國(guó)產(chǎn)混合動(dòng)力AMT:十年磨一劍打破國(guó)際壟斷

2017-09-01 16:35:23 科技日?qǐng)?bào) 　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

高效汽車自動(dòng)變速箱核心技術(shù)長(zhǎng)期受制于人的短板，成為中國(guó)車企的一大痛點(diǎn)。尤其是在混合動(dòng)力汽車上，基于AMT（自動(dòng)機(jī)械變速箱）等自動(dòng)變速箱的混合動(dòng)力機(jī)電耦合系統(tǒng)，更是被國(guó)外公司壟斷，嚴(yán)重影響我國(guó)新

　　清華大學(xué)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)歷時(shí)10年，針對(duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)型創(chuàng)新、高效控制等難題開(kāi)展攻關(guān)，成功研制出基于AMT的同軸并聯(lián)機(jī)電耦合系統(tǒng)，打破了國(guó)際壟斷。該項(xiàng)目在2016年北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)評(píng)選中，榮獲一等獎(jiǎng)。

　　“老司機(jī)”面臨新挑戰(zhàn)

　　肖獻(xiàn)奇是湖南長(zhǎng)沙寶駿公交三公司913路的一位客車?yán)纤緳C(jī)，他的行駛路線途經(jīng)多個(gè)大專院校和市中心商業(yè)區(qū)，一直以來(lái)都是人多易堵的線路，但肖師傅卻幾乎每個(gè)月都能獲得公司的節(jié)油獎(jiǎng)勵(lì)。

　　原來(lái)肖師傅開(kāi)的是搭載了蘇州綠控AMT變速箱的并聯(lián)式混合動(dòng)力客車，與以前的燃油車相比，現(xiàn)在的車不僅油耗低，而且操控性極好。

　　蘇州綠控正是由清華大學(xué)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的李磊等多位清華大學(xué)汽車系博碩士畢業(yè)生創(chuàng)立的汽車混合動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新企業(yè)，并在清華大學(xué)蘇州汽車研究院得以孵化成功。在清華大學(xué)汽車安全與節(jié)能國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李亮、宋健的帶領(lǐng)下，團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期堅(jiān)持產(chǎn)業(yè)研用的合作，研制出的商用車AMT同軸并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)具有絕對(duì)領(lǐng)先地位。

　　變速箱是汽車中一個(gè)至關(guān)重要的部件，其性能的優(yōu)劣一定程度上決定了一輛汽車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，直接影響車輛的價(jià)值。然而變速箱一直是國(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)的薄弱環(huán)節(jié)，更不用說(shuō)混合動(dòng)力汽車上的AMT了。

　　“我們國(guó)家很早就啟動(dòng)了相關(guān)研究，但要將發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)耦合在一起，涉及到動(dòng)力性耦合、能量耦合，技術(shù)挑戰(zhàn)度很大，一直是我國(guó)混合動(dòng)力汽車發(fā)展的瓶頸性難題。”李亮說(shuō)。

　　經(jīng)常開(kāi)車的司機(jī)都知道，AMT就相當(dāng)于一位“經(jīng)驗(yàn)老到的司機(jī)”，會(huì)主動(dòng)選擇最佳換擋時(shí)機(jī)，精準(zhǔn)換擋，因此可提升汽車行駛的安全性，降低油耗，減少司機(jī)的疲勞性，進(jìn)一步提高商用車的運(yùn)營(yíng)效率。但對(duì)于混合動(dòng)力汽車，這位“老司機(jī)”面臨新挑戰(zhàn)。

