2024年3月26日-28日,2024中國商用車論壇在湖北省十堰市舉辦。本屆論壇由中國汽車工業協會主辦,以“新步伐 新成效 新提高,助力商用車產業高質量發展”為主題,基于行業高質量發展要求、國家“雙碳”目標實現、汽車產業轉型和創新需要,以創新促改革、促轉型、促發展,助力商用車產業高質量發展。其中,在3月28日上午舉辦的“主題論壇一:‘雙碳’背景下商用車綠色低碳轉型升級之路”上,東風汽車股份有限公司新能源開發中心總師雷永超發表精彩演講。以下內容為現場發言實錄:
各位專家、各位同行,上午好!我是來自于東風汽車股份有限公司,東風汽車股份有限公司是負責東風集團輕型商用車的業務板塊,剛才商用車的黃總是負責中重型,我們是負責輕型。
今天給大家分享的是《輕型商用車混合動力技術發展趨勢》。分四個方面:新能源商用車發展趨勢、混動輕型商用車市場機會、輕型商用車混動技術路線、輕型商用車混動技術發展趨勢。
新能源商用車發展趨勢,首先是從政策法規層面來解讀。在2030的碳達峰和2060年碳中和的背景下,國家在新能源上的政策是不斷加強,大力推廣新能源汽車。第一新能源的路權,主要是指路權的開放,現在更多的城市取消新能源貨車的限行;第二商用車的積分主要是基于在2023年我們國家在刺激新能源的時候把補貼給取消了,轉變為積分的管理方式;第三是公共領域電動化,主要是在2023年2月份,工信部和國家的另外一起的八個部委發布了要求開展公共領域的電動化,公共領域電動化主要是指包括公交、出租、環衛、郵政,還包括一些城市物流等等;第四,前面的專家也說到了一些排放和第四階段的油耗,實際上第四階段的油耗,我們是預判在現在已經執行的第三階段油耗的基礎上再加嚴10%—15%,所以給混動帶來了一些市場機會。
再看一下,在2023年全國汽車銷量是同比增長了12%,但是新能源的銷量的增長是38%,也就是說新能源的增長速度高于汽車行業的增長速度。新能源的滲透率進一步增加,2023年滲透率已經達到了31.6%。在2023年新能源的乘用車增加是38%,但是新能源的商用車貨車是增加了47%,也就是說貨車的新能源增長要高于乘用車新能源的增長。新能源的貨車滲透率已經到9.7%。
這是新能源商用車的整體銷量的走勢,2023年同比增幅是7.2%,滲透率是11.5%,我們從下面這張圖也可以看到,在2023年后面幾個月增長速度是明顯加快。
前面幾位專家說了新能源商用車路徑主要是聚焦于純電、混動和氫燃料,這個跟大家所理解的是一樣的。
混動輕型商用車的市場機會,大部分城市對燃油車輕卡進入三環和內環都有入城證等方面的限制,預測油車在外環和市郊使用也逐步限制,綠牌電動和混動輕卡的使用范圍會越來越廣泛。
PHEV插電混動可以解決純電用戶和燃油用戶的痛點,輕卡的純電用戶一個是購車成本高,充電時間長,有續航里程的焦慮,不支持高效物流,也就是平常物流里人歇車不歇這種,每天運載到18個小時以上的高效物流續航里程是不足以支撐的。再次,由于電動車的電池、續航里程的影響,它的承載設計能力是低于燃油車的。但是燃油車又沒有路權,市區的工況油耗也比較高。
所以基于這兩個用戶的痛點,混動車有它的獨特的幾個優點:第一個是享受綠牌的路權,城市工況更加節油,如果是在滿油滿電的情況下應該是可以節油1/3;低排放更低、更環保,無續航焦慮,不依賴充電樁,尤其是在一些農村和山區,在充電樁不充分的情況下;極端天氣適應性更好,尤其是在低溫或者極端高溫的情況下;整車承載接近甚至于超過燃油車,購置成本更低。
這是從用戶端對整車和總成開發的需求目標,第一個是動力經濟性,由于混動有電機的加持,所以它在低速扭矩起步時候的動力性是明顯優于燃油車。經濟性目前從我們的實測來驗證,應該是大于30%。駕駛感,我們是在新能源商用車做混動之前,中國基本上99%都是手動變速箱,后面雖然有一些重型商用車和輕型商用車也嘗試了AMT的自動變速箱,但是因為頓挫感依然比較明顯。但是在新能源和混動的時候,我們已經實現了E-CVT無級變速,所以整個駕駛感要明顯優于傳統燃油車。續航剛才也說了滿油滿電情況下,相同配置的情況下,續航要高20%。成本,用戶的首次購車成本較低,TCO的回收要比純電早了兩年。路權,因為享受綠牌。
