基于帶AMT的純電動客車的優(yōu)勢分析及實驗驗證

鞏建坡，王曉彬（中通客車控股股份有限公司新能源工程中心，山東 聊城 252000）

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新能源汽車

基于帶AMT的純電動客車的優(yōu)勢分析及實驗驗證

鞏建坡，王曉彬
（中通客車控股股份有限公司新能源工程中心，山東 聊城 252000）

目前純電動客車大多數(shù)采用的純電機直驅(qū)結(jié)構(gòu)方式，安裝控制相對簡單，但是由于電機本身特性的原因，在運行過程中，電機的實際效率往往都比較低，這一定程度上影響到了整車的能耗和續(xù)駛里程，而通過加裝AMT自動機械變速箱則可以通過調(diào)節(jié)換擋點，使電機工作在較高的效率區(qū)間內(nèi)，通過實驗驗證，取得良好的效果和經(jīng)濟(jì)效益，為批量化市場應(yīng)用推廣提供了強有力的技術(shù)數(shù)據(jù)支持。

AMT自動變速箱；純電動；實驗

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.004

CLC NO.: U469.7Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)08-09-03

前言

2015年在國家新能源補貼政策的刺激下，純電動車輛出現(xiàn)井噴式的發(fā)展，純電機直驅(qū)由于安裝控制簡單，占據(jù)著絕大多數(shù)的銷量?？紤]到能耗，都希望以最少的成本來實現(xiàn)更多的行駛里程，通過增加電池容量來增加續(xù)駛里程并不經(jīng)濟(jì)。目前市場上電機固有效率雖然較好，但在實際的運行狀態(tài)下，電機的有效效率并不高，通過提高電機使用效率上可以達(dá)到降能耗增加續(xù)駛里程的效果。本文就是在該背景下通過將永磁同步電機與AMT自動機械式變速箱高度集成于一體，實現(xiàn)了基于駕駛員意圖識別的動態(tài)換擋控制，優(yōu)化了扭矩輸出和各擋速比，使電機大部分時間處于高效轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)工作［1］，提高了動力性能和經(jīng)濟(jì)性，經(jīng)過對比取得明顯的效果，為該技術(shù)路線的實施提供了數(shù)據(jù)支持。

1、性能對比

下面以不同驅(qū)動模式的中通10.5m純電動LCK6108EV的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比說明。

1.1試驗車輛參數(shù)

表1　整車參數(shù)

1.2測試對比及分析

表2　兩種驅(qū)動系統(tǒng)動力性及經(jīng)濟(jì)性試驗數(shù)據(jù)對比

由以上參數(shù)對比可以發(fā)現(xiàn)由于增加變速箱，通過變換檔位來擴(kuò)大輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，整車動力性能更好，尤其能夠兼顧最大爬坡和最高車速的要求，以適應(yīng)經(jīng)常變化的行駛條件，滿足客戶不同的駕駛需求。

相比較動力性而言，客戶更關(guān)心的是運營成本也就是能耗的高低，因此經(jīng)濟(jì)性對整車來說至關(guān)重要。兩車在勻速和標(biāo)準(zhǔn)城市工況下進(jìn)行對比試驗，對比相同的勻速試驗，可以看出配備AMT系統(tǒng)的客車比直驅(qū)形式的純電動續(xù)駛里程平均約高50km，相同的標(biāo)準(zhǔn)城市工況下，AMT加電機系統(tǒng)比直驅(qū)系統(tǒng)每公里能耗低10%左右，能夠減少10%的電池能量消耗［2］，這對滿足客戶要求的續(xù)駛里程的電池來說節(jié)省了大量資金成本。

1.3其他對比

對兩種結(jié)構(gòu)在相同工況條件下電池的電流曲線分析發(fā)現(xiàn)

通過對比可以明顯看出，動力電池峰值放電電流較直驅(qū)模式車輛小，平均電流低于直驅(qū)模式車輛，進(jìn)而會減少線路熱損耗起到節(jié)能效果，同時也減小電池放電倍率，有利于電池長期使用，減少客戶全生命周期運營費用。

2、差異對比分析

由于兩輛對比車輛參數(shù)基本一致，而能耗差距能達(dá)到10%，為此我們從電機的實際使用效率上對其進(jìn)行分析研究。將兩車進(jìn)行典型城市工況下電機工作點及效率區(qū)間繪制出來，統(tǒng)計電機工作點在不同效率區(qū)間占比。通過統(tǒng)計對比在運行過程中電機效率點的分布情況，分析不同系統(tǒng)能耗不同的原因。

2.1直驅(qū)系統(tǒng)電機工作區(qū)分布

通過對典型城市工況模式下電機驅(qū)動分布點進(jìn)行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)：在電機最高效區(qū)間（上圖中30勻速的區(qū)間）的占比僅為8.78%，次高效區(qū)間（電機轉(zhuǎn)速1200-1600rpm，扭矩0-500Nm區(qū)間）的占比為 3.9%；而在實際電機驅(qū)動分布最廣的區(qū)間，電機轉(zhuǎn)速（400-1200rpm，扭矩0 -500Nm）區(qū)間，占比為17.46，在該區(qū)間電機的效率并不是高效區(qū)或次高效區(qū)間；而電機實際運行效率較低，造成了嚴(yán)重的能量浪費，也影響的整車的續(xù)駛里程，使車輛在市場上電耗相對較高，同樣條件下，和競爭對手的較量中處于劣勢，因此需要如何在保證系統(tǒng)動力性的條件下提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性成為了亟需解決的難點。因此如果要改進(jìn)電機工作效率需將電機的高效驅(qū)動區(qū)間與次高效區(qū)間左移，在電機轉(zhuǎn)速（400-1400rpm，扭矩0-500Nm）區(qū)間設(shè)置電機的最高效區(qū)間，但是純電直驅(qū)電機一旦成型，特性就已經(jīng)固定了，沒法再做改變。

