Sigma Powertrain的目标客户是采矿、石油和天然气设备行业。

Sigma Powertrain 出品的 TerraMax 变速箱。（图片：Sigma Powertrain）

在位于密歇根州利沃尼亚的Sigma Powertrain总部，停放着六辆矿用运输卡车模型。它们是1/50比例的压铸模型，摆放在会议室里，但这小小的细节丝毫没有减弱它们的存在感。利沃尼亚是底特律西郊的一个大都会区，也是汽车之都。该地区以汽车和轻型卡车产业为主。

“我不会去推绳子，而是随波逐流，”Sigma Powertrain 的创始人、总裁兼首席执行官 John Kimes 说。“我们最初是为商用车辆开发动力总成解决方案。我们的想法是，先开发软件，然后证明我们的技术可以替代 8 级卡车上的自动手动变速器。我们的设计理念是，无论我们开发的是哪种类型的动力总成，我们都会考虑最恶劣的工作工况，然后针对这种情况进行设计。”

一家全是工程师的公司

Sigma Powertrain 成立于 2016 年，其核心技术包括获得专利的多速变速箱架构、离合器机构、电动动力总成的机电装置、控制软件和自监控组件保护系统。

“我们公司里都是些发明创造并推向市场的工程师，”基姆斯说。“我们不做任何铸造或机械加工，因为我们不需要。现在市场上的产能已经很充足了。我打算把公司规模扩大一倍，而且这仅仅是增加一些后勤人员。”

创始人、总裁兼首席执行官约翰·基姆斯在Sigma Powertrain位于底特律地区的总部会议室里，探讨矿用运输卡车和变速器解决方案。（摄影：查德·埃尔莫）

在谈到公司的发展历程时，基姆斯把运输卡车模型搬到了会议桌旁，这些卡车轮子朝上停放着。

“澳大利亚有人问我们能否将我们的技术推广到机械驱动的矿用卡车上，”基姆斯说。“我们研究了他们使用的变速箱。那是一个很重的部件，从后桥悬臂伸出。后桥本身就是一个独立的系统，其中包含很多技术。如果矿业公司要实现车队电气化，这种变速箱终将被淘汰，他们需要的是配备轮毂电机和行星齿轮组的卡车。”

螺栓固定式替换件

2019年，Sigma Powertrain公司推出了一款十轮矿用卡车，这款卡车将Sigma Powertrain引入了采矿行业，但最终未能超越原型车阶段。然而，对于Kimes来说，这颗种子已经种下。团队继续研究矿用卡车。

“我们发现，无论我们为采矿设计出什么方案，都必须能够取代原有的变速箱。所有部件都必须安装在车轴上，”基姆斯说。“我们设计了一种安装非常紧密的变速箱，它能比前面那台大型柴油发动机产生更大的扭矩。”

Sigma公司推出的新型动力分流式TerraMax变速箱基于其全电动五速TerraMax架构，可直接替换全尺寸矿用卡车的原厂变速箱。该公司表示，该变速箱将机械变速箱、混合动力系统和电力驱动系统的最佳特性融合到一个模块化平台上，并经过精心设计，可在重载运输作业中运行30,000小时。

在TerraMax 250吨级车型中，机械传动系统将大部分能量直接传递至车轮，而电动机则负责管理动力流和瞬态需求。这种设计使柴油发动机能够在最佳燃油经济性范围内运行，同时再生制动系统可在下坡行驶时回收能量并将其返回电池组，以供下一次爬坡使用。

Sigma Powertrain公司已在其位于密歇根州利沃尼亚的总部安装了一条装配线。（图片：Sigma Powertrain）

为边角案例供电

载重100至150吨的运输卡车将使用配备单台1兆瓦电机和五速变速箱的系统，而载重250吨的超大型运输卡车将配备两台1兆瓦电机，作为动力分流混合动力或五速变速箱。

“我们的变速箱设计功率为5兆瓦，因此两台电机可以独立地通过一个公共齿轮组连接到变速箱，最终共同输出到车轮，”基姆斯说道。“只需更换现有的变速箱和液压系统，换上我们的产品，矿工就能节省15%的燃油，这主要得益于寄生损耗的减少。如果矿车在下矿时进行能量回收，我们还能再节省15%。如果矿车是纯电动汽车，那么这点节省就无关紧要了，但我们认为大多数矿车最终都会是串联式混合动力车。”

