國產(chǎn)混合動力AMT:十年磨一劍打破國際壟斷

2017-09-01 16:35:23 科技日報　點擊量：評論 (0)

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

高效汽車自動變速箱核心技術(shù)長期受制于人的短板，成為中國車企的一大痛點。尤其是在混合動力汽車上，基于AMT（自動機(jī)械變速箱）等自動變速箱的混合動力機(jī)電耦合系統(tǒng)，更是被國外公司壟斷，嚴(yán)重影響我國新能源汽車戰(zhàn)略目標(biāo)的實現(xiàn)。

　　清華大學(xué)項目團(tuán)隊歷時10年，針對混合動力系統(tǒng)構(gòu)型創(chuàng)新、高效控制等難題開展攻關(guān)，成功研制出基于AMT的同軸并聯(lián)機(jī)電耦合系統(tǒng)，打破了國際壟斷。該項目在2016年北京市科學(xué)技術(shù)獎評選中，榮獲一等獎。

　　“老司機(jī)”面臨新挑戰(zhàn)

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

　　原來肖師傅開的是搭載了蘇州綠控AMT變速箱的并聯(lián)式混合動力客車，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)項目團(tuán)隊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)能國家重點實驗室李亮、宋健的帶領(lǐng)下，團(tuán)隊長期堅持產(chǎn)業(yè)研用的合作，研制出的商用車AMT同軸并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)，在國內(nèi)具有絕對領(lǐng)先地位。

　　變速箱是汽車中一個至關(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力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，直接影響車輛的價值。然而變速箱一直是國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)的薄弱環(huán)節(jié)，更不用說混合動力汽車上的AMT了。

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

　　經(jīng)常開車的司機(jī)都知道，AMT就相當(dāng)于一位“經(jīng)驗老到的司機(jī)”，會主動選擇最佳換擋時機(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營效率。但對于混合動力汽車，這位“老司機(jī)”面臨新挑戰(zhàn)。

　　“混合動力機(jī)電耦合系統(tǒng)直接決定混合動力汽車動力性與燃油經(jīng)濟(jì)性，基于多檔位自動變速箱的并聯(lián)機(jī)電耦合系統(tǒng)是國際公認(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)是國外各大汽車企業(yè)核心機(jī)密。”同時，“相對于類似普銳斯的混聯(lián)混合動力系統(tǒng)而言，并聯(lián)混合動力系統(tǒng)運行效率與復(fù)雜工況難以適應(yīng)的難題在國際上仍未得到根本解決。”李亮說。因此項目團(tuán)隊需要對機(jī)電耦合系統(tǒng)構(gòu)型進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，同時開發(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)對復(fù)雜運行工況，技術(shù)挑戰(zhàn)度大。

　　項目組經(jīng)過十年的不懈努力，認(rèn)識到突破上述技術(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)計層、執(zhí)行應(yīng)用層、控制協(xié)調(diào)層等三個層次四個核心任務(wù)展開攻關(guān)，創(chuàng)建了混合動力機(jī)電耦合系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)體系，研制出我國首款自主混合動力機(jī)電耦合系統(tǒng)產(chǎn)品，實現(xiàn)了大規(guī)模應(yīng)用，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

　　節(jié)油率提升到45%

　　據(jù)了解，國際上美國伊頓等少數(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)。我國早期推廣應(yīng)用的汽車混合動力系統(tǒng)因缺少可自動控制的變速箱，不具備減速增扭與發(fā)動機(jī)工作區(qū)調(diào)節(jié)功能，整車動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性難以兼顧。

　　針對該問題，項目組發(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，開發(fā)出能充分發(fā)揮該構(gòu)型特長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）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)動態(tài)切換，實現(xiàn)分區(qū)能量優(yōu)化管理，克服了傳統(tǒng)并聯(lián)系統(tǒng)效率低的缺點，節(jié)油率提升到45%。”李亮說，“這個數(shù)據(jù)達(dá)到了國際最優(yōu)水平。”

　　讓汽車領(lǐng)會司機(jī)意圖

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

　　對此，項目組提出了離合器與換擋位置偏差自學(xué)習(xí)算法，實時修正AMT機(jī)械部件磨損、傳感器誤差等帶來的位置偏差；進(jìn)而提出了離合器分離力動力學(xué)模型估計與二階神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)觀測器相結(jié)合的方法，估算離合過程負(fù)載，實現(xiàn)了離合位置精確調(diào)控。

　　“說通俗些，我們就是用人工智能的方法，通過對駕駛意圖量化得到駕駛?cè)思铀贀Q擋目標(biāo)，實現(xiàn)能夠模擬有經(jīng)驗駕駛員離合換擋操作動作的擬人式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。

　　混合動力客車“坡起”不再愁

　　開過混合動力或者純電動車的人都知道，當(dāng)你松油門時，會有能量再生制動。但當(dāng)汽車運行在雨雪等低附著道路時，如果不對機(jī)械制動與再生制動進(jìn)行合理調(diào)控，極易導(dǎo)致車輪制動抱死，發(fā)生危險事故。

　　對此，項目組發(fā)明了基于再生制動車輪滑移率雙向補償調(diào)控技術(shù)，建立再生制動過程整車制動強度與輪胎附著的動力學(xué)模型，進(jìn)而實時調(diào)節(jié)前后輪制動力、驅(qū)動輪再生制動力與氣壓制動力比例，在保障制動穩(wěn)定性與制動能量回收效能的前提下，該方法整車制動距離較常規(guī)門限值方法縮短10%。

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

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

　　昔日只可仰望的對手，今日已是追趕者

　　科技成果只有走向市場，才有意義。鑒于我國缺乏專業(yè)從事混合動力機(jī)電耦合系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)，項目團(tuán)隊創(chuàng)立了蘇州綠控傳動科技有限公司開展創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化孵化。

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

　　如今，蘇州綠控傳動科技有限公司成為了繼美國公司之后，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更加適用于國內(nèi)市場，實現(xiàn)了在性能上超越伊頓。如今，綠控的產(chǎn)品在國內(nèi)市場年銷量已經(jīng)超過了伊頓，為宇通客車、北汽福田、廈門金龍等國內(nèi)20余家客車企業(yè)供貨，并在國內(nèi)超過300個城市的18000輛新能源車上示范運營，占我國并聯(lián)混合動力客車市場的70%。

　　昔日只可仰望的對手，今日已是追趕者。

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