原始设备制造商(oem)为其重型非公路设备提供动力有多种选择:柴油、汽油、电气化、替代燃料和混合动力配置。转向电动或混合移动设备的驱动原因是什么?做出功率选择决策的因素是什么?
行业咨询公司罗兰贝格(Roland Berger)的高级合伙人Wilfried Aulbur博士表示:“非公路领域将需要针对不同的用例使用不同的技术。大多数紧凑型设备，如迷你挖掘机，都是电池电力设备的好用例，因为它们在工作循环中需要的功率密度变化更小。另一方面，混合动力技术更适合大型、重型应用，因为混合动力配置可以提供显著的运营成本效益和性能稳定性，一些原始设备制造商声称可以减少25%以上的燃油消耗。”
目标:减排和实现可持续发展目标
众所周知，气候变化和减少排放的全球目标是放弃使用化石燃料的原因。一些整车厂放弃柴油的其他原因包括终端用户或客户的需求和满足环境、社会与治理(ESG)可持续发展目标，这些目标超越了环境管理。可以理解，环境问题是主要的驱动因素，oem的目标是为终端用户提供他们想要的东西。
“许多公用事业公司都制定了到2030年实现100%电动车队的目标。帮助我们的客户实现他们的可持续发展目标一直是特雷克斯公用事业公司的首要任务，”特雷克斯公用事业公司营销和产品管理总监Joe Caywood说。随着特雷克斯客户需求的变化，该公司将转变和研究以满足他们的需求。
公用事业用全电动铲斗车
特雷克斯公司
Genie公司产品经理Zach Gilmor表示:“客户需求是多种因素的产物，是混合动力和电动设备趋势背后的驱动力。”“显然，监管要求是推动电气化的因素之一。随着对噪音和排放进行限制的法规的采用，对高效、清洁、安静的工地设备的需求正在增加。除此之外，混合动力和电动设备还可以帮助企业实现其ESG可持续发展目标。”
满足排放法规和客户需求所需的技术和设备创新需要研究和投资。这是艾利森传动团队的首要任务。
Allison Transmission全球非公路、客户支持和服务工程执行董事Kartik Ramanan表示:“在未来几年，非公路行业的原始设备制造商将开始评估电动汽车的能力，他们将求助于推进解决方案制造商。“艾利森致力于在推动全球市场的可持续发展和环境倡议方面发挥领导作用。艾利森在推进电力推进技术方面的直接投资约为3.5亿美元。”
据凯伍德说，特雷克斯也一直在进行这项投资。“我们投资绿色解决方案已经超过15年了。每一次引进，都是当时可用的技术的正确解决方案。”
虽然全电动设备是许多终端用户和整车厂的目标，但一些移动设备的转型仍面临挑战。
电气化的障碍
乘用内燃机向电动汽车的转变正在顺利进行中。然而，生产重型移动汽车的整车厂在试图实现100%电动化时面临着挑战。其中有:
- 技术限制
- 电力需求和对电力的感知
- 充电基础设施
- 更高的成本
罗兰贝格(Roland Berger)负责人乔瓦尼•舍尔菲(Giovanni Schelfi)表示，对于挖掘机等电动设备来说，最大的限制因素是电池成本和施工现场的充电可用性。
Schelfi说:“此外，电池技术和充电技术需要显著改进，以使其使用变得可行，例如通过夜间充电。”
Gilmor表示，采取全面的电气化策略可以帮助原始设备制造商避免一些挑战。
Gilmor说:“我们不只是考虑电源，而是考虑机器的整个设计，以利用电气化的好处，提高效率，提高作业现场性能，降低总拥有成本。”
一种混合铰接臂架升降机
精灵
技术限制
起初，特雷克斯生产全电动多功能卡车的计划受到技术的限制。
“总的来说，(我们)在等待可靠的技术出现。我们很早就有了这样的设想，但当时像电池管理系统这样的东西并不可靠，电池太重了。”
对于一些整车厂来说，技术仍然是一个挑战。虽然出现了电池系统的创新，但并不是所有类型和尺寸的移动设备都可以完全电动化。电力通常不足以满足这些车辆的许多操作要求，包括启动、加速和瞬态操作。
感知
即使电动汽车的动力能力与设备的功能相匹配，一些最终用户的看法是，电动汽车的性能或效率不会像内燃机汽车那样好。
Gilmor说:“我们开始超越观念上的挑战。“随着越来越多的人在工作现场接触到混合动力和电动设备，以及我们在个人生活中看到的更多，这种观念正在转变，人们开始意识到电气化的好处。”
随着电动汽车使用的扩大，这种观念正在改变。这项技术已经成为人们日常生活的一部分，多家主要汽车制造商要么正在生产电动汽车，要么计划在不久的将来推出。一些制造商已经承诺在未来转向全电动汽车，包括通用汽车全电动F150卡车它收到了20多万份订单。
Gilmor说:“随着越来越多的人在工作现场接触到混合动力和电动设备，以及我们在个人生活中更多地看到它，这种观念正在转变，人们开始意识到电气化的好处。”
基础设施
充电基础设施是oem无法控制的主要挑战，这是一个重大挑战。对于建筑行业来说，大多数工地在项目开始时都没有电力供应。即使有了电，问题仍然存在。
Gilmore说:“即使现场有电，也存在实现完全电气化所必需的物理空间的问题。“许多建筑工地的空间已经很有限，有足够的空间放置所有设备进行夜间充电是不现实的。”
铰接臂升降机，可在全电动和混合配置
