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    行业资讯

    企业如何赢在起点 纯电动客车驱动方案选配分析

    2017-04-11 分享
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            鉴于纯电动客车主要性能指标是由安全性、动力性、电耗能力、平顺性等来表征的,这些指标的高低直接与其动力传动系统优劣密切相关,因此在驱动产品的选配上需要慎重而为。那么在降成本与激烈的市场竞争压力下,纯电动客车企业该如何选配电机驱动方案去拓展市场份额呢?

            本文通过分析对比当前纯电动客车几类主要的驱动方案的特点与应用趋势为车企提供参考。

            据苏州绿控传动科技有限公司纯电动事业部副总经理陈友飞介绍,目前纯电动客车动力系统方案主要分为集中驱动与分布驱动两大类。

            集中驱动分单电机与双电机方案,单电机有直驱、电机+/减速箱与中央驱动桥三种;双电机方案有双电机并联+/减速箱、双电机串联+/减速箱方案以及两个电机+/减速箱(两个电机分立在变速箱两端)方案。

            分布驱动主要分为轮边电机加减速箱与轮毂电机两种。

            一、单电机驱动方案分析

            1.直驱方案

            直驱是纯电动客车上使用最为广泛的一种方案,该方案结构简单,由一台电机通过传动轴与驱动桥连接,结构简单、可靠性高且便于维护。

            但是单电机传动系统由于对电机的扭矩需求较大,因此电机尺寸较大、质量偏重,同时该方案动力性特别是爬坡性能一般、电耗也一般。

            该方案在8米以下公交车上优势比较明显,但电耗、动力性与成本等方面劣势将制约其在公路车上的推广应用。

            2.电机+/变速箱方案

            电机+/变速箱是除直驱方案外应用最广泛的方案,但由于电机转速与扭矩性能等限制,减速箱方案比较适用于乘用车上,在客车上则主要采用变速箱特别是AMT方案。

            较直驱方案,该方案增加了变速箱,动力性能较好、电耗较低,尤其在高速运行时,电耗优势更明显;通过增加一个变速箱,减少了电机和电机控制器的成本,整体成本较低;系统重量也更低,最高可减重40%

            不过该方案也有一个问题,在换挡过程中存在动力中断问题,可靠性比直驱方案略差。

            在轻量化与降成本的趋势下,带AMT的方案在8米以上公交将逐渐体现出其优势;对于公路客车,电耗、动力性、成本等方面AMT方案优势更加明显。

            3.中央驱动桥

            中央驱动桥是将电机横置集中在驱动桥上,取消了传动轴和传统的锥齿轮或螺旋伞齿轮的主减速器,用了一个减速箱或变速箱。

            由于取消了主减速器,可有效降低电耗、集成化的设计也减轻了质量,采用换挡桥特别是AMT换挡可提高传动效率、动力性较强,但非簧载质量较重会影响舒适性。

            中央驱动桥方案由于避免了传统主减速器效率损失,结构也相对简单,在8米以下车型将有一定的优势,而在8米以上车型由于非簧载质量太大,优势并不明显。

            二、双电机动力系统方案分析

            1.双电机并联+/变速箱方案

            以西门子为代表的双电机并联+/变速箱方案通常是变速箱或减速箱有两个输入,通过动力耦合后输出。

            如果是变速箱方案,两个电机可独立工作。只要不同时换挡,就没有动力中断,所以动力性强,两个电机功率分配得好的话,电耗较低。

            2.双电机串联+/变速箱方案

            两个电机串联后可实现动力叠加,然后通过变速箱输入与输出,两个电机扭矩需要实时优化分配,以提高效率,控制复杂。

            3.电机+/变速箱+电机

            该方案将两个电机分别布置在变速箱的两端,类似于混联系统,换挡时变速箱后端电机仍然可以提供动力,没有动力中断,因此,该方案的动力性强、系统功率高、电耗也较低。

            以上三种双电机方案,都存在系统复杂、成本较高、可靠性较低、控制复杂等问题,所以应用范围不广。 

            三、分布驱动方案分析

            1.轮边驱动方案

            轮边电机是电机装在车轮边上以单独驱动该车轮,两侧分别一个电机+ 减速箱,取消了主减速器和差速器,综合电耗比较好。通过控制两个电机来实现驱动和差速,但是差速控制一直都是个难题,目前还没有一个理想的方案完全解决轮 边驱动的差速问题,尤其在高速转弯与路面颠簸上的差速控制难题未解决。而且非簧载质量较高,影响舒适性,目前有少数车型采用此方案。

            2.轮毂电机方案

            轮毂电机由于没有传动轴、减速器等,效率可能更高,所以轮毂电机的电耗优势很明显,但劣势也潜藏其中。正是因为没有传动轴,轮毂电机要承受整车的压力,而且至少要两个电机,成本大概是直驱系统的三倍以上,所以重量和成本很难降下来。


