特百佳:客車行業的電氣化與自動化趨勢探討

特百佳動力科技有限公司副總經理鄧躍躍博士,從客車行業的電氣化與自動化趨勢進行了探討,現場實錄如下:
尊敬的各位嘉賓大家好!
新能源客車行業作為產業鏈的龍頭,這幾年得到了長足的發展。 同時也到了一個行業內圍繞補貼政策、技術路線以及發展規劃討論和爭議的關鍵時期。從新能源汽車發展的初期到2020年,整個商用車發展的技術路線基本如圖中所示。圖中既包括我們常常提到的純電動、混合動力和燃料電池;也包括發動機的性能提升技術、車載電附件技術以及電力電子的關鍵技術。
另外,我們再看看中國商用車自動化發展的技術路線。我們這里的自動化趨勢不是指自動駕駛,而是專指解放司機頻繁選換擋和離合器操作的驅動系統自動化趨勢。
讓我們設想一下如果沒有商用車的新能源政策的導入,商用車自動化的路線很有可能經歷手動變速箱、AMT以及AT等自動變速箱甚至到雙離合變速箱的發展過程。其中機械式自動變速器(AMT)在手動變速器的基礎上加裝電控電動或者氣動單元,實現自動換擋。液力自動變速器(AT)在行星機構前加裝液力變矩器,實現無沖擊換擋,但由于成本高,傳動效率偏低,更多應用在工程機械車輛上。雙離合變速箱有可能是商用車自動變速器的終極解決方案,在結構上可以采用平行布置的濕式離合器單元,攪油損失達到最小;可是目前還沒有成熟的適應于商用車的大扭矩雙離合變速器系統解決方案。
新能源技術路線的提出,在一定程度上影響了商用車自動化發展的趨勢,出現了純電動、混合動力齊頭并舉、燃料電池初現崢嶸的局面,基本實現了“彎道超車”的行業發展。但是,我們認為在客車行業關鍵零部件的發展上,為了保障安全性、可靠性以及動力系統高效性、更應該“平行直道超車”。不然的話,即使我們的產業發展起來了,卻依然缺少關鍵零部件的核心技術。因此,我們認為基于自動變速箱技術的新能源驅動技術,包括多級電機變速箱純電動以及燃料電池系統、基于P2結構的并聯混合動力系統,都必須受到重視和推廣。未來商用車領域甚至可能會出現基于雙離合變速器的新能源驅動系統解決方案。
接下來,我重點介紹一下我們特百佳動力的核心技術。特百佳是一家以商用車驅動技術為主的高科技公司。目前,我們的業務集中在新能源商用車的混合動力系統和純電驅動系統;并且致力于推動輕型和重型商用車的電控電動AMT技術。同時,我們也是國內最早在商用車雙離合器變速器進行技術布局和儲備的公司。
下面,我想就客車行業新能源系統發展的幾個問題作深入探討:第一,包括混合動力系統的節油率和排放問題, 第二,純電動系統的效率問題;第三,新能源電氣系統的安全問題。
插電式混合動力系統的節油率由于涉及到補貼的等級,一直是大家持續關注的問題。首先,從技術路線來說,并聯與混聯各有優勢,并聯的可靠性以及工況適應性非常優異,混聯的燃油經濟性略勝一籌。同時,無論并聯還是混聯,兩者同質化趨勢非常明顯。混聯的各種工作模式并聯系統完全能夠做到,而越來越多的混聯系統也傾向于采用多級變速器的方案。我們注意到,很多系統供應商往往能夠把單臺車、特定工況的節油率做的很高,但是同一批次的車,在實際運營過程中的節油效果反倒沒有那么明顯,甚至同一批車的節油效果偏差也很大。其次,驅動電機的功率提升、發動機排量小型化以及電池容量的優化也是提升混合動力節油率需要考慮的問題。最后需要說明的是,混合動力系統中,針對單一部件的性能提升的空間已經不大。動力總成系統集成化模塊化是未來的重點發展方向之一。現代電控技術和CAN總線技術的發展使動力系統總成成為一個密不可分的整體,通過對發動機、離合器、變速器、電機以及電池總成進行集成匹配和優化,可顯著提升商用車的綜合性能,使商用車更安全、可靠、環保。
那么除了以上提到的幾點之外,混合動力系統的節油率有沒有可能再有實質性的提升呢?我們知道,混合動力能量分配管理上有個燃油經濟性全局優化的理論極限值,這個策略需要對未來的工況進行預測,然后全局優化發動機和電機的扭矩分配以及變速箱擋位的選擇。這個策略的難點在于需要實時預測未來工況,以及復雜算法和現有整車控制器CPU和內存的物理限制之間的矛盾。然而,我們公交車運行的絕大多數工況都是循環工況,非常適合這一全局優化策略實現。特百佳目前在這一領域做了非常多的工作。我們的結果顯示,在現有的混合動力系統結構上,不需要硬件的任何改變,將現有的插電式混合動力系統的節油率的燃油經濟性能夠提升10%左右。這個成果非常可觀,我們已經完成了轉轂和路試實驗,下一步就準備投入到市場當中。
接下來我們談一談混合動力系統的排放問題。眾所周知,我國采用的是國際主流的發動機排放、整車油耗的油耗排放的管控方式。但這種方式往往在混合動力系統上不太適用,造成混合動力排放控制策略的巨大差異。在不同的能量管理分配模式下,混合動力客車不一定能既節能又減排,往往只是兼顧了節能,而疏忽了減排的效果。這與我們國家大力發展新能源的初衷背到而馳。
特百佳混合動力系統控制策略兼顧了客車上驅動總成以及SCR或者DOC后處理系統的配合工作,既兼顧了節油又保證了有效的減排能力。我們委托第三方所做的的獨立測試表明,特百佳的插電式混合動力系統(路試與轉轂試驗臺)可實現46-50%的燃油節省以及61-65%的NOx排放減少。
回到純電動系統領域:現在越來越多的純電動系統和燃料電池系統,包括物流車、6-12米公交和客運以及30噸以上的重卡采用了電機集成變速箱機電一體化的驅動方案。那么這里面變速箱帶來的優勢是什么呢?我們一起來了解一下。
• 減小電機功率,降低對電機需求,電機系統成本更低;
• 降低電機、電池工作電流,大幅提高安全性及電池使用壽命;
• 動力性提高,爬坡度大幅提升,爬坡性能輕松>30%;
• 電機持續工作在高效區,更穩定,更可靠;
• 大幅降低動力系統耗電量 (和直驅相比降低10-15%);
• 提升最高車速,且穩定車速區間更高,范圍更廣;
• 制動時電機提供負扭矩通過變速箱變速增扭,提升電機制動性能。
最后我想簡單聊聊新能源電氣系統的安全性問題。這一方面是極其重要而往往被大家忽視的一個方面。特百佳的整車電控系統從一開始的硬件PCB電路板設計、到操作系統架構以及底層軟件和應用層軟件的搭建都充分考慮了系統功能的安全性。另一方面,我們在客車新能源系統上的配電管理方面提出了智能化、模塊化的設想。針對車身不同的電附件,提出了能量管理單元的概念:即通過模塊化的設計,針對不同的新能源客車平臺可以快速的完成車載高壓配電盒的設計和制造;并且出來的產品在可靠性、智能性和安全性都能實現非常大的提升。
以上就是我代表特百佳動力科技有限公司在客車行業的電氣化和自動化趨勢方面的一些見解和想法,也歡迎大家到我們的展臺參觀交流!
謝謝大家!
(本文由鄧躍躍本人核實確認)
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