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SAECCE 2020 | 绿控传动李磊:新能源中重卡驱动系统发展研究

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SAECCE 2020 | 丁晓华:如何利用平台对电池实际的健康状态评价

2020中国汽车工程学会年会暨展览会(SAECCE 2020)于2020年10月27-29日在嘉定上海国际汽车城-上海汽车会展中心举办,汇聚汽车及相关行业的企业高层、技术领军人物、资深专家学者、广大科技工作者。10月29日,苏州绿控传动科技股份有限公司董事长李磊在本次大会上发表了主旨演讲。

 以下为演讲实录:

第一部分,当前国内外卡车的发展现状。其实对我们来说混动和插电混动是基本一样的,主要是电池配比的数量不一样,而增程式、纯电动、燃料电池对驱动部分我们认为也是基本一样的,主要是电能的供给方式不一样。

从市场角度来讲,现在一个是油耗法规,大家讨论的越来越多,还有一个就是常规制的限行,包括苏州、济南等很多城市现在已经对物流车的燃油车进行了限行,现在的成本也在大幅度下降,市场也逐渐从原来对车抵制到接受到现在喜好了,所以我们说新能源化也是卡车发展的一个趋势。目前国内新能源卡车主要以纯电为主,混动都在讨论,之前大家对混动持有疑虑,说混动是过渡技术路线,是不是可以不搞了,但是最近重新把混动提上日程,我们认为是比较理性的做法。国外不光有纯电卡车还有很多的混动卡车。卡车最小有1吨,最多到100多吨,适用的场景非常多,有港口、山区、平原等各种路况,所以根据不同的车型应用场景,用户的需求也有非常大的差异。国外很多卡车市场都有混动的车型,日野、奔驰、沃尔沃等,很多都已经实现量产了。纯电的国外也实现了一些小批量的生产。国内现在有一些卡车,包括东风商用车的P1混动已经实现了小批量的生产,联合卡车的P2混动也实现了小批量的生产,吉利的混动卡车P2混动也在媒体上发布了,重汽的P2混动已经发布了,但是还没有实现量产,很多厂家都在做混动的研究,我们在里面放的只是其中一部分在媒体上有介绍的,在媒体上没有介绍的我们也不好说。

纯电的这两年的量产比较多,包括去年深圳的渣土车上了4000多台,比亚迪上了2000多台,开沃的上了1000多台,东风商用车这几年也有几千台的销量,包括其他各个车厂基本都有纯电的车型。

混动的从构型来源讲有P0、P1、P2、PS、P3、P4,还有P0+P2,P0+P3+P4,因为我们一直做了混动,做了18年,各种混动的产品都做过,也做过PS的,也做过P0+P2的,其实都有,相对来说我们对各种技术路线的评价可能会比较中立一点,我们认为每种构型都有优缺点,也不能说一种构型打天下,而每种构型都有适合的地方,所以我们其实最关键的是做哪种构型要找到这个产品适合的场景。

像P0由于空间比较小,所以电机一般很难做的比较大,但是成本增加比较小,整车改动比较小,都是48V系统,但是有人想把48V系统做大,现在也有的商用车企业想把48v做到30千瓦甚至40千瓦,如果没有38千瓦以上的48V的系统,我们对比下来48V系统如果功率做大和高压系统就已经没有优势,因为它就做10来个千瓦是比较优势的。

P1相比P0构型可以做得更大,并且效率也可以提高,一个是高电压可以提高效率,第二个就是直接传动,因为P1是直接传动,P0有一个皮带,皮带效率比较低,而且整个改动比较小,但是成本可能稍微高一点,但是局限于比如说没有办法纯电动行驶,而且起步的时候仍然存在半联动的离合器磨损的问题,所以我们建议需要可以用在进行动力强化,且短期内无法切换自动变速器的牵引车,我们觉得P1的结构更适合发动机厂来做,变速箱厂不可能做P1的。

P2的构型在P1的构型上面增加了以纯电行驶加速助力,通常是纯电行驶,所以也只做了P1,比P1的构型大一点,成本略高于P1,但是其实高的并不多,因为该有的电池还有,电池、电机冷却系统都要有,但是有一个可以自动匹配变速器,其实自动变速箱在各个厂已经实现了批量生产,东风、重汽、解放都已经实现了自动变速箱的生产,现在已经不是一个瓶颈了,所以我们认为后面P2的构型可能用的比较多,包括国外的新卡、中卡、重卡全是P2的构型,这应该重卡上面是最理想的一个构型。然后接下来的场景主要在频繁起步的一些车型,包括路况好的,后面我还有其他构型的介绍,包括大载重、长里程、油耗大的一些牵引车。。

