鞏建坡，王曉彬（中通客車(chē)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(chē)

基于帶AMT的純電動(dòng)客車(chē)的優(yōu)勢(shì)分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

鞏建坡，王曉彬
（中通客車(chē)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(dòng)客車(chē)大多數(shù)采用的純電機(jī)直驅(qū)結(jié)構(gòu)方式，安裝控制相對(duì)簡(jiǎn)單，但是由于電機(jī)本身特性的原因，在運(yùn)行過(guò)程中，電機(jī)的實(shí)際效率往往都比較低，這一定程度上影響到了整車(chē)的能耗和續(xù)駛里程，而通過(guò)加裝AMT自動(dòng)機(jī)械變速箱則可以通過(guò)調(diào)節(jié)換擋點(diǎn)，使電機(jī)工作在較高的效率區(qū)間內(nèi)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，取得良好的效果和經(jīng)濟(jì)效益，為批量化市場(chǎng)應(yīng)用推廣提供了強(qiáng)有力的技術(shù)數(shù)據(jù)支持。

AMT自動(dòng)變速箱；純電動(dòng)；實(shí)驗(yàn)

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(guó)家新能源補(bǔ)貼政策的刺激下，純電動(dòng)車(chē)輛出現(xiàn)井噴式的發(fā)展，純電機(jī)直驅(qū)由于安裝控制簡(jiǎn)單，占據(jù)著絕大多數(shù)的銷(xiāo)量?？紤]到能耗，都希望以最少的成本來(lái)實(shí)現(xiàn)更多的行駛里程，通過(guò)增加電池容量來(lái)增加續(xù)駛里程并不經(jīng)濟(jì)。目前市場(chǎng)上電機(jī)固有效率雖然較好，但在實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)下，電機(jī)的有效效率并不高，通過(guò)提高電機(jī)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(guò)將永磁同步電機(jī)與AMT自動(dòng)機(jī)械式變速箱高度集成于一體，實(shí)現(xiàn)了基于駕駛員意圖識(shí)別的動(dòng)態(tài)換擋控制，優(yōu)化了扭矩輸出和各擋速比，使電機(jī)大部分時(shí)間處于高效轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)工作［1］，提高了動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性，經(jīng)過(guò)對(duì)比取得明顯的效果，為該技術(shù)路線的實(shí)施提供了數(shù)據(jù)支持。

1、性能對(duì)比

下面以不同驅(qū)動(dòng)模式的中通10.5m純電動(dòng)LCK6108EV的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比說(shuō)明。

1.1試驗(yàn)車(chē)輛參數(shù)

表1　整車(chē)參數(shù)

1.2測(cè)試對(duì)比及分析

表2　兩種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

由以上參數(shù)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)由于增加變速箱，通過(guò)變換檔位來(lái)擴(kuò)大輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，整車(chē)動(dòng)力性能更好，尤其能夠兼顧最大爬坡和最高車(chē)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(dòng)力性而言，客戶更關(guān)心的是運(yùn)營(yíng)成本也就是能耗的高低，因此經(jīng)濟(jì)性對(duì)整車(chē)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。兩車(chē)在勻速和標(biāo)準(zhǔn)城市工況下進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)比相同的勻速試驗(yàn)，可以看出配備AMT系統(tǒng)的客車(chē)比直驅(qū)形式的純電動(dòng)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(jī)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(duì)滿足客戶要求的續(xù)駛里程的電池來(lái)說(shuō)節(jié)省了大量資金成本。

1.3其他對(duì)比

對(duì)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(guò)對(duì)比可以明顯看出，動(dòng)力電池峰值放電電流較直驅(qū)模式車(chē)輛小，平均電流低于直驅(qū)模式車(chē)輛，進(jìn)而會(huì)減少線路熱損耗起到節(jié)能效果，同時(shí)也減小電池放電倍率，有利于電池長(zhǎng)期使用，減少客戶全生命周期運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。

2、差異對(duì)比分析

由于兩輛對(duì)比車(chē)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(jī)的實(shí)際使用效率上對(duì)其進(jìn)行分析研究。將兩車(chē)進(jìn)行典型城市工況下電機(jī)工作點(diǎn)及效率區(qū)間繪制出來(lái)，統(tǒng)計(jì)電機(jī)工作點(diǎn)在不同效率區(qū)間占比。通過(guò)統(tǒng)計(jì)對(duì)比在運(yùn)行過(guò)程中電機(jī)效率點(diǎn)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(jī)工作區(qū)分布

