特百佳:客車行業(yè)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(jīng)理鄧躍躍博士,從客車行業(yè)的電氣化與自動化趨勢進行了探討,現(xiàn)場實錄如下:
尊敬的各位嘉賓大家好!
新能源客車行業(yè)作為產(chǎn)業(yè)鏈的龍頭,這幾年得到了長足的發(fā)展。 同時也到了一個行業(yè)內(nèi)圍繞補貼政策、技術(shù)路線以及發(fā)展規(guī)劃討論和爭議的關(guān)鍵時期。從新能源汽車發(fā)展的初期到2020年,整個商用車發(fā)展的技術(shù)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(fā)動機的性能提升技術(shù)、車載電附件技術(shù)以及電力電子的關(guān)鍵技術(shù)。
另外,我們再看看中國商用車自動化發(fā)展的技術(shù)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(qū)動系統(tǒng)自動化趨勢。
讓我們設(shè)想一下如果沒有商用車的新能源政策的導(dǎo)入,商用車自動化的路線很有可能經(jīng)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(fā)展過程。其中機械式自動變速器(AMT)在手動變速器的基礎(chǔ)上加裝電控電動或者氣動單元,實現(xiàn)自動換擋。液力自動變速器(AT)在行星機構(gòu)前加裝液力變矩器,實現(xiàn)無沖擊換擋,但由于成本高,傳動效率偏低,更多應(yīng)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(jié)構(gòu)上可以采用平行布置的濕式離合器單元,攪油損失達到最??;可是目前還沒有成熟的適應(yīng)于商用車的大扭矩雙離合變速器系統(tǒng)解決方案。
新能源技術(shù)路線的提出,在一定程度上影響了商用車自動化發(fā)展的趨勢,出現(xiàn)了純電動、混合動力齊頭并舉、燃料電池初現(xiàn)崢嶸的局面,基本實現(xiàn)了“彎道超車”的行業(yè)發(fā)展。但是,我們認為在客車行業(yè)關(guān)鍵零部件的發(fā)展上,為了保障安全性、可靠性以及動力系統(tǒng)高效性、更應(yīng)該“平行直道超車”。不然的話,即使我們的產(chǎn)業(yè)發(fā)展起來了,卻依然缺少關(guān)鍵零部件的核心技術(shù)。因此,我們認為基于自動變速箱技術(shù)的新能源驅(qū)動技術(shù),包括多級電機變速箱純電動以及燃料電池系統(tǒng)、基于P2結(jié)構(gòu)的并聯(lián)混合動力系統(tǒng),都必須受到重視和推廣。未來商用車領(lǐng)域甚至可能會出現(xiàn)基于雙離合變速器的新能源驅(qū)動系統(tǒng)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(shù)。特百佳是一家以商用車驅(qū)動技術(shù)為主的高科技公司。目前,我們的業(yè)務(wù)集中在新能源商用車的混合動力系統(tǒng)和純電驅(qū)動系統(tǒng);并且致力于推動輕型和重型商用車的電控電動AMT技術(shù)。同時,我們也是國內(nèi)最早在商用車雙離合器變速器進行技術(shù)布局和儲備的公司。
下面,我想就客車行業(yè)新能源系統(tǒng)發(fā)展的幾個問題作深入探討:第一,包括混合動力系統(tǒng)的節(jié)油率和排放問題, 第二,純電動系統(tǒng)的效率問題;第三,新能源電氣系統(tǒng)的安全問題。
插電式混合動力系統(tǒng)的節(jié)油率由于涉及到補貼的等級,一直是大家持續(xù)關(guān)注的問題。首先,從技術(shù)路線來說,并聯(lián)與混聯(lián)各有優(yōu)勢,并聯(lián)的可靠性以及工況適應(yīng)性非常優(yōu)異,混聯(lián)的燃油經(jīng)濟性略勝一籌。同時,無論并聯(lián)還是混聯(lián),兩者同質(zhì)化趨勢非常明顯?;炻?lián)的各種工作模式并聯(lián)系統(tǒng)完全能夠做到,而越來越多的混聯(lián)系統(tǒng)也傾向于采用多級變速器的方案。我們注意到,很多系統(tǒng)供應(yīng)商往往能夠把單臺車、特定工況的節(jié)油率做的很高,但是同一批次的車,在實際運營過程中的節(jié)油效果反倒沒有那么明顯,甚至同一批車的節(jié)油效果偏差也很大。其次,驅(qū)動電機的功率提升、發(fā)動機排量小型化以及電池容量的優(yōu)化也是提升混合動力節(jié)油率需要考慮的問題。最后需要說明的是,混合動力系統(tǒng)中,針對單一部件的性能提升的空間已經(jīng)不大。動力總成系統(tǒng)集成化模塊化是未來的重點發(fā)展方向之一?,F(xiàn)代電控技術(shù)和CAN總線技術(shù)的發(fā)展使動力系統(tǒng)總成成為一個密不可分的整體,通過對發(fā)動機、離合器、變速器、電機以及電池總成進行集成匹配和優(yōu)化,可顯著提升商用車的綜合性能,使商用車更安全、可靠、環(huán)保。