　　“混合動(dòng)力機(jī)電耦合系統(tǒng)直接決定混合動(dòng)力汽車動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性，基于多檔位自動(dòng)變速箱的并聯(lián)機(jī)電耦合系統(tǒng)是國(guó)際公認(rèn)的兩大主流構(gòu)型之一，其系統(tǒng)構(gòu)型方法與控制技術(shù)是國(guó)外各大汽車企業(yè)核心機(jī)密。”同時(shí)，“相對(duì)于類似普銳斯的混聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)而言，并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行效率與復(fù)雜工況難以適應(yīng)的難題在國(guó)際上仍未得到根本解決。”李亮說(shuō)。因此項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)需要對(duì)機(jī)電耦合系統(tǒng)構(gòu)型進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，同時(shí)開(kāi)發(fā)更多高效的工作模式以及系統(tǒng)一體化控制技術(shù)以應(yīng)對(duì)復(fù)雜運(yùn)行工況，技術(shù)挑戰(zhàn)度大。

　　項(xiàng)目組經(jīng)過(guò)十年的不懈努力，認(rèn)識(shí)到突破上述技術(shù)難題需在系統(tǒng)構(gòu)型與控制方法上進(jìn)行創(chuàng)新，先后圍繞機(jī)電耦合系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)層、執(zhí)行應(yīng)用層、控制協(xié)調(diào)層等三個(gè)層次四個(gè)核心任務(wù)展開(kāi)攻關(guān)，創(chuàng)建了混合動(dòng)力機(jī)電耦合系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)體系，研制出我國(guó)首款自主混合動(dòng)力機(jī)電耦合系統(tǒng)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模應(yīng)用，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

　　節(jié)油率提升到45%

　　據(jù)了解，國(guó)際上美國(guó)伊頓等少數(shù)公司壟斷了商用車同軸并聯(lián)機(jī)電耦合系統(tǒng)技術(shù)。我國(guó)早期推廣應(yīng)用的汽車混合動(dòng)力系統(tǒng)因缺少可自動(dòng)控制的變速箱，不具備減速增扭與發(fā)動(dòng)機(jī)工作區(qū)調(diào)節(jié)功能，整車動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性難以兼顧。

　　針對(duì)該問(wèn)題，項(xiàng)目組發(fā)明了以多檔位AMT為核心部件的自主同軸并聯(lián)機(jī)電耦合系統(tǒng)構(gòu)型新方案，開(kāi)發(fā)出能充分發(fā)揮該構(gòu)型特長(zhǎng)的七種典型高效工作模式，提出了機(jī)電耦合系統(tǒng)構(gòu)型參數(shù)與控制參數(shù)大規(guī)模（40個(gè)）并行優(yōu)選的混合遺傳算法，成功研制出客車、貨車用系列化機(jī)電耦合系統(tǒng)產(chǎn)品。

　　“根據(jù)交通工況、整車動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性與安全性約束，該構(gòu)型多工作模式可自適應(yīng)動(dòng)態(tài)切換，實(shí)現(xiàn)分區(qū)能量?jī)?yōu)化管理，克服了傳統(tǒng)并聯(lián)系統(tǒng)效率低的缺點(diǎn)，節(jié)油率提升到45%。”李亮說(shuō)，“這個(gè)數(shù)據(jù)達(dá)到了國(guó)際最優(yōu)水平。”

　　讓汽車領(lǐng)會(huì)司機(jī)意圖

　　AMT結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)效率高，但其平順快捷控制是國(guó)際同行公認(rèn)的技術(shù)難題。尤其是機(jī)械變速箱相對(duì)自動(dòng)變速箱制造精度要求低，使用過(guò)程中產(chǎn)品位置偏差與磨損程度一致性較差，進(jìn)一步加劇了AMT離合與換擋過(guò)程的動(dòng)態(tài)沖擊。

　　對(duì)此，項(xiàng)目組提出了離合器與換擋位置偏差自學(xué)習(xí)算法，實(shí)時(shí)修正AMT機(jī)械部件磨損、傳感器誤差等帶來(lái)的位置偏差；進(jìn)而提出了離合器分離力動(dòng)力學(xué)模型估計(jì)與二階神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)器相結(jié)合的方法，估算離合過(guò)程負(fù)載，實(shí)現(xiàn)了離合位置精確調(diào)控。

