某混合動力AMT系統(tǒng)的設(shè)計

吳 亮

（中國重汽集團(tuán)大同齒輪有限公司， 山西 大同 037000）

1 混合動力系統(tǒng)的設(shè)計背景

根據(jù)GB30510重型商用車的燃料消耗量限值法規(guī)要求，燃料消耗量要降低15%左右，目前的常規(guī)動力客車根本無法滿足要求，只有混合動力或純電動系統(tǒng)可以滿足要求。

國外的混合動力系統(tǒng)只提供整套解決方案，針對不同區(qū)域和不同工況軟件修改、調(diào)試和標(biāo)定都由外國公司完成，主機廠無法掌握主動權(quán)，同時在開發(fā)過程中由于其周期長，靈活性差，市場反應(yīng)慢，無法適應(yīng)中國市場，成本相對較高?；诖思瘓F(tuán)公司決定對客車混合動力系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。

2 混合動力系統(tǒng)的分類

依混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，主要可分為三類:

1）混合動力串聯(lián)式系統(tǒng)?；旌蟿恿Υ?lián)式系統(tǒng)的驅(qū)動力僅來源于電動機，其動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電，電機控制單元將產(chǎn)生的電能傳給電動機，并把電能轉(zhuǎn)化為動能，最后通過變速器來驅(qū)動車輛。另外，電池也能單獨向電動機提供電能從而驅(qū)動車輛行駛。電池提供的電能會在發(fā)電機產(chǎn)生的能量和電動機需要的能量之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，并保證車輛正常的工作。

2）混合動力并聯(lián)式系統(tǒng)?；旌蟿恿Σ⒙?lián)式系統(tǒng)的驅(qū)動力由發(fā)動機及電動機同時或單獨供給的混合動力車輛。發(fā)動機及電動機既可以各自單獨工作，也可以同時協(xié)調(diào)工作驅(qū)動車輛。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，應(yīng)用工況范圍廣，尤其適用于復(fù)雜的路況。

3）混合動力混聯(lián)式系統(tǒng)。混合動力混聯(lián)式系統(tǒng)同時兼顧了串聯(lián)和并聯(lián)式系統(tǒng)。

混聯(lián)式是可以在串聯(lián)模式下驅(qū)動車輛，也可以在并聯(lián)模式下驅(qū)動車輛，綜合了串聯(lián)系統(tǒng)與并聯(lián)系統(tǒng)，動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，設(shè)計難度加大，不太適合銷售；并聯(lián)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點是在發(fā)動機和電機雙動力源的保障下動力足夠，很多大型客車基本都選擇了這一路線，而且都采用了單軸并聯(lián)式這一簡單連接方式，其原因，一是結(jié)構(gòu)簡單，重量較輕，經(jīng)濟(jì)性好；二是單軸并聯(lián)式系統(tǒng)技術(shù)較為成熟，零部件容易配套；三是對車輛底盤改動較小[1]。

3 混合動力系統(tǒng)配AMT的技術(shù)分析

在混合動力系統(tǒng)中，由于對燃油經(jīng)濟(jì)性、成本和開發(fā)周期等方面的要求較高。在混合動力系統(tǒng)上AT已不適合配套使用。隨著世界各大汽車公司都在參與CVT技術(shù)設(shè)計，CVT的各項技術(shù)指標(biāo)逐漸得到了提升，同時許多國際大型汽車廠商都在大力推廣CVT，由于其節(jié)油性較好，因此在某些混合動力系統(tǒng)的車輛上得到了較好的應(yīng)用。但是由于CVT在大型商用車上應(yīng)用還存在一些問題，因此許多大型商用車都采用了AMT作為變速機構(gòu)。配AMT的混合動力系統(tǒng)優(yōu)勢如下：一是采用一個電機，結(jié)構(gòu)簡單，降低整車重量，同時降低成本；二是采用AMT調(diào)整發(fā)動機和電機工作區(qū)，效率更高，油耗更低；三是基于AMT技術(shù)的混合動力系統(tǒng)，路況適應(yīng)性強，爬坡性能好；四是該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的電機功率較小，且需求動力可以在電機和發(fā)動機間靈活分配，可較好地保護(hù)電池，使電池壽命更長。

