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越博蒋元广博鳌发言审定稿:重载商用车电驱动系统解决方案

时间:  2019-07-08 16:47  来源:  汽车总站   作者:  Autumn

7月1-3日,2019世界新能源汽车大会于在海南博鳌盛大召开,大会设置了九个分会场,深入探讨新能源汽车在技术创新、安全、充换电及基础设施建设等领域的发展趋势,以及自动驾驶与城市交通电动化转型等诸多领域的热门话题。其中,先进电驱动技术主题峰会主要聚焦高性能电驱动总成技术、电机电控安全技术、高效高功率密度的先进电机及驱动技术、基于下一代功率半导体的智能电机控制技术、新能源汽车新型传动技术、车载电力电子系统集成技术、轮毂电机核心关键技术、电驱动系统核心元器件供应保障、成本控制和研发创新等议题。

南京越博动力副总经理蒋元广出席峰会并做主题演讲:“重载商用车电驱动系统解决方案”。

蒋元广先生为北京理工大学动力机械工程博士,现任南京越博副总经理、新能源汽车研究院院长,长期从事新能源汽车动力总成产品的研发和管理工作。

蒋总:谢谢贡俊总的介绍。前些天在南京见到贡总,他参与发布2019电驱动产业的一个报告,报告非常好,我最近也一直在学习。今天非常荣幸来做一个交流,关于重载商用车电驱动系统解决方案。上午有一个论坛围绕中重型车的零排放,说明大家都在关注这个领域。报告主要分为四个部分:第一,背景的介绍;第二,关于重载商用车电驱现状和趋势;第三,介绍一些关键技术;第四,总结。

重卡是非常重要的生产工具,近几年得到稳定的发展。传统的重卡销量2018年达到100多万辆,2019年1-5月份有55万辆。重卡在促进国民经济发展中发挥了重要作用。

但是我们看到也带来一些问题,其中排放的问题比较突出,尽管保有量占比较少,8%左右,但在氮化物和颗粒物的占比非常高,上午的那个中重型车零排放论坛应该有比较权威的这方面的数据。可以这么说,一辆重卡相当于几十台小轿车的排放。燃油的成本比较高的,燃油费从整个运输成本来看占比超多1/3,很多物流公司也反映这个问题突出。

电动化在重卡当中开始出现,氢燃料电池有可能将来重卡中得到应用推广,这是未来的目标,但是电动化是一个基础,也是智能化的基础。目前,受电池成本和重量的限制,电动重卡需求主要在两个领域:场地用车,固定的场地,港口、码头、矿区,今天上午也提到机场,机场也开始大量使用纯电动拉人的车、拖行李的车和甚至牵引飞机的车,第二个领域是固定线路短距离运输的车,比如环卫用车、城市用渣土车。右边几张照片是港口、码头、矿区,他们是目前最主要的应用场景。新能源中重卡从2013年开始出现,稳步增长,2018年几百台,新能源中重卡主要就是纯电动,混合动力有整车厂在研究,也有出公告的,基本没有量产,也可能跟补贴有关,还有一些和发动机相关的技术还需要进一步完善。第二张图是牵引车、自卸车和专用车的几类,也正好对应了前面讲的几个应用场景。从2019年1-5月份的电动重卡数据来看,有个非常大的增长,比亚迪有比较突出的产量,6月份的时候,徐工也发布了100台纯电的重卡,那是越博动力提供的总成系统,主要面向与深圳渣土运输的需要。可能也跟深圳出的渣土车的专项补贴政策有关,力度比较大。

这是雷神(美国初创公司)做的一个纯电动的牵引车,36吨载重,续航480公里,做了一个样车。宝马的纯电动重卡车做了三辆运行在慕尼黑,效果不错,但是量比较少。

这是沃尔沃的电动卡车,FL用于城市物流的配送,右边的图是做市政用车的24吨车,两台电机,采用双档变速器,最大续航里程达到300KM,但是量也非常少。奔驰的重卡,动力来自于第二个轴的两个轮毂电机,电机扭矩达到500NM,估计加了减速装置,要不然动力需求达不到。特斯拉的重卡也是去年发布的,四个电机两个轴,每个轴有两个电机加减速器,上面是国外的一些案例,说明大家在关注和研发,目前没有批量生产。量产的,还要看国内的,比较典型就是比亚迪的纯电动渣土车形成批量,满载31吨,280公里,两个桥,每个桥上有电机和4AMT的箱子。我们给徐工提供的动力系统,6月份发布了一百台渣土车,也是面向深圳需求的,满载31吨,和比亚迪是差不多的。

下面我们看一下现状和趋势。动力系统技术路线比较多,方案比较多,像乘用车的,现在的趋势就是围绕三合一高度集成,前后双电驱动用在高性能SUV上,还可以集成各种电控,这是乘用车的趋势。商用车的电驱动方案也比较多,公交用的直驱比较多;另外受到电机成本和重量的一些影响,所以集成变速箱也是商用车里面运用日益增多的一个方案;另外对于电驱桥,有同轴的和平行轴的进行运用,微面车上应用较多,轮边电驱桥在一些高档公交上在使用,轮毂电机桥也有在研发的,总之商用车的方案比较多,技术路线也比较多。简单做一个比较,对于轻型的商用车来讲,市场用得比较多是电机直驱(带传动轴)、电机+减速器(带传动轴),电机+变速箱(带传动轴)这种方案用得比较多,前面两种对于重卡来讲受制于电机的功率和扭矩达不到要求,所以在重卡目前没有应用。重卡应用比较多是电机+AMT的变速箱,比如比亚迪是单电机+4MT的变速器;还有双电机电驱动桥的方案,目前双电机的方案我们在做测试。