2.2AMT+電機系統(tǒng)電機工作區(qū)分布

通過對工況模式下電機驅(qū)動分布點進(jìn)行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)：在電機效率≥91%區(qū)間的占比為 9.57%，88%～91%區(qū)間的占比為38.23；85%～88%效率區(qū)間占比為17.84；82%～85%效率區(qū)間占比為10.36。在電機效率區(qū)間82%以上的占比為76%，該系統(tǒng)可以利用對擋位的控制調(diào)節(jié)電機的工作點，使電機長時間運行在理想?yún)^(qū)域[3]，電機工作在高效區(qū)的占比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于直驅(qū)系統(tǒng)。

2.3帶AMT系統(tǒng)電機工作在高效區(qū)原因分析

直驅(qū)系統(tǒng)，一旦電機系統(tǒng)與主減傳動比確定后，在載荷一定的情況下，電機的工作區(qū)間不可在調(diào)整，而帶AMT系統(tǒng)在這些參數(shù)確定后可通過變速箱對電機的工作區(qū)進(jìn)行調(diào)整，比如調(diào)整換擋點等。

由圖可知電機效率在大于 80%以上的效率區(qū)間內(nèi)的占比，調(diào)整后相比調(diào)整前各個區(qū)間段內(nèi)占比都有2%—5%提升，對應(yīng)的即是能耗的降低。

3、其他優(yōu)勢對比

純電動用AMT加電機系統(tǒng)，與純電機驅(qū)動相比除了整車動力性和經(jīng)濟(jì)性以外還有以下幾點：

（1）通過變速箱的調(diào)速增扭的作用，在滿足車輛具有足夠的動力性能的同時，可有效降低驅(qū)動電機及電機控制器的功率，提高電機系統(tǒng)的運行效率。電機系統(tǒng)功率的減小進(jìn)而也減小了電池系統(tǒng)的峰值放電電流，降低了電池放電倍率的要求，提高了電池的使用壽命，電池和電機的成本相比純電動有一定程度的降低。

（2）增加變速箱后改善驅(qū)動力矩控制，所以驅(qū)動電機峰值放電流變小，控制器所配置的 IGBT 功率模塊及電容等部件相對規(guī)格也變小，故控制器結(jié)構(gòu)體積也變小，便于空間布置和安裝，同比控制器體積縮小 1/4，進(jìn)一步降低了零部件的成本。

（3）由于AMT自動變速箱的阻尼作用，可有效減小加減速時主減齒輪慣性沖擊，增加齒輪壽命，進(jìn)一步提高車輛的舒適性和可靠性，同時車輛后橋速比配選范圍變寬，無需專門定制車橋。

4、總結(jié)

由此可見，純電動加上AMT系統(tǒng)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，減小對電機的要求，將是未來發(fā)展的趨勢[4-5]，雖然相對直驅(qū)增加了變速箱，但是降低了電機和電池的成本，再加上訂單增多批量化成本降低，所用變速器為成熟批量產(chǎn)品，因此對總成采購成本的影響不大，保證了性價比。電機加變速箱的EMT系統(tǒng)的相對純電直驅(qū)來說控制上相對復(fù)雜一些，但是國內(nèi)混合動力技術(shù)發(fā)展一定程度上彌補了因為變速箱換擋產(chǎn)生的不平順的劣勢，目前國內(nèi)主流的系統(tǒng)供應(yīng)商包括伊頓、綠控、博越、精進(jìn)等廠家都開發(fā)了帶變速箱純電動系統(tǒng)，因此該種技術(shù)路線市場潛力巨大，前景值得期待。

[1]劉勇.中通給純電動客車裝上AMT [J].2015年11期.

[2]Vocis.New Two-Speed Electric Vehicle Transmission For Improved Performance,Range and Battery Life[C].Green Car Congress,2009,5.

[3]李順波;純電動客車綜合換檔規(guī)律研究[D].吉林大學(xué).2014年.

[4]Xi Jun-qiang,Xiong Guang-ming,Zhang Yan.Application of Automatic Manual Transmission Technology in Pure Electric Bus[J].IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference(VPPC).2008,10.

[5]羅光濤;純電動客車自動變速器(AMT)系統(tǒng)探討[J];汽車齒輪;2009年01期.

Advantage analysis and experimental validation of EV bus with AMT

Gong Jianpo,Wang Xiaobin
(ZhongtongBus Holding Co.,Ltd.New Energy Engineering Center,Shandong Liaocheng 252000)

Most of the EVbus with direct drive configuration,because the installation and control is relatively simple,but it's characteristics decided actual efficiency of the motor is often relatively low,which affecte the energy consumption and vehicle driving range.IF the bus with the AMT ,you can adjust the shift points,to make the motor in the high efficiency range,it verified by experiments,and achieved good results and economic benefits,which can provide strong support for the mass market applications.

AMT; EV; experiment

U469.7

A

1671-7988（2016）08-09-03

鞏建坡（1987- ）男，碩士，工程師，主要從事新能源客車動力系統(tǒng)匹配研究工作。