P3、P4、PS的构型也都在尝试,但是在重卡上面其实用下来效果不是特别的理想,首先P3、P4、PS这些构型很难兼顾大扭矩,因为商用车需要很大的驱动扭矩,如果没有变速箱很难起步30%的爬坡度,包括最高车速80、100。所以相对来讲我们认为这些构型更适合4.5吨以下的车型。而P4现在有的构型就是一个轮子用油驱动,一个轮子用电驱动,因为6×4,但是这种存在一个很大的问题就是扭矩分配,一旦没电了,你那个电驱动的轮子就没有扭矩了,这样整车不管是爬坡还是加速基本是降一倍,出P1+P4再发电,P1+P4就有问题,P1工作的时候另外一个桥,燃油驱动的桥也没有动力,相对动力还是减半的。串联构型,大家提到的发动机工作点经济,平均功率需小的车型可大幅度减少发动机,但是成本比较高,两个电机功率都不能小,如果持续爬坡假如说需要300千瓦,发动机也要300千瓦,另外损耗会很多,柴油机的工作点已经非常经济了,不像汽油机,能直接驱动尽可能直接驱动,电机的损耗远远比能把发动机效率提高那一点要损耗的多的多,所以我们建议在适合工程机械,发动机工作点变化非常频繁,基本就没有匀速工作的时候,总体功率需求不高,高速及匀速的较少,这种更适合用串联。

我们现在有串并联的构型,并联存在一些缺点,尤其是商用车是AMT的并联,可能会存在换档动力中断,可能大家觉得换档动力中断无所谓,前提是在平路上面,如果是在爬山的时候,尤其是在大坡1档换2档基本很难换,所以很多车子都是锁档前进,一方面车子运行效率非常低,另外一方面就是发动机工作点很差,包括国外AMT都用在牵引车上面,自卸车、矿车没有用AMT的,所以换档动力中断对于复杂路况还是影响非常大的。另外还有一个就是在纯并联工况在低速拥堵的时候,因为只有一个电机,既不能发电又驱动,电耗尽了怎么办,只能发动机来介入。像韩国现代原来标准的P2的系统后来就没有办法,就加了一个P0电机用于解决拥堵工况下的发电问题,所以还是有它的缺陷。现在提出P2+P2.5的构型,相当于是两个电机,在发动机换档的时候另外有一个电机可以进行助力,可以完全达到换档动力不中断,爬坡效果非常好。另外拥堵工况可以进行串联行驶,解决拥堵工况亏电的问题。

这个就是我们现在P2+P2.5的构型,目前用在像山区地区,以及拥堵的城间区,因为结构类似于DCD的结构,但是我只用一个机,另外一个机的输入驱动是采用电机进行驱动,这样的话两档可以同时驱动,换档可以达到AT的效果,打一个比方,AMT爬坡相当于单手爬梯子,必须手要往上够,但是DCT类似于动力不中断是两只手爬梯子,就比单手爬梯子的安全性、速度高很多。而且根据动力需求,三个动力源都可以分配动力,能耗最低,而且相当于两个电机,一个电机工作在基数档,一个电机工作在偶数档,然后发动机可以在所有档位都可以工作。

这个是重汽的P2的混动,这是我们仿真的效果,其实实际上提升不了这么强的动力性,P2没有那么多电,一般动力性提高到20%左右。油耗方面,这是我们在实际工况运行,车重50—55吨,单车里程10.5公里,燃油车的油耗54.7升,混动以后是33.9升,54.7升,节油率大概38.05%,这里头节油的贡献,最大的还是制动能量回收,城市内的是贡献最大的,第二个是待速停机,因为在工地上有很多等待的时间,有时候手动挡在加速的时候为了提速快,很多人会把发动机会到2000多转,所以燃油经济性并不是太好。