那么除了以上提到的幾點之外,混合動力系統(tǒng)的節(jié)油率有沒有可能再有實質(zhì)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(jīng)濟性全局優(yōu)化的理論極限值,這個策略需要對未來的工況進行預(yù)測,然后全局優(yōu)化發(fā)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(yù)測未來工況,以及復(fù)雜算法和現(xiàn)有整車控制器CPU和內(nèi)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(shù)工況都是循環(huán)工況,非常適合這一全局優(yōu)化策略實現(xiàn)。特百佳目前在這一領(lǐng)域做了非常多的工作。我們的結(jié)果顯示,在現(xiàn)有的混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上,不需要硬件的任何改變,將現(xiàn)有的插電式混合動力系統(tǒng)的節(jié)油率的燃油經(jīng)濟性能夠提升10%左右。這個成果非??捎^,我們已經(jīng)完成了轉(zhuǎn)轂和路試實驗,下一步就準備投入到市場當(dāng)中。
接下來我們談一談混合動力系統(tǒng)的排放問題。眾所周知,我國采用的是國際主流的發(fā)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(tǒng)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(jié)能又減排,往往只是兼顧了節(jié)能,而疏忽了減排的效果。這與我們國家大力發(fā)展新能源的初衷背到而馳。
特百佳混合動力系統(tǒng)控制策略兼顧了客車上驅(qū)動總成以及SCR或者DOC后處理系統(tǒng)的配合工作,既兼顧了節(jié)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(tǒng)(路試與轉(zhuǎn)轂試驗臺)可實現(xiàn)46-50%的燃油節(jié)省以及61-65%的NOx排放減少。
回到純電動系統(tǒng)領(lǐng)域:現(xiàn)在越來越多的純電動系統(tǒng)和燃料電池系統(tǒng),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(qū)動方案。那么這里面變速箱帶來的優(yōu)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(tǒng)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(xù)工作在高效區(qū),更穩(wěn)定,更可靠;
• 大幅降低動力系統(tǒng)耗電量 (和直驅(qū)相比降低10-15%);
• 提升最高車速,且穩(wěn)定車速區(qū)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(tǒng)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(tǒng)從一開始的硬件PCB電路板設(shè)計、到操作系統(tǒng)架構(gòu)以及底層軟件和應(yīng)用層軟件的搭建都充分考慮了系統(tǒng)功能的安全性。另一方面,我們在客車新能源系統(tǒng)上的配電管理方面提出了智能化、模塊化的設(shè)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(shè)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(shè)計和制造;并且出來的產(chǎn)品在可靠性、智能性和安全性都能實現(xiàn)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(yè)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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