　　“說(shuō)通俗些，我們就是用人工智能的方法，通過(guò)對(duì)駕駛意圖量化得到駕駛?cè)思铀贀Q擋目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)能夠模擬有經(jīng)驗(yàn)駕駛員離合換擋操作動(dòng)作的擬人式AMT換擋控制，從而達(dá)到了AMT換擋燃油經(jīng)濟(jì)性與駕駛性綜合最優(yōu)。”李亮說(shuō)。

　　混合動(dòng)力客車“坡起”不再愁

　　開(kāi)過(guò)混合動(dòng)力或者純電動(dòng)車的人都知道，當(dāng)你松油門時(shí)，會(huì)有能量再生制動(dòng)。但當(dāng)汽車運(yùn)行在雨雪等低附著道路時(shí)，如果不對(duì)機(jī)械制動(dòng)與再生制動(dòng)進(jìn)行合理調(diào)控，極易導(dǎo)致車輪制動(dòng)抱死，發(fā)生危險(xiǎn)事故。

　　對(duì)此，項(xiàng)目組發(fā)明了基于再生制動(dòng)車輪滑移率雙向補(bǔ)償調(diào)控技術(shù)，建立再生制動(dòng)過(guò)程整車制動(dòng)強(qiáng)度與輪胎附著的動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)而實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)前后輪制動(dòng)力、驅(qū)動(dòng)輪再生制動(dòng)力與氣壓制動(dòng)力比例，在保障制動(dòng)穩(wěn)定性與制動(dòng)能量回收效能的前提下，該方法整車制動(dòng)距離較常規(guī)門限值方法縮短10%。

　　針對(duì)AMT換擋固有的動(dòng)力中斷特性極易引起汽車坡道起步溜車的難題，項(xiàng)目組發(fā)明了基于氣壓制動(dòng)系統(tǒng)主動(dòng)壓力調(diào)節(jié)的坡道起步輔助技術(shù)。基于坡起輔助技術(shù)，搭載的混合動(dòng)力客車坡道起步能力較美國(guó)伊頓系統(tǒng)提升了2倍，可全面適應(yīng)我國(guó)西南山區(qū)道路條件。

　　“相對(duì)國(guó)外公司AMT并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)的最大起步坡度10%，綠控的產(chǎn)品則達(dá)到30%。”因此，在我國(guó)重慶等山區(qū)城市，道路上運(yùn)行的新能源公交車絕大部分采用的都是綠控的產(chǎn)品。

　　昔日只可仰望的對(duì)手，今日已是追趕者

　　科技成果只有走向市場(chǎng)，才有意義。鑒于我國(guó)缺乏專業(yè)從事混合動(dòng)力機(jī)電耦合系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)創(chuàng)立了蘇州綠控傳動(dòng)科技有限公司開(kāi)展創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化孵化。

　　據(jù)了解，公司先后研制出AMT及混合動(dòng)力系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)，建立了我國(guó)第一條機(jī)電耦合系統(tǒng)生產(chǎn)裝配檢測(cè)線；制定相關(guān)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)11項(xiàng)，生產(chǎn)工藝12項(xiàng)；制造出覆蓋6—12米混合動(dòng)力/插電式混合動(dòng)力/純電動(dòng)客車用4個(gè)系列機(jī)電耦合系統(tǒng)產(chǎn)品，打破了國(guó)外公司獨(dú)家壟斷。

　　如今，蘇州綠控傳動(dòng)科技有限公司成為了繼美國(guó)公司之后，全球第二家具有基于AMT的機(jī)電耦合系統(tǒng)研發(fā)與制造能力的高新技術(shù)企業(yè)。

　　由于綠控的AMT更加適用于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了在性能上超越伊頓。如今，綠控的產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)年銷量已經(jīng)超過(guò)了伊頓，為宇通客車、北汽福田、廈門金龍等國(guó)內(nèi)20余家客車企業(yè)供貨，并在國(guó)內(nèi)超過(guò)300個(gè)城市的18000輛新能源車上示范運(yùn)營(yíng)，占我國(guó)并聯(lián)混合動(dòng)力客車市場(chǎng)的70%。

　　昔日只可仰望的對(duì)手，今日已是追趕者。

責(zé)任編輯：lixin

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