吉林大学郑宏宇谈电驱动挂车与主挂一体化控制

2025年9月12日,在第五届智能商用车创新大会上,吉林大学汽车底盘集成与仿生全国重点实验室教授、博士生导师郑宏宇深入探讨了电驱动挂车平台开发与主挂一体化控制技术的前景。他指出,智能汽车的发展带动了智能底盘技术的快速迭代,而电动化作为智能化的优质载体,正推动底盘技术不断革新。商用车作为生产资料,其核心诉求在于降本增效,这促使底盘技术向智能化、电动化方向发展。此外,电驱动挂车通过动力化转型,不仅能延长续航里程,还能实现能源协同利用,成为行业新的增长点。

郑宏宇指出,主挂一体化控制技术是实现牵引车与挂车最优匹配的关键,它能显著提升车辆的综合性能,包括节能性、能量回收、动力性能及行车安全性等。当前,技术难点集中于主挂一体化控制策略开发及电子架构重构。同时,商用车领域的技术验证需求特殊,基于仿真和硬件在环平台的技术验证方案成为降低研发成本、优化控制策略的有效途径。

汽车底盘集成与仿生全国重点实验室的前身为汽车仿真与控制国家重点实验室。所研究的底盘为大底盘理念,范畴不局限于乘用车与商用车底盘领域,还涵盖基于仿生的设计、控制技术,以及全生命周期中包含数字孪生与数字汽车的管理等内容。

研究领域主要分为乘用车与商用车两大方向。在商用车方面,团队包括多名教授、副教授,长期投身于商用车研究,并与国内整车及零部件企业开展多项合作。所涉商用车遵循大商用车概念,涵盖重卡、客车、轻型车、特种车及农用车辆等。

特种车、农用车与商用车存在诸多相通之处,例如感知层面硬件可实现与重型商用车完全共享。农用机械、拖拉机等领域的智能化与电动化发展也值得关注,未来有广阔市场空间。

智能汽车的发展带动智能底盘热潮。智能化发展需要底盘支撑,电动化是智能化的优质载体,电控与智能技术相辅相成。国外受基础设施制约,电动商用车发展相对迟缓。尽管头部企业已开展研究,但充电设施缺乏限制了发展。

国内当前处于百家争鸣阶段。传统商用车厂商积极推进电动化转型,推出众多新能源车型。客车与工程机械领域头部企业也开发了新能源商用车,特别是重型商用车,销量在国内市场处于前列。

在智能商用车领域,用户群体复杂,终端使用者为驾驶员,但主导用户实为物流公司等。许多物流企业正积极投资造车新势力,实现技术与市场资源互补,在产品销售端具备竞争力。资本从白热化的乘用车市场转向商用车领域,当前市场竞争激烈。

商用车作为生产资料,核心诉求为降本增效,如减少人力投入、降低劳动强度、节省燃油消耗,归根结底是提升盈利能力。安全性由法规标准保障,经济性成为技术发展的关键考量因素,推动底盘技术革新,催生智能底盘概念。

随着AI技术发展,未来AI可能颠覆传统底盘开发模式。底盘开发涉及大量标定工作,未来有望通过智能化方法完成,减少人工干预甚至实现无人化操作。

当前车企关注焦点集中于牵引车领域。但牵引车需与挂车配合才能构成完整生产资料并产生经济效益。挂车市场庞大,但大多由不同企业独立制造,行业关注度不足。从市场销售额看,挂车市场不逊于牵引车市场。国外挂车数量约为牵引车三倍,国内两者数量大致相等,挂车稍多,说明国内挂车市场有广阔上升空间。

随着挂车电动化出现,主挂协同控制技术变得越来越重要。如何使牵引车与挂车实现更优匹配,提升整体运输效率,是行业未来重点突破方向。

挂车领域正探索动力化发展方向。挂车动力化优势显著:配备电池可延长整体续航里程;技术突破后,新能源牵引车与挂车可实现电能互补,能源协同利用。从运营成本分析,纯电动与混合动力是趋势,但内燃机牵引车仍占物流市场主导地位。若挂车电动化而牵引车保持内燃机驱动,“内燃机牵引车+电动挂车”组合可视为一种混合动力架构,实现现有内燃机牵引车运输过程中的节能减排。

在此背景下,电动挂车需解决与不同驱动类型牵引车的匹配问题,既要实现与内燃机牵引车的动力协同,也要支持混合动力系统集成,并具备与纯电动牵引车适配能力。这种多模式匹配特性将成为电动挂车及主挂一体化控制技术发展的关键考量因素。

行业普遍以全生命周期成本作为评估商用车经济性的核心指标,强调通过全周期成本优化实现降本增效,缓解新能源商用车售价高带来的市场接受度问题。

构建用户快速接受的市场模式成为关键。当前智能卡车市场采用租赁模式推广,解决智能辅助驾驶系统及感知设备成本高昂、直接销售难度大的问题。租赁方式实现供应商与使用方风险共担、利益共享,形成可持续商业模式。

挂车市场本身已形成成熟租赁体系,产品特性天然适配租赁运营模式。“即租即用”属性使电动化、智能化挂车能够无缝融入现有智能卡车与物流产业生态,为行业转型升级提供更具操作性的路径选择。