4 混合動力AMT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計

基于以上背景，公司決定開發(fā)同軸并聯(lián)結(jié)構(gòu)插電式混合動力客車，目標(biāo)市場為團(tuán)體車和坡道較大的川藏渝公路車等市場，項目選定目標(biāo)車型為當(dāng)前需求最迫切的是8 m客車，后續(xù)會拓展到10 m、12 m公路車以及天然氣車。

5 混合動力AMT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計

車輛基本配置為發(fā)動機+離合器+電機+AMT，從某目標(biāo)客車底盤現(xiàn)有尺寸計算可知，所預(yù)留的混合動力系統(tǒng)極限長度（離合器+電機+AMT）僅為830 mm，動力系統(tǒng)各部件目標(biāo)尺寸如下：

1）離合器軸向目標(biāo)尺寸為100 mm；

2）電機加離合器軸向目標(biāo)尺寸為350 mm，徑向目標(biāo)尺寸為550 mm；

3）AMT變速箱軸向目標(biāo)尺寸為480 mm，徑向目標(biāo)尺寸為550 mm。

6 混合動力A M T系統(tǒng)的選型

1）電機選型：混合動力系統(tǒng)6～7 m客車所配套電機扭矩范圍為300～500 N·m以上，8 m以上客車所配套電機扭矩范圍為500～1 000 N·m，項目初步確定的電機最大輸出扭矩為800 N·m，1 200 r/min為經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速，最大轉(zhuǎn)速為2 500～3 000 r/min。

2）發(fā)動機選型：推薦該項目使用集團(tuán)某型號發(fā)動機，這樣可以縮短項目周期并降低項目開發(fā)費用。

3）AMT變速器選型:經(jīng)市場調(diào)研，混合動力系統(tǒng)變速器一般以4或6擋為主，本項目設(shè)計為6擋。由于變速器要求長度短，所以采用雙中間軸變速器結(jié)構(gòu)，某客車混合動力系統(tǒng)如圖1所示[2]。

圖1 某客車混合動力系統(tǒng)（配6擋AMT）

7 混合動力系統(tǒng)A M T控制設(shè)計

混合動力控制系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)由兩條CAN總線組成，協(xié)議采用了SAE J1939標(biāo)準(zhǔn)，一條總線CAN1傳輸速率為250 kbit/s，另外一條總線CAN2傳輸速率為500 kbit/s。整車CAN1網(wǎng)絡(luò)為整車控制單元與AMT變速器控制單元、發(fā)動機控制單元、儀表和換擋手柄進(jìn)行信息交互，主要包括AMT變速器輸入/輸出軸轉(zhuǎn)速、離合器分離/結(jié)合狀態(tài)、發(fā)動機轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩、當(dāng)前車速和擋位的反饋以及對發(fā)動機的強制控制。CAN2網(wǎng)絡(luò)為整車控制單元與電機控制器和電池管理系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，主要包括電機轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩、電池荷電狀態(tài)的反饋以及對電機轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩和電池溫度/高壓的控制。

整車控制單元負(fù)責(zé)進(jìn)行換擋和換擋時機的選擇，AMT變速器控制單元負(fù)責(zé)執(zhí)行換擋操作，且向整車實時發(fā)送坡道和車重等路況作為換擋判斷的條件。其AMT換擋過程控制流程圖（如圖2所示），包括：卸載動力源、摘擋至空擋、電機主動同步（調(diào)速及扭矩支持）、掛擋、恢復(fù)動力源轉(zhuǎn)矩。

圖2 AMT換擋過程控制流程圖

8 結(jié)語

混合動力AMT系統(tǒng)設(shè)計采用了同軸并聯(lián)插電式結(jié)構(gòu),車輛動力系統(tǒng)基本配置為發(fā)動機+離合器+電機+AMT，整車控制單元負(fù)責(zé)進(jìn)行換擋和換擋時機的選擇，AMT變速器控制單元負(fù)責(zé)執(zhí)行換擋操作。