輕型商用車混動路線在2021年之前,混動技術還是百花齊放,在2021年以后,三條技術路線基本上明確為PS(功率分流),P1+P3、REEV增程,P2的技術路線在輕型車里面逐漸被邊緣化了,但是P2技術路線可能更多的應用在重型卡車上面。
專用混動電驅系統,也就是集成式DHT將成為主流,集成式的專用混動變速箱主要是針對在前些年的Add-on,也該是傳統的AMT變速箱加了一個電機。雙電機是混動的主流,前面說到功率分流也好,P1+P3也好,都是雙電機,一個是發電,一個是驅動。商用車使用工況多變,構型繁雜多樣,相較乘用車,其混動技術對應的設計復雜度更高,控制維度更多和工況適應性要求更加嚴格。
第四部分是輕型商用車混動技術發展趨勢。
發展趨勢1:多因素集成的混合動力系統設計方案。
商用車混動系統拓撲架構繁多,內部混動系統控制架構、控制策略繁雜多樣。商用車行駛工況復雜,系統設計對工況適應要求較高,所以多因素集成的混合動力系統的設計方法尤為重要。多因素集成的混合系統設計方法考慮到了以下五個方面:部件效率的特性、運營工況的需求、控制策略的影響、傳動效率的特性和動力性要求。基于這五個集成以后,我們可以實現解耦傳動效率、工況需求與系統控制之間內在的復雜關聯性,綜合多因素影響,實現高適應性兼顧性的動力性和經濟性的設計,多目標權衡最優理論尋優計,部件參數一些耦合機制,深度挖掘混合動力系統的性能。
發展趨勢2:多維多域集成的混合動力商用車控制方法。
基于智能網聯環境信息,開發適應實際道路工況的能量優化控制策略,在智能網聯環境下能量的管理控制。基于穩態情況下,車輛傳動、系統參數的模型、整車及附件參數的模型的一些匹配,再就是損態混動能量的管理策略、AMT變速箱的換檔策略(主要是指混動的多檔)、熱管理控制策略的控制,最終實現轉速的解耦、功能的一些耦合等等,實現了面向損態過程穩態化的人、車、路閉環和動力系統的功率自適應性耦合控制。再就是動力域與熱管理集成的優化,這個主要是基于能量的管理策略來適應動力系統的需求功率,還有一些循環工況,從而實現動力系統,也就是平常說的發電機、發動機、電池;再就是傳動系統、熱管理系統整個的綜合管理。
如何分析動力、傳動、熱管理等多系統耦聯關系,實現節能、舒適綜合品質協同發展。主要是從三個方面在協同,一個是域控制架構,還有分布式控制的架構,再就是物理層。域控制架構主要是指集成的算法、集成的關鍵、集成的控制。分布式的控制架構主要是基于混動的一個整車控制HCU,對發動機的控制器ECU、AMT的控制器TCU,還有電池的熱管理BMS,以及電機控制器MCU協調性的管理。
發展趨勢3:混合動力系統自動化標定技術研究。
標定是定義汽車未來,決定產品最終表現中最為核心的一環。現有的商用車標定普遍采用人工標定,僅在指定工況采用,標定后參數基本不更改,同時標定理論不明確,核心標定參數耦聯繁多,同時被標定構型也繁雜多樣。所以最優標定參數的更新主要是車聯網狀態信息的獲取,再實現工況預測的算法,從而實現工況特征參數的提取,最終達到最優控制參數的一些獲取,然后實現參數的更新。
數據更新主要是在歷史工況更新,也就是我們平常在路鋪的采集,最終實現離線最優的標定參數的計算,最后實現經驗池的更新,也就是數據庫。最終達到結合構型及工況需求的自適應要求的新標定參數,利用云計算平臺處理復雜的一些標定參數,實現在線更新,標定參數需實現自動化的特征。
發展趨勢4:混合動力系統多檔化。
乘用車在2021年的時候,應該說是混動的元年,那個時候還有部分的一些乘用車走到前面了,因為開始都是一個擋,后面逐漸的包括很多乘用車也實現了二擋、三擋,像東風馬赫已經實現四個擋。實際上商用車和轎車也是基本相同的,我們從發動機工況的落點可以看出,綠色的因為實現了兩個擋以后,它的高效落點往左邊編譯了,否則就是在右邊的低效區。
發展趨勢5:新型雙源多模混合動力技術不斷迭代。
圍繞新型雙源多模混合動力系統,我們實現新型雙源多模混動一個耦合裝置的總成,再就是混合專用發動機,包括高效的電機電控,還有整車控制器HCU,它們協調包括EPS、ECU、TCU、MCU等等。
發展趨勢6:高熱效混動專用發動機效率不斷提高。包括摩擦技術、熱管理技術、燃燒優化技術、智能可變升級以及排放技術標定。右邊的圖是基于左圖的基礎上我們進行控制策略的深度優化技術,使發動機的工況落點在高效區占比不斷提高,最終達到提升發動機的綜合熱效。
謝謝大家!