基于带AMT的纯电动客车的优势分析及实验验证

巩建坡，王晓彬（中通客车控股股份有限公司新能源工程中心，山东 聊城 252000）



新能源汽车

基于带AMT的纯电动客车的优势分析及实验验证

巩建坡，王晓彬
（中通客车控股股份有限公司新能源工程中心，山东 聊城 252000）

目前纯电动客车大多数采用的纯电机直驱结构方式，安装控制相对简单，但是由于电机本身特性的原因，在运行过程中，电机的实际效率往往都比较低，这一定程度上影响到了整车的能耗和续驶里程，而通过加装AMT自动机械变速箱则可以通过调节换挡点，使电机工作在较高的效率区间内，通过实验验证，取得良好的效果和经济效益，为批量化市场应用推广提供了强有力的技术数据支持。

AMT自动变速箱；纯电动；实验

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年在国家新能源补贴政策的刺激下，纯电动车辆出现井喷式的发展，纯电机直驱由于安装控制简单，占据着绝大多数的销量。考虑到能耗，都希望以最少的成本来实现更多的行驶里程，通过增加电池容量来增加续驶里程并不经济。目前市场上电机固有效率虽然较好，但在实际的运行状态下，电机的有效效率并不高，通过提高电机使用效率上可以达到降能耗增加续驶里程的效果。本文就是在该背景下通过将永磁同步电机与AMT自动机械式变速箱高度集成于一体，实现了基于驾驶员意图识别的动态换挡控制，优化了扭矩输出和各挡速比，使电机大部分时间处于高效转速区间内工作［1］，提高了动力性能和经济性，经过对比取得明显的效果，为该技术路线的实施提供了数据支持。

1、性能对比

下面以不同驱动模式的中通10.5m纯电动LCK6108EV的试验数据进行对比说明。

1.1试验车辆参数

表1　整车参数

1.2测试对比及分析

表2　两种驱动系统动力性及经济性试验数据对比

由以上参数对比可以发现由于增加变速箱，通过变换档位来扩大输出转矩和转速的变化范围，整车动力性能更好，尤其能够兼顾最大爬坡和最高车速的要求，以适应经常变化的行驶条件，满足客户不同的驾驶需求。

相比较动力性而言，客户更关心的是运营成本也就是能耗的高低，因此经济性对整车来说至关重要。两车在匀速和标准城市工况下进行对比试验，对比相同的匀速试验，可以看出配备AMT系统的客车比直驱形式的纯电动续驶里程平均约高50km，相同的标准城市工况下，AMT加电机系统比直驱系统每公里能耗低10%左右，能够减少10%的电池能量消耗［2］，这对满足客户要求的续驶里程的电池来说节省了大量资金成本。

1.3其他对比

对两种结构在相同工况条件下电池的电流曲线分析发现

通过对比可以明显看出，动力电池峰值放电电流较直驱模式车辆小，平均电流低于直驱模式车辆，进而会减少线路热损耗起到节能效果，同时也减小电池放电倍率，有利于电池长期使用，减少客户全生命周期运营费用。

2、差异对比分析

由于两辆对比车辆参数基本一致，而能耗差距能达到10%，为此我们从电机的实际使用效率上对其进行分析研究。将两车进行典型城市工况下电机工作点及效率区间绘制出来，统计电机工作点在不同效率区间占比。通过统计对比在运行过程中电机效率点的分布情况，分析不同系统能耗不同的原因。

2.1直驱系统电机工作区分布

通过对典型城市工况模式下电机驱动分布点进行统计发现：在电机最高效区间（上图中30匀速的区间）的占比仅为8.78%，次高效区间（电机转速1200-1600rpm，扭矩0-500Nm区间）的占比为 3.9%；而在实际电机驱动分布最广的区间，电机转速（400-1200rpm，扭矩0 -500Nm）区间，占比为17.46，在该区间电机的效率并不是高效区或次高效区间；而电机实际运行效率较低，造成了严重的能量浪费，也影响的整车的续驶里程，使车辆在市场上电耗相对较高，同样条件下，和竞争对手的较量中处于劣势，因此需要如何在保证系统动力性的条件下提高系统的经济性成为了亟需解决的难点。因此如果要改进电机工作效率需将电机的高效驱动区间与次高效区间左移，在电机转速（400-1400rpm，扭矩0-500Nm）区间设置电机的最高效区间，但是纯电直驱电机一旦成型，特性就已经固定了，没法再做改变。

2.2AMT+电机系统电机工作区分布

通过对工况模式下电机驱动分布点进行统计发现：在电机效率≥91%区间的占比为 9.57%，88%～91%区间的占比为38.23；85%～88%效率区间占比为17.84；82%～85%效率区间占比为10.36。在电机效率区间82%以上的占比为76%，该系统可以利用对挡位的控制调节电机的工作点，使电机长时间运行在理想区域[3]，电机工作在高效区的占比远远大于直驱系统。

2.3带AMT系统电机工作在高效区原因分析

直驱系统，一旦电机系统与主减传动比确定后，在载荷一定的情况下，电机的工作区间不可在调整，而带AMT系统在这些参数确定后可通过变速箱对电机的工作区进行调整，比如调整换挡点等。

由图可知电机效率在大于 80%以上的效率区间内的占比，调整后相比调整前各个区间段内占比都有2%—5%提升，对应的即是能耗的降低。

3、其他优势对比

纯电动用AMT加电机系统，与纯电机驱动相比除了整车动力性和经济性以外还有以下几点：

（1）通过变速箱的调速增扭的作用，在满足车辆具有足够的动力性能的同时，可有效降低驱动电机及电机控制器的功率，提高电机系统的运行效率。电机系统功率的减小进而也减小了电池系统的峰值放电电流，降低了电池放电倍率的要求，提高了电池的使用寿命，电池和电机的成本相比纯电动有一定程度的降低。

（2）增加变速箱后改善驱动力矩控制，所以驱动电机峰值放电流变小，控制器所配置的 IGBT 功率模块及电容等部件相对规格也变小，故控制器结构体积也变小，便于空间布置和安装，同比控制器体积缩小 1/4，进一步降低了零部件的成本。

（3）由于AMT自动变速箱的阻尼作用，可有效减小加减速时主减齿轮惯性冲击，增加齿轮寿命，进一步提高车辆的舒适性和可靠性，同时车辆后桥速比配选范围变宽，无需专门定制车桥。

4、总结

由此可见，纯电动加上AMT系统具有明显的技术优势，减小对电机的要求，将是未来发展的趋势[4-5]，虽然相对直驱增加了变速箱，但是降低了电机和电池的成本，再加上订单增多批量化成本降低，所用变速器为成熟批量产品，因此对总成采购成本的影响不大，保证了性价比。电机加变速箱的EMT系统的相对纯电直驱来说控制上相对复杂一些，但是国内混合动力技术发展一定程度上弥补了因为变速箱换挡产生的不平顺的劣势，目前国内主流的系统供应商包括伊顿、绿控、博越、精进等厂家都开发了带变速箱纯电动系统，因此该种技术路线市场潜力巨大，前景值得期待。

[1]刘勇.中通给纯电动客车装上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]李顺波;纯电动客车综合换档规律研究[D].吉林大学.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]罗光涛;纯电动客车自动变速器(AMT)系统探讨[J];汽车齿轮;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

巩建坡（1987- ）男，硕士，工程师，主要从事新能源客车动力系统匹配研究工作。