通過(guò)對(duì)典型城市工況模式下電機(jī)驅(qū)動(dòng)分布點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：在電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速1200-1600rpm，扭矩0-500Nm區(qū)間）的占比為 3.9%；而在實(shí)際電機(jī)驅(qū)動(dòng)分布最廣的區(qū)間，電機(jī)轉(zhuǎn)速（400-1200rpm，扭矩0 -500Nm）區(qū)間，占比為17.46，在該區(qū)間電機(jī)的效率并不是高效區(qū)或次高效區(qū)間；而電機(jī)實(shí)際運(yùn)行效率較低，造成了嚴(yán)重的能量浪費(fèi)，也影響的整車(chē)的續(xù)駛里程，使車(chē)輛在市場(chǎng)上電耗相對(duì)較高，同樣條件下，和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的較量中處于劣勢(shì)，因此需要如何在保證系統(tǒng)動(dòng)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(diǎn)。因此如果要改進(jìn)電機(jī)工作效率需將電機(jī)的高效驅(qū)動(dòng)區(qū)間與次高效區(qū)間左移，在電機(jī)轉(zhuǎn)速（400-1400rpm，扭矩0-500Nm）區(qū)間設(shè)置電機(jī)的最高效區(qū)間，但是純電直驅(qū)電機(jī)一旦成型，特性就已經(jīng)固定了，沒(méi)法再做改變。

2.2AMT+電機(jī)系統(tǒng)電機(jī)工作區(qū)分布

通過(guò)對(duì)工況模式下電機(jī)驅(qū)動(dòng)分布點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：在電機(jī)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(jī)效率區(qū)間82%以上的占比為76%，該系統(tǒng)可以利用對(duì)擋位的控制調(diào)節(jié)電機(jī)的工作點(diǎn)，使電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在理想?yún)^(qū)域[3]，電機(jī)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(jī)工作在高效區(qū)原因分析

直驅(qū)系統(tǒng)，一旦電機(jī)系統(tǒng)與主減傳動(dòng)比確定后，在載荷一定的情況下，電機(jī)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(guò)變速箱對(duì)電機(jī)的工作區(qū)進(jìn)行調(diào)整，比如調(diào)整換擋點(diǎn)等。

由圖可知電機(jī)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(gè)區(qū)間段內(nèi)占比都有2%—5%提升，對(duì)應(yīng)的即是能耗的降低。

3、其他優(yōu)勢(shì)對(duì)比

純電動(dòng)用AMT加電機(jī)系統(tǒng)，與純電機(jī)驅(qū)動(dòng)相比除了整車(chē)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性以外還有以下幾點(diǎn)：

（1）通過(guò)變速箱的調(diào)速增扭的作用，在滿足車(chē)輛具有足夠的動(dòng)力性能的同時(shí)，可有效降低驅(qū)動(dòng)電機(jī)及電機(jī)控制器的功率，提高電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。電機(jī)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(jī)的成本相比純電動(dòng)有一定程度的降低。

（2）增加變速箱后改善驅(qū)動(dòng)力矩控制，所以驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(duì)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(dòng)變速箱的阻尼作用，可有效減小加減速時(shí)主減齒輪慣性沖擊，增加齒輪壽命，進(jìn)一步提高車(chē)輛的舒適性和可靠性，同時(shí)車(chē)輛后橋速比配選范圍變寬，無(wú)需專門(mén)定制車(chē)橋。

4、總結(jié)

由此可見(jiàn)，純電動(dòng)加上AMT系統(tǒng)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，減小對(duì)電機(jī)的要求，將是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)[4-5]，雖然相對(duì)直驅(qū)增加了變速箱，但是降低了電機(jī)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(duì)總成采購(gòu)成本的影響不大，保證了性價(jià)比。電機(jī)加變速箱的EMT系統(tǒng)的相對(duì)純電直驅(qū)來(lái)說(shuō)控制上相對(duì)復(fù)雜一些，但是國(guó)內(nèi)混合動(dòng)力技術(shù)發(fā)展一定程度上彌補(bǔ)了因?yàn)樽兯傧鋼Q擋產(chǎn)生的不平順的劣勢(shì)，目前國(guó)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(kāi)發(fā)了帶變速箱純電動(dòng)系統(tǒng)，因此該種技術(shù)路線市場(chǎng)潛力巨大，前景值得期待。

[1]劉勇.中通給純電動(dòng)客車(chē)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(dòng)客車(chē)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(dòng)客車(chē)自動(dòng)變速器(AMT)系統(tǒng)探討[J];汽車(chē)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(chē)動(dòng)力系統(tǒng)匹配研究工作。