电驱动挂车具备动力输出优化、降低燃油消耗、提升经济性等优势。其电动化特性为系统设计增加控制自由度,可通过与制动系统协同匹配进行制动能量回收,同时提升安全性。在硬件成本增加的同时,需充分挖掘软件功能潜力,提升整车性价比和性能竞争力。

国外纯电动牵引车发展相对缓慢,但纯电动挂车领域快速发展,涌现出多家造车新势力。国内市场尚未出现专注电动挂车的新兴企业,该领域存在显著市场空间和发展机遇,具备成为行业新蓝海的潜力。

电驱桥技术不断成熟为电驱动挂车发展提供支撑。传统集中式电驱动构型面临空间占用大、安装布置困难等问题,电驱桥方案成为更优选择。

国内已有企业通过出口电驱挂车实现业务增长,典型模式是在挂车上集成电驱桥系统,预留标准化控制接口,针对扭矩、转速等参数开发适配性控制策略,将开放接口提供给国外终端用户进行二次开发。该模式降低海外客户技术适配门槛,为企业开拓国际市场提供新路径。

挂车通过技术升级已具备独立行走机构功能特性,但半挂车仍需依托牵引车支撑点实现牵引、驱动与转向协同运作。当前挂车已标配制动与悬架系统,新增驱动功能后,如何实现主车与挂车底盘各系统深度融合与一体化控制,形成“1+1>2”的协同效应,使组合车辆综合性能显著优于传统拼装式牵引挂车组合,将成为未来市场竞争的核心卖点。

主挂一体化控制的优势主要体现在节能性提升、能量回收、动力性能增强等方面。新增动力总成扩大性能边界。虽然电驱桥及控制器增加会推高初始购置成本,但从全生命周期成本及投资回收周期看仍具经济性优势。更重要的是,该技术可显著提升行车安全性,为智能辅助驾驶系统及主动安全控制提供可靠技术支撑,形成差异化竞争优势。

挂车本体结构设计难度较低,现有牵引车电驱动技术具备向挂车移植可行性。当前技术难点集中于主挂一体化控制策略开发,以及因挂车电子电气系统扩展引发的电子架构重构需求。轻量化设计成为关键约束条件——在整车载重上限固定前提下,电驱桥及电控系统增配会压缩有效载荷空间,对材料选型与结构优化提出更高要求。

在驱动系统选型方面,国内市场已形成电驱桥为主流方案的共识,其规模化应用优势显著,且能有效规避电池组布置与驱动系统干涉问题。出口车型也有采用轮边驱动方案,该技术集成差速、轮边转向及扭矩矢量控制功能,可突破传统挂车无主动转向能力局限,显著提升车辆机动性。

除驱动系统外,商用车领域迎来制动系统升级机遇。商用车线控制动技术早于乘用车实现量产应用,由于制动气压管路长导致制动延时,基于线控气压制动技术的制动系统EBS自20世纪90年代已批量装车,缩短制动响应时间并提升制动力控制精度。随着智能辅助驾驶发展,电子机械制动系统EMB逐步进入商用领域,虽对轮边空间要求高,但商用车具备安装空间优势。

商用车存在特殊技术验证需求。相较于乘用车可借助自媒体流量红利通过实车测试进行产品对比宣传,商用车因测试工况复杂、实验条件严苛,难以通过类似方式推广。牵引车与挂车匹配性验证涉及多场景、高负荷联合测试,若采用实车实验将面临成本高、周期长等限制。因此,基于仿真平台的技术验证方案更具可行性,可通过数字化建模与虚拟场景模拟,在降低研发成本的同时,实现主挂系统动力性、制动性及控制策略的精准匹配与优化。

当前商用车市场需求呈现多元化发展趋势,如何精准匹配市场诉求成为产品开发关键课题。受制于市场规模有限,企业面临销量与利润双重挑战:较低市场容量导致整体销售额受限;商用车从环境感知、决策规划到执行控制的系统复杂度显著高于乘用车,需投入更庞大的研发团队和更复杂的技术体系,形成“小市场、高投入”的矛盾,构成行业发展独有核心悖论。

商用车发展需考虑产业链协同,产业具有长链条特征,与交通运输与物流行业紧密相关,同时受严格法规约束。法规规定商用车上限质量,以电驱动挂车开发为例,电驱桥和电池导致自重增加,减少可装载货物,是制约电动挂车的核心问题与难点。目前,电驱桥与电池系统集成可能导致整车增重超2吨。针对此痛点,轻量化设计成为解决方案,以厢式挂车为例,采用铝镁合金等轻量化材料替代钢材,可在满足结构强度前提下实现3吨以上减重效果,形成“增电减重”的净优化效果。该策略需供应链上游铝材加工技术支撑,更考验主机厂在多学科耦合设计方面的系统集成能力。

总之,在智能化与电动化背景下,智能底盘、电驱动挂车、主挂一体化控制等技术成为商用车领域研究热点,对产品市场竞争力有重要影响。参考乘用车造车新势力和新型底盘企业发展历程,未来商用车领域也一定会出现新势力整车厂与零部件企业,电驱动挂车凭借性能优势将成为市场重要组成,有广阔发展空间。但如何提高牵引车-挂车整车性能,仍有诸多技术待解决,需行业与相关研发人员共同努力,提升国家和行业整体竞争力。

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