精灵
混合解决方案
电动不是唯一的低排放技术，因为有些汽车不能100%电动，混合动力可能是解决方案。替代燃料(氢、天然气和生物燃料)的研究和设备持续增长。此外，许多原始设备制造商正在生产混合配置功能的组件和系统。
带有推进产品的非公路车辆的增强图像
Allison传输
在非高速公路的重型移动车辆中，混合动力的方法往往胜过100%的电动解决方案。如前所述，主要原因是较大设备和特定功能的电力限制。虽然替代燃料是发动机整车厂正在研究的选择，但柴油-电力混合设备很普遍。
博世力士乐的一个例子是设备上的电动液压系统，但主要驱动仍然是柴油内燃机。虽然博世力士乐专注于流体动力，但减少排放的需求，以及对组件集成、自动化和电气化的期望，促使博世力士乐转向电动。
另一个例子是艾莉森传动公司。客车的驱动是混合动力的，但允许全电力推进多达10英里取决于工作周期。当进入需要低噪音或低排放的区域时，可以使用这一功能。
“尽管人们对电气化的兴趣持续增长，但在这个早期阶段，许多车队仍不愿全心投入到全电动汽车上。”说Kartik Ramanan，艾莉森变速箱全球非公路、客户支持和服务工程执行董事。“来自客户的批评反馈启发了Allison开发eGen Flex，增强了长途客车和公共汽车的性能，有效地充当传统燃料和全电动解决方案之间的桥梁。”
除了混合动力变速箱，艾利森变速箱还生产电动车轴。埃根动力100D是艾利森在2020年推向市场的第一款e轴，功能强大，完全集成。它是为重型卡车开发的，如6 × 2拖拉机。
Genie在其汽车上生产全电动和混合动力的方法，并且已经有一段时间了。
Gillmore说:“Genie公司生产的设备中，超过70%已经实现了电气化。“我们的FE混合动力技术可用于一系列Genie吊杆升降机，自6年前引入我们的吊杆升降机以来，该技术一直在市场上使用。”
特雷克斯有全电动斗式卡车，但它也与混合动力解决方案合作。Caywood表示:“多年来，我们一直在提供混合动力解决方案，以减少空转、燃料使用和尾气排放。“在不同的阶段，我们已经有几个混合动力模型在现场工作，并继续看到这种解决方案有助于减少排放，实现可持续发展目标。”
公用事业用的电动铲斗车
特雷克斯公司
混合挑战:并行还是串联架构?
根据Ramanan的说法，对于电动混合动力解决方案，必须做出选择，也应该做出选择。应该使用并行架构还是串联架构?每个体系结构都面临着权衡。
“Allison最初推出的是系列架构，”Ramanan说。艾利森后来投资转换为并行架构。这一变化使Allison的电动混合动力系统能够实现电动混合动力推进的优势，同时仍然提供与传动系统的直接机械连接，以最大化性能和扭矩传递。”
这是一个关键的决定，因为它允许系统在满足性能要求的同时，以显著的等级操作大型商用车。对于系列体系结构来说，这可能具有挑战性，甚至可能是不可能的。
Ramanan表示:“Allison随后进一步优化了我们的架构，在我们的并联电动混合动力系统的变速器中增加了一个分离离合器。”
通过创建一种机制，当不需要满足电力需求时，系统可以从机械连接断开，从而实现串联混合动力系统的效率效益。这种断开是由车辆的操作员通过油门输入确定的。
技术可从Allison, Genie，和Terex
本文采访的参与者提供了多种电动和混合动力选择，可以帮助oem为移动和非公路设备提供电动和混合动力选择。
Allison传输
- 4000系列变速器TerraTran是为非公路应用设计的，如移动起重机，铰接式自卸车，宽体矿用自卸车和国防车辆。
- H 40/50 EP电动混合动力推进系统已经在公交上运行了近20年。
- eGen Power 100D电动axel (e-axel)。
- eGen Power 130D是专门为欧洲和亚太市场设计的，那里的许多商用车需要更重的13吨总轴重额定值。
- eGen Power 100S e轴是为了满足重型6x4拖拉机和重型直式卡车，以及中型卡车和校车应用的需求而开发的。
精灵
- 全电动臂架升降机。
- 交流电驱动设备，包括平板剪刀升降机和多臂升降机。
- 直流电臂升降机。
特雷克斯公司
- Viatec公司的HyPower SmartPTO是一款简单可靠的产品，可以减少空转，节省燃料，减少噪音和空气污染(今年早些时候，特雷克斯宣布投资Viatec公司)。
- 由Viatec公司的HyPower SmartPTO提供动力的Optima 55空中设备现在可以在国际航星eMV 33000 GVW底盘上使用。
展望未来
为中型和重型非公路设备提供动力仍然是不稳定的。传统的柴油驱动内燃机仍然是当前的主要动力模式。这种情况将在短期内持续下去。
奥尔伯表示:“所有企业要想保持可持续竞争力，就必须确保业务能够应对即将到来的ESG挑战。”“因此，大多数非高速公路厂商都致力于将可持续性作为一个关键的战略主题，一些整车厂给自己制定了具有挑战性的目标。这包括到2050年实现净零运营排放。混合柴油发动机技术消耗的燃料比传统内燃机发动机少得多，使用的液体更少，零部件也更少，为实现这些目标提供了切实的桥梁。”