“这些卡车配备巨型柴油发动机，是因为它们需要强大的动力来应对诸如起步时满负荷运转等极端情况。一旦车辆行驶起来，扭矩需求就会下降。这些卡车在没有任何电气化改造的情况下，依靠强大的柴油发动机爬坡。如果用能够胜任这项工作的电力系统来辅助或替代柴油发动机，那么电力系统必须提供平均功率，而不是峰值功率。我只需要一台能够以一定安全系数完成一个循环的柴油发电机组，以及一个容量刚好足以让我爬上矿道的电池组。在爬矿道这种极端情况下，电池加柴油发动机的组合就能提供足够的动力。”

“当我在山顶耗尽电池组电量时，它会再次充电，因为此时我的功率低于平均水平。当我下山时，它会全程进行能量回收。到达山脚后，我会重新充电，如此循环往复。TerraMax 系统可以缩小发动机和电池组的尺寸。我们在澳大利亚有一家改装公司，他们计算出使用我们的系统以及一台更小的柴油发电机组，可以减少 43% 的能耗。这就是我们设计这些产品的策略。”

MID系列变速箱已上市几年了。（图片：Sigma Powertrain）

生产中的变速器

在Sigma Powertrain准备将TerraMax变速箱投入生产的同时，该公司已有两款尺寸较小的变速箱上市，并已为多家原始设备制造商（OEM）指定使用。Sigma还授权了其多项专利电子离合器技术。

三年前，该公司推出了MID系列变速箱，用于轻型和中型电动商用车。这款三速变速箱采用自主研发的专利电控离合器技术和软件。该公司表示，该动力总成可帮助车辆制造商实现至少10%以上的续航里程提升，动力总成尺寸缩小30%，并通过取代体积更大的直接驱动系统来降低车辆重量。配备MID系列变速箱的1至6级商用车驾驶员将感受到几乎无感的换挡体验以及爬坡性能的显著提升。

MID系列动力总成采用即插即用设计，使用Cascadia Motion、Dana TM4等品牌的电机，并包含逆变器、热交换器、动力总成控制器和油泵。使用提供的电机，即可作为一套300马力、三速的纯电动汽车动力总成运行。该动力总成采用模块化设计，可根据动力需求更换电机，并可配置为电驱动桥或中央驱动布局。

丝滑柔顺

另一款动力总成产品 Emax 是一款适用于 6 至 8 级商用车的多速比变速箱。该公司表示，其多速比设计意味着客户可以节省电机过大的成本。其机电式离合器使其能够在仅 18 英寸长的机身内承受高达 5200 牛米的扭矩。采用模块化设计，电机、壳体和输出轴可根据不同的应用进行更换。

Kimes 表示，TerraMax 发布后，他很兴奋这种架构对未来高功率应用（如运输卡车、船舶和压裂钻机）的意义。

“我去了趟德克萨斯州，跟一些压裂泵的工人聊了聊，”Sigma Powertrain公司软件副总裁丹尼尔·克尼珀说道。“在那里，设备正常运行时间至关重要。如果现场的压裂泵出现故障，可能需要四周才能恢复运行。他们每分钟能泵送多达三桶原油，所以如果停机四周，损失将是巨大的。我们的TerraMax系统摒弃了笨重的液压离合器。在德克萨斯州，工人们说他们无法容忍换挡过程中扭矩中断，所以必须采用动力分配。”

“扭矩输出非常平顺，没有丝毫中断，”基姆斯说道。“在船舶领域，同样的变速箱可以采用并联混合动力。通过动力分配，可以将柴油发动机保持在最佳工作转速范围内。在港口航行时，船舶以纯电动模式进行机动。而在海上航行时，则可以使用混合动力，甚至可以使用同一动力装置进行纯柴油驱动。”