我们总结了一下对于重载商用车电驱动的趋势。刚才MARCO先生介绍的,他认为只使用电机是未来的一个趋势,不需要变速箱。我们认为也是这样的,目前来讲还有很长的一段路,用于分布式驱动的轮毂电机是很好的方向,电机的一些关键技术问题还需要解决。现在来看,第一个趋势是变速器的应用要增多,车要适应复杂的工况,包括协调电机是在最大的高效区间,尽量减少电机的规格,降低电机的成本,变速箱的成本相对更可控,也可以减少总成的重量。变速器从无到有,从借用传统的箱子到开发专用的电动汽车变速器。下面是我们原来的八档箱,在现有的产品上做了一些改造适用于电动重卡,现在通过研发重新设计了适合电动重卡的四档箱,变速箱的重量显著减轻。第二个趋势是多电机的应用。重卡载荷变化大,电机的高效向追求运行的综合高效来考虑,另外多电机可以解决AMT系统的动力中断问题。从18吨-30吨-49吨的等速40需求的功率来看,分别在电机MAP上找到相应的点,从两个方案的电机MAP上来看,双电机驱动的方案可以优化效率,向高效区去靠拢。这样在效率上有所提升。第三个趋势是,集成度越来越高,与乘用车一样。电机、变速箱、电控与车桥的集成;电驱动桥与车架、电池包等集成,形成电动化专用底盘。这是越博的双电机电驱动桥的方案,包括电机、AMT和MC,高度集成。右边这张图是AVL的卡车电动化底盘的概念图。

第四个趋势是,高效轻量。电机电控,温老师和蔡博士讲了很深了,我不多讲了。高速电机和高速变速器的应用进一步促进轻量化,油冷技术和扁线技术的开始应用,提高总成的效率,降低重量。第五个趋势,模块平台化。对于重卡来讲,能不能尽量复用一些零部件,采用模块化组合的思路。同一款电机的不同个数组合,应用在不同吨位的车上。

下面一部分给大家介绍一下相关的关键技术。因为目前变速箱是电动重卡必不可少的,再加上刚才电机和电控刚才几位专家讲得比较多,我主要从变速箱的角度看看有哪些关键技术。第一个就是选换档的机构要高效可靠并且低成本。这是我们自己研发的机构,利用滚轴丝杠结构+传感器+电机来做,这个技术是主流的方案,比较成熟可靠,目前持续不断的测试,常温下可以达到300多万次无故障,还在继续测试下去。第二是多参数的EMT换档策略。等会张农教授可能会着重讲讲这方面的技术。TCU根据驾驶员的意图(踏板开度)及车辆的行使状态,进行摘档、电机调速、挂挡、恢复扭矩等换档的过程。因为重卡的载荷变化大,行驶工况复杂,换档策略与实际工况的匹配度直接影响整车综合性能。现在基本采用双参数,输入车速和踏板开度,经过一系列的查表,选择合适的换档策略。三参数换挡策略,把加速度考虑进去。另外我们做一些研究关于五参数换挡策略,在三参数的基础上考虑坡度和负载,将来的效率会更好一些。第三个关键技术是,齿轮的修形和工艺实现。需要综合考虑NVH和效率,多目标优化来设置齿轮的参数。这是修形前、修形后的公差比较。另外高精度的磨削加工可以提高齿形齿向的一些微观精度。最后齿轮箱的最高效率可以达到98%。这些都是在我们重庆的变速箱工厂来实现的。第四个技术讲一下控制器软件的开发和功能安全。TCU、VCU、MCU的软件都在向AUTOSAR和功能安全这些方面来发展。前段时间我们刚拿到功能安全ISO26262流程的认证,所以在这些方面有一些体会。严格按照这样一个流程,采用V模式的流程进行开发设计,从系统设计到软件安全要求的定义,到软件架构的设计,到软件单元的设计,以及后面的各类测试,都要有相应的工具链、文档体系等保证。

第五个是讲智能制造。这两天大会提汽车的“三化”,其中智能化,除了包括自动驾驶,还应该有智能制造的意思,包括整车及零部件的智能制造。我们在新建一个智能工厂,利用全流程的信息化手段把设计环节、制造环节和服务环节打通,建立制造大数据平台,实行加工精度建模和加工质量的在线监测,建成一个柔性化、自动化的智能工厂。目前阶段各类动力总成规模还不是特别大,所以怎么做到高度的柔性化非常重要。通过智能制造,最终要提高电驱动产品的品质和一致性。

最后来一个简单的总结。一是重载商用车是汽车节能减排的重要领域,电动化也是智能化和氢动力的基础,电动重卡在特定的场景已经实现了小规模的应用。二是重载商用车量产车的电驱动系统基本匹配多档的AMT变速箱,主要有中央驱动和电驱动桥方案。我们看到在乘用车上也有在研究应用多档的变速箱,比如FEV在研究两档的AT,蔡博士这边的电磁两档箱。商用车更需要多档的变速箱来配合动力的输出。三是与乘用车电驱动系统一样,向高效率、高集成、高品质、轻重化、平台化、低成本等方向发展。

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