这个是我们从苏州到福建的,有一定的坡度,往还1000多公里,节油率大概在10%左右,所以很多人说节油率做到20%、30%,牵引车在高速做到30%就能量不守恒了,在平原路面就是8%—10%,在山区路面10%—15%是正常的,这里面节有率的贡献,有一部分是制动流量回收是7.2%,发动机工作点优化1.53%,当然这个我们是在没有改变发动机的情况下,所有很多人说混动能把发动机的效率提高5%基本不可能,传统燃油车+大马力发动机+小速比后桥发动机工作点已经非常经济了,平均工作点基本能在190克/千瓦时,我们提高5%什么概念?那个发动机的最经济点都没有这么好,都在182、183。所以对于混动来讲干线牵引,如果想把发动机工作点优化其实很难,除非对比的驾驶员是一个很差的驾驶员,老是不让发动机在优化点工作,但是牵引车的驾驶员都是熟练驾驶员,待速停机还是比较少的,牵引车我们不太建议用待速停机,意义不大。

用户收益,牵引车基本可以做到比传统的车型大概贵3—6万块钱,基本上也是大概在1—2年能够收回成本,动力性我们用10升的发动机加混动系统可以达到13升的效果。

这是一个燃油车爬坡,只能锁在一档,一换档车就要后溜。

这个是混动的,就是动力不中断的混动,这个车三档这样爬,基本上效率大概提高了60%的爬坡效率。

这个是在矿卡上面的混动的P2+P25串并联的驱动系统的一个效果,因为中国的自动变速器领域大部分都是跟踪国外,我们是立志让我们的动力不中断的变速箱达到AT的效果,但是成本并不比AT高,而且可以比AT节油率达到50%以上,我们的目标是用这个车型来成为一个新的商用车变速箱的引领产品。

另外就是纯电动,这个是电机直驱,这个结构最简单,但是爬坡能力不强,主要用在一些港口牵引,不需要大坡也没有高速的情况。电机+AMT变速箱结构比较简单,但是缺点还是换档中断。现在也有两个电机架一个变速箱,我们在港口牵引公交上也用,在换档时候补充一定的动力,但是补充很大的动力也很难。

也有异轴输入的,高速电机异轴输入的驱动系统,也可以存在带换档不中断,但是安排整个会比较宽,因为宽度基本是在800多,并且有一个很大的缺点,有是没有直接档,我们认为在商用车领域没有直接档的确就是耍流氓,因为我们传统的卡车、燃油车也是叫大马力发动机加直接档变速箱小速比后桥,而中卡更讲究传动效率,有两个点的效率损失经济油耗就高两个点,所以要减小传动的,比如说能用两级就绝对不用四级,能用单级就不用两级。爬坡存在动力不足的问题,我们现在也用在纯电上面,其实也是DCT的一个构型,优点就是换档动力不中断,缺点很明确,结构复杂,控制比较复杂,成本也比较高,所以我们用在对动力不中断有明确需求的一些车型,比如矿差动力中断了效率非常低。电驱桥,刚才有轮边的,轮毂电机我们觉得也是一个划时代的产品。双电机的也可以实现换档动力不中断,但是电驱桥有一个问题,在爬坡的时候如果一个桥遇到低俯路面,传统车有桥间差速,所有动力会到另外一个桥上去,但是电桥如果有一个桥失稳了,遇到湿滑路面动力就减半了,所以比亚迪的车子在深圳爬不上坡,不是扭矩不够,而是因为在爬坡的时候一旦一个桥打滑了,他的爬坡率就会从30%降到15%的爬坡能力,所以另外一个桥再爬就上不去了,所以如果要解决这个问题一定要解决桥间差速的问题,所以我们认为适合路况比较的牵引车,比如港口的车型,而且对空间要求比较简单的。

最后的发展方向,集成化、高速化、高效率以及动力不中断。集成化的电机,我们认为电控和电机的集成,实际上可能是对整车来讲效率最高,但是现在有一个现状,做电机厂家一般不做电控,做电控厂家不做电机,如果电机电控都做的话,其实电机和电控集成效果最好,包括乘用车,其实都是电控跟电机进行集成。第二个就是高档速加小档变速箱,能用6档就不用12档。第三个高效变速箱,因为变速器的效率每提高一个点,对于整个损耗就会少很多。另外还有一个动力不中断,如果说动力不中断的成本做到和动力中断成本一样的话,大家会选择动力中断吗,开了AT的绝对不会开AMT。

趋势,像牵引车就做一个HEV,没有必要做PHEV,现在免购置税了,可以做PHEV,然后P2.5就适合路面的爬坡、复杂路面的。

感谢大家的关注,谢谢。

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(注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅,仅作为参考资料,请勿转载!)

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