提供上装电动化所需的电能，可采用“油驱底盘+电动上装”的技术路线，快速实现电动化。电能按照上装的运行工况和需求加装独立的上装动力电池模组。还可以增加备用发电系统，底盘发动机直连上装发电机，在上装动力电池低于阈值时快速高效补充电能。该技术路线实现了上装动力和底盘发动机动力解耦，使底盘专注于车辆行驶。

3.2 电驱底盘+电驱上装

电动底盘实现上装电动化的优势在于底盘具有丰富的电能和补能方式，且可以根据需求对上装进行分配和管理。专用汽车电动底盘一般在底盘高压配电模块（PDU）预留上装高压配电接口，在低压端增加上装开关，作为整车控制器VCU的信号输入，VCU控制高压上装继电器闭合，上装实现供电。

3.3 上装执行机构电动化

新能源电机技术的发展给上装执行器带来了新的电动化方案，同一上装可能需要多种执行器，在设计时应深度考虑执行器电动化方案及其带来的优势。

图4所示为盘式电机驱动洗扫车风机总成。盘式电机因为轴向尺寸短、功率密度大等优点可以广泛用于上装风机、水泵、空压机等部件，机器设计的集成化能够有效降低重量、空间占用率，提高驱动效率。同时，电机具有较好的转矩-转速特性，能够在低速时提供大扭矩快速启动，给上装功能控制带来新的创新点。在一些负载压力不大，且空间局限的执行器上，选择电动推杆替代油缸，可以节约液压管线和阀的使用，且控制方式更加便捷。

4 上装电动化发展趋势

4.1 底盘上装一体化设计

一直以来，专用汽车上装作为独立系统由专用汽车企业设计、制造，最后搭载在二类底盘上完成整车。这种模式的弊端是不能从整车角度进行功能定义和接口设计，虽然有一些专用底盘的出现，但是其一体化设计程度远不能满足市场需求。

在电动化时代，一体化设计的需求和优势会突出显现，可以从以下几个方向对一体化设计进行研究：

a.定义整车的电气架构，合理规划上装取电、用电和网络接口，上装控制器作为整车车身域下的一个节点，将上装关键参数纳入整车参数管理。

b.显控一体化设计，将上装控制屏与底盘驾驶室中控屏集成，实现显示和操作共享，提高人性化、可靠性水平。

c.结构一体化设计，底盘和上装一体化受力分析、结构拓扑优化，实现轻量化和底盘轻度改装。

4.2 上装动力系统混合架构

在电动化时代，分布式电液驱动将成为未来上装电动化的一个主要方向[5]，上装动力不再仅仅依靠内燃机液压动力。随着电液泵和ePTO等智能化器件的应用，上装系统即将迎来新的变革：

a.能够实现上装动力与需求的精准匹配，大幅降低系统压力及流量损失，提高能量利用效率。

b.将动力部件在空间上接近执行机构或与执行机构集成，减少液压部件和管路数量。

c.取代传统基于内燃机的机械式取力器，减少车辆怠速等待造成的能源浪费。

5 结语

目前，受限于电池容量，底盘电池组会侵占上装空间和整车重量，限制了部分电动底盘专用汽车的发展。随着燃料电池、固态电池等新类型的出现，储能和换电等模式日益丰富，整车电动化的应用场景会越来越多，实现整车零碳运营。

上装电动化带来的节能性、经济性和舒适性是传统上装不可比拟的，它是实现智能化、网联化的基础。因此，发展专用汽车上装电动化是必然趋势，对新能源专用汽车的发展具有重要意义。

参考文献：

[1]胡璐.2023年我国新能源专用汽车行业发展现状及趋势分析[J].专用汽车，2024（3）：22-24.

[2]叶森森.Terex推出Hypower混合动力多功能卡车[J].工程机械，2012，43（9）：71-73.

[3]冷鲁粤.采埃孚联合奔驰推出电动卡车取力模块eWorX[J].商用汽车，2022（6）：83.

[4]拂晓.星马电动化上装搅拌车荣获第2届中国商用车创新奖-创新技术奖[J].商用汽车，2023（1）：28-29.

[5]张婷婷.电动化时代的高速液压泵技术趋势与挑战——据浙江大学专家徐兵报告录音整理[J].液压气动与密封，2022，42（3）：103-107.

作者简介：

邴玉龙，男，1988年生，工程师，研究方向为专用汽车和底盘上装一体化。