基于帶AMT的純電動客車的優勢分析及實驗驗證

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采用的純電機直驅結構方式，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駛里程，而通過加裝AMT自動機械變速箱則可以通過調節換擋點，使電機工作在較高的效率區間內，通過實驗驗證，取得良好的效果和經濟效益，為批量化市場應用推廣提供了強有力的技術數據支持。

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，純電動車輛出現井噴式的發展，純電機直驅由于安裝控制簡單，占據著絕大多數的銷量?？紤]到能耗，都希望以最少的成本來實現更多的行駛里程，通過增加電池容量來增加續駛里程并不經濟。目前市場上電機固有效率雖然較好，但在實際的運行狀態下，電機的有效效率并不高，通過提高電機使用效率上可以達到降能耗增加續駛里程的效果。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，實現了基于駕駛員意圖識別的動態換擋控制，優化了扭矩輸出和各擋速比，使電機大部分時間處于高效轉速區間內工作［1］，提高了動力性能和經濟性，經過對比取得明顯的效果，為該技術路線的實施提供了數據支持。

1、性能對比

下面以不同驅動模式的中通10.5m純電動LCK6108EV的試驗數據進行對比說明。

1.1試驗車輛參數

表1　整車參數

1.2測試對比及分析

表2　兩種驅動系統動力性及經濟性試驗數據對比

由以上參數對比可以發現由于增加變速箱，通過變換檔位來擴大輸出轉矩和轉速的變化范圍，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，以適應經常變化的行駛條件，滿足客戶不同的駕駛需求。

相比較動力性而言，客戶更關心的是運營成本也就是能耗的高低，因此經濟性對整車來說至關重要。兩車在勻速和標準城市工況下進行對比試驗，對比相同的勻速試驗，可以看出配備AMT系統的客車比直驅形式的純電動續駛里程平均約高50km，相同的標準城市工況下，AMT加電機系統比直驅系統每公里能耗低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駛里程的電池來說節省了大量資金成本。

1.3其他對比

對兩種結構在相同工況條件下電池的電流曲線分析發現

通過對比可以明顯看出，動力電池峰值放電電流較直驅模式車輛小，平均電流低于直驅模式車輛，進而會減少線路熱損耗起到節能效果，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基本一致，而能耗差距能達到10%，為此我們從電機的實際使用效率上對其進行分析研究。將兩車進行典型城市工況下電機工作點及效率區間繪制出來，統計電機工作點在不同效率區間占比。通過統計對比在運行過程中電機效率點的分布情況，分析不同系統能耗不同的原因。

2.1直驅系統電機工作區分布

通過對典型城市工況模式下電機驅動分布點進行統計發現：在電機最高效區間（上圖中30勻速的區間）的占比僅為8.78%，次高效區間（電機轉速1200-1600rpm，扭矩0-500Nm區間）的占比為 3.9%；而在實際電機驅動分布最廣的區間，電機轉速（400-1200rpm，扭矩0 -500Nm）區間，占比為17.46，在該區間電機的效率并不是高效區或次高效區間；而電機實際運行效率較低，造成了嚴重的能量浪費，也影響的整車的續駛里程，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動力性的條件下提高系統的經濟性成為了亟需解決的難點。因此如果要改進電機工作效率需將電機的高效驅動區間與次高效區間左移，在電機轉速（400-1400rpm，扭矩0-500Nm）區間設置電機的最高效區間，但是純電直驅電機一旦成型，特性就已經固定了，沒法再做改變。

2.2AMT+電機系統電機工作區分布

通過對工況模式下電機驅動分布點進行統計發現：在電機效率≥91%區間的占比為 9.57%，88%～91%區間的占比為38.23；85%～88%效率區間占比為17.84；82%～85%效率區間占比為10.36。在電機效率區間82%以上的占比為76%，該系統可以利用對擋位的控制調節電機的工作點，使電機長時間運行在理想區域[3]，電機工作在高效區的占比遠遠大于直驅系統。

2.3帶AMT系統電機工作在高效區原因分析

直驅系統，一旦電機系統與主減傳動比確定后，在載荷一定的情況下，電機的工作區間不可在調整，而帶AMT系統在這些參數確定后可通過變速箱對電機的工作區進行調整，比如調整換擋點等。

由圖可知電機效率在大于 80%以上的效率區間內的占比，調整后相比調整前各個區間段內占比都有2%—5%提升，對應的即是能耗的降低。

3、其他優勢對比

純電動用AMT加電機系統，與純電機驅動相比除了整車動力性和經濟性以外還有以下幾點：

（1）通過變速箱的調速增扭的作用，在滿足車輛具有足夠的動力性能的同時，可有效降低驅動電機及電機控制器的功率，提高電機系統的運行效率。電機系統功率的減小進而也減小了電池系統的峰值放電電流，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動力矩控制，所以驅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格也變小，故控制器結構體積也變小，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

由此可見，純電動加上AMT系統具有明顯的技術優勢，減小對電機的要求，將是未來發展的趨勢[4-5]，雖然相對直驅增加了變速箱，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系統的相對純電直驅來說控制上相對復雜一些，但是國內混合動力技術發展一定程度上彌補了因為變速箱換擋產生的不平順的劣勢，目前國內主流的系統供應商包括伊頓、綠控、博越、精進等廠家都開發了帶變速箱純電動系統，因此該種技術路線市場潛力巨大，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律研究[D].吉林大學.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匹配研究工作。