            另外,采用轮毂电机方案要将电机控制器集成到电机里,应用到客车上可靠性难以保证,散热也比较难。所以,尽管轮毂电机能降低电耗,但降低电耗所创造的收益与成本可靠性等劣势是不对等的。因此,轮毂电机在客车上目前基本没有应用。


            小结:在当前的政策与技术水平下,综合考虑各项关键指标,直驱和电机+变速箱的方案比较能赢得市场的青睐,中央驱动桥方案有较好的潜力。

            四、AMT方案与直驱方案的对比

            通过上述分析,我们得出电机+变速箱与直驱方案继续是客车市场的主流方案。而通过研究最新的补贴方案结合企业车型申报的情况看,今年8米和10米公交车型市场较大。针对10米公交车,对2500Nm直驱、1100Nm电机+2AMT1100Nm电机+4AMT进行比较,看看三种驱动方案在动力性、经济性、重量、平顺性以及成本方面的优劣势如何。

            1.动力性

            在动力性方面,4挡的AMT方案爬坡性能最好,2挡其次;直驱方案最差;同时直驱的车速最低,加速性能差。

            2.电耗经济性

            通过模拟典型城市工况对三种方案进行对比发现,直驱方案电耗最多的情况并不是低转速、大扭矩,真正的痛点在于500~1000Nm转低扭矩区,一般公交车运行时100kW就够了,但直驱方案峰值功率可达200kW,电机在低负荷低扭矩的情况下,电耗高。

            2挡AMT方案电机负荷比例提高,4挡的调节更好,平均效率更高。综合下来,AMT方案比直驱方案的百公里电耗可降低4~5个百分点。

            3.平顺性

            一般业界认为AMT平顺性略低于直驱,但通过2AMT配合高转速电机,在40km/h以内,公交工况下基本不用换挡,平均1km换一次挡,所以平顺性与直驱的差别不大。

            4.重量对比

            整体来看,不管是直驱系统还是AMT 系统,电机为动力源,通过转子和定子产生扭矩,其重量和扭矩几乎成线性变化。不同的是,通过变速箱可以大幅降低电机重量。变速箱为动力传递装置,传递扭矩 所需的重量远远低于电机。因此AMT系统重量低于直驱系统。2500Nm直驱电机重量一般为300kg,而2AMT系统重量仅为180kg,在总输出扭 矩增加12%的情况下减重可达40%

            5.成本对比

            从成本来看,电机输出扭矩低于1500Nm时,直驱方案成本更有优势,当输出扭矩高于1500Nm时,AMT高于直驱方案。因为超过1500Nm的话,AMT方案可同时降低电机和电机控制器成本,增加的变速箱成本并不会高于直驱方案。

            最后综合来看,目前6-8 米公交车上采用直驱方案比较有优势,但9-12米的公交以及6米以上的公路车用AMT方案更胜一筹。尤其在补贴降得这么厉害的情况下,车企既要兼顾车辆使 用下的多项关键性指标,又要考虑自己的成本压力,在8米以下公交车上选用直驱方案,在其他8米以上的公交车与公路车选用AMT方案比较具有市场竞争力。

            但上述分析中也提到,在可靠性方面,还是直驱方案比较靠谱,那是否意味着AMT可靠性就不能得到保证呢?

            陈友飞表示绿控主要通过以下几个方面来实现AMT系统的高可靠性:

            1、对于经过上百年验证的变速箱换挡方式,并没有贸然采用需要经过相当长时间市场验证的颠覆性的创新设计,而是取其精华、去其糟粕。仍然才用拨叉、结合套等充分可靠的部件来实现换挡。同时绿控通过创新设计,取消了经常容易出故障的同步环,通过对电机精准调速实现同步换挡。

            2、通过充分的对比分析,纯电动用AMT采用两档方案,档位更少齿轴件更少,可靠性提高。

            3、采用高转速电机,实现公交工况下,绝大多数情况下一档运行,极大减少换挡次数。平均1km换一次档,全寿命周期换挡次数100次以内。换挡次数减少,可大幅提高换挡机构和结合套等部件的可靠性。

            4、创新设计具有专利技术的电动换挡执行机构,大幅减少传动链,核心部件仅有两个。换挡机构经过高低温试验、500万次强冲击换挡试验、实车耐久试验场4万公里试验(相当于普通公路50万公里)等试验验证,可实现整车全寿命周期免维护。

            绿控从12年开始研发AMT纯电动产品,秉承着生产一代、研发一代、预研一代的研发路线,每一次的更新迭代都会上一个新台阶,同时新产品往往会做1年以上的平台测试与样车测试等来确保产品的安全可靠。其研发的AMT纯电动系统已与中通客车、上饶客车、申龙客车、北方客车、东风汽车、一汽解放等多家商用车企业配套。

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