特百佳：客车行业的电气化与自动化趋势探讨

　　2017年8月9日-11日，由城市交通网发起，中国土木工程学会城市公共交通学会、上海市公共交通行业协会等联袂主办的“2017上海国际客车展”在上海新国际博览中心举办。在此次展会期间举行的“中国绿色公交发展高峰论坛”上，与会嘉宾发表了精彩的演讲;与此同时，数百名来自全国公交客车行业的代表参加了此次会议，表达了对新能源客车、绿色公交发展的高度关注。

　　特百佳动力科技有限公司副总经理邓跃跃博士，从客车行业的电气化与自动化趋势进行了探讨，现场实录如下：

　　尊敬的各位嘉宾大家好!

　　新能源客车行业作为产业链的龙头，这几年得到了长足的发展。同时也到了一个行业内围绕补贴政策、技术路线以及发展规划讨论和争议的关键时期。从新能源汽车发展的初期到2020年，整个商用车发展的技术路线基本如图中所示。图中既包括我们常常提到的纯电动、混合动力和燃料电池;也包括发动机的性能提升技术、车载电附件技术以及电力电子的关键技术。

　　另外，我们再看看中国商用车自动化发展的技术路线。我们这里的自动化趋势不是指自动驾驶，而是专指解放司机频繁选换挡和离合器操作的驱动系统自动化趋势。

　　让我们设想一下如果没有商用车的新能源政策的导入，商用车自动化的路线很有可能经历手动变速箱、AMT以及AT等自动变速箱甚至到双离合变速箱的发展过程。其中机械式自动变速器(AMT)在手动变速器的基础上加装电控电动或者气动单元，实现自动换挡。液力自动变速器(AT)在行星机构前加装液力变矩器，实现无冲击换挡，但由于成本高，传动效率偏低，更多应用在工程机械车辆上。双离合变速箱有可能是商用车自动变速器的终极解决方案，在结构上可以采用平行布置的湿式离合器单元，搅油损失达到最小;可是目前还没有成熟的适应于商用车的大扭矩双离合变速器系统解决方案。

　　新能源技术路线的提出，在一定程度上影响了商用车自动化发展的趋势，出现了纯电动、混合动力齐头并举、燃料电池初现峥嵘的局面，基本实现了“弯道超车”的行业发展。但是，我们认为在客车行业关键零部件的发展上，为了保障安全性、可靠性以及动力系统高效性、更应该“平行直道超车”。不然的话，即使我们的产业发展起来了，却依然缺少关键零部件的核心技术。因此，我们认为基于自动变速箱技术的新能源驱动技术，包括多级电机变速箱纯电动以及燃料电池系统、基于P2结构的并联混合动力系统，都必须受到重视和推广。未来商用车领域甚至可能会出现基于双离合变速器的新能源驱动系统解决方案。

　　接下来，我重点介绍一下我们特百佳动力的核心技术。特百佳是一家以商用车驱动技术为主的高科技公司。目前，我们的业务集中在新能源商用车的混合动力系统和纯电驱动系统;并且致力于推动轻型和重型商用车的电控电动AMT技术。同时，我们也是国内最早在商用车双离合器变速器进行技术布局和储备的公司。

　　下面，我想就客车行业新能源系统发展的几个问题作深入探讨：第一，包括混合动力系统的节油率和排放问题，第二，纯电动系统的效率问题;第三，新能源电气系统的安全问题。

　　插电式混合动力系统的节油率由于涉及到补贴的等级，一直是大家持续关注的问题。首先，从技术路线来说，并联与混联各有优势，并联的可靠性以及工况适应性非常优异，混联的燃油经济性略胜一筹。同时，无论并联还是混联，两者同质化趋势非常明显。混联的各种工作模式并联系统完全能够做到，而越来越多的混联系统也倾向于采用多级变速器的方案。我们注意到，很多系统供应商往往能够把单台车、特定工况的节油率做的很高，但是同一批次的车，在实际运营过程中的节油效果反倒没有那么明显，甚至同一批车的节油效果偏差也很大。其次，驱动电机的功率提升、发动机排量小型化以及电池容量的优化也是提升混合动力节油率需要考虑的问题。最后需要说明的是，混合动力系统中，针对单一部件的性能提升的空间已经不大。动力总成系统集成化模块化是未来的重点发展方向之一。现代电控技术和CAN总线技术的发展使动力系统总成成为一个密不可分的整体，通过对发动机、离合器、变速器、电机以及电池总成进行集成匹配和优化，可显著提升商用车的综合性能，使商用车更安全、可靠、环保。

　　那么除了以上提到的几点之外，混合动力系统的节油率有没有可能再有实质性的提升呢?我们知道，混合动力能量分配管理上有个燃油经济性全局优化的理论极限值，这个策略需要对未来的工况进行预测，然后全局优化发动机和电机的扭矩分配以及变速箱挡位的选择。这个策略的难点在于需要实时预测未来工况，以及复杂算法和现有整车控制器CPU和内存的物理限制之间的矛盾。然而，我们公交车运行的绝大多数工况都是循环工况，非常适合这一全局优化策略实现。特百佳目前在这一领域做了非常多的工作。我们的结果显示，在现有的混合动力系统结构上，不需要硬件的任何改变，将现有的插电式混合动力系统的节油率的燃油经济性能够提升10%左右。这个成果非常可观，我们已经完成了转毂和路试实验，下一步就准备投入到市场当中。

　　接下来我们谈一谈混合动力系统的排放问题。众所周知，我国采用的是国际主流的发动机排放、整车油耗的油耗排放的管控方式。但这种方式往往在混合动力系统上不太适用，造成混合动力排放控制策略的巨大差异。在不同的能量管理分配模式下，混合动力客车不一定能既节能又减排，往往只是兼顾了节能，而疏忽了减排的效果。这与我们国家大力发展新能源的初衷背到而驰。

　　特百佳混合动力系统控制策略兼顾了客车上驱动总成以及SCR或者DOC后处理系统的配合工作，既兼顾了节油又保证了有效的减排能力。我们委托第三方所做的的独立测试表明，特百佳的插电式混合动力系统(路试与转毂试验台)可实现46-50%的燃油节省以及61-65%的NOx排放减少。

　　回到纯电动系统领域：现在越来越多的纯电动系统和燃料电池系统，包括物流车、6-12米公交和客运以及30吨以上的重卡采用了电机集成变速箱机电一体化的驱动方案。那么这里面变速箱带来的优势是什么呢?我们一起来了解一下。

　　• 减小电机功率，降低对电机需求，电机系统成本更低;

　　• 降低电机、电池工作电流，大幅提高安全性及电池使用寿命;

　　• 动力性提高，爬坡度大幅提升，爬坡性能轻松>30%;

　　• 电机持续工作在高效区，更稳定，更可靠;

　　• 大幅降低动力系统耗电量 (和直驱相比降低10-15%);

　　• 提升最高车速，且稳定车速区间更高，范围更广;

　　• 制动时电机提供负扭矩通过变速箱变速增扭，提升电机制动性能。

　　最后我想简单聊聊新能源电气系统的安全性问题。这一方面是极其重要而往往被大家忽视的一个方面。特百佳的整车电控系统从一开始的硬件PCB电路板设计、到操作系统架构以及底层软件和应用层软件的搭建都充分考虑了系统功能的安全性。另一方面，我们在客车新能源系统上的配电管理方面提出了智能化、模块化的设想。针对车身不同的电附件，提出了能量管理单元的概念：即通过模块化的设计，针对不同的新能源客车平台可以快速的完成车载高压配电盒的设计和制造;并且出来的产品在可靠性、智能性和安全性都能实现非常大的提升。