AMT变速系统在中国研发和应用的速度相对比较缓慢,商用车AMT产品的企业掌握的核心技术也多处于初级阶段,虽然已有企业的产品实现量产,但可靠性还有待进一步市场验证。
AMT变速系统在我国得到大面积应用的前景是否可期?它还有哪些技术难题有待突破?AMT是否是最适合应用在公交上的变速箱产品?本期,本刊邀请相关专家围绕诸多问题展开讨论。
主持人:要实现电控换挡,AMT对选换挡执行机构、离合器执行机构以及变速箱的加工精度都要求较高,但国内企业目前整体加工工艺水平较低。AMT还存在着哪些技术难题有待突破?在推广上还有哪些瓶颈?车辆用户的使用情况又如何?
《中国巴士与客车》年鉴主编王健:AMT是中国现实的可选择产品
中国的公共交通企业主要采用手动挡变速箱(MT),随着社会经济的发展,特别是政府开始强调优先发展城市公共交通,一些大城市的民众和运营商开始关注公共巴士的服务,乘客希望享受乘车的舒适性,而运营商也希望借用先进技术和产品来提高服务水平,以及降低油耗。因此,将手动换挡变速箱操作改变为自动挡变速箱(AT)就是一条可行的技术路线。
从变速箱的技术发展进程和中国市场的接受程度上来分析,理想的模式是直接从手动挡变速箱更新为自动挡变速箱。欧洲发达国家在过去30多年时间里所走的就是这条路,欧洲的公交车从手动变速箱直接发展到全自动变速箱,是在20世纪70年代特殊的社会环境下形成的,并在比较短的时间内完成了从手动变速箱到自动变速箱的转换。
中国城市公交的运营条件和乘客要求与欧洲有许多不同,简单地讲就是在车辆技术装备上存在一定差异,落后大约20—30年。虽然大家都知道采用液力自动变速箱或机械式自动变速箱都可以获得良好的使用效果,可减轻驾驶员操作和节省燃料,但运营商的购买和使用这些技术装备的经济能力有限,自动挡变速箱的配置价格远高于手动挡变速箱。当在手动挡变速箱和自动挡变速箱之间出现一种中间性的产品即机械式自动变速箱(AMT)时,运营商就多了一种选择。机械式自动变速箱继承传统机械变速箱结构简单、经济性好的优点,又能够实现全自动换挡,极大地降低了驾驶员的劳动强度,同时,优化了换挡程序、保证优异的换挡品质和燃油经济性,并可延长离合器使用寿命。
AMT产品的本质就是将优化的换挡程序体现在传统的机械式变速箱上。AMT在中国的市场正处于起步阶段,所有制造商都有很大的发展空间,业界也普遍看好这个市场,也是公交车技术升级换代的一个重要装备,现在的社会环境有利于推进这种产品。国内部件商与国外品牌相比较,具有制造成本低的竞争优势,但因为缺乏产业经验,其产品的性能相对弱一些。
据我的初步调查,AMT在中国市场发展很快,仅采埃孚今年的销售量就超过500台,这种趋势远远超过AT过去在国内推广的速度。加上国内多家制造商也在提供AMT产品,竞争将促进产品性能的提高,同时也会带来价格的下降,进而刺激用户更多的采购,这是中国市场上少有的通过竞争促进产业和行业共同发展的案例。
AMT在中国一些城市公交公司的应用实践表明,这种装备的采购成本比AT便宜许多,运营中比传统手动挡变速箱更节省燃油(约3%),且可延长离合器的使用寿命期(近一倍),进而可节省维修费用和延长车辆使用时间。对广大乘客来讲,AMT带来的乘坐舒适性变化还没有明显的体验报告,当社会更多地关注公共交通服务水平,政府监管机构考核公共交通服务水平成为一种制度,就会推动AMT和AT的广泛应用。
AMT为客户提供类似自动变速箱的便利性、比手动变速箱更好的燃油经济性,以及可接受的价格,在公交行业的应用逐渐推广起来;而AT能自动完成换挡有关的操作,使驾驶任务变得简单,只需关注加速、减速和转向这“三要素”,保证他们的操作处于经济的工作范围。显然,AT是一种理想的产品,AMT是中国现实的可选择产品,它们都有一定的市场,因为不同地区、不同的客户需求是有差异的。在城市公交车上,最广泛适用的无疑是传统的手动挡变速箱,AT在国内外都是一种先进的技术装备,中国经济发达的大城市会采用这种装置;长江三角地区的一些城市开始接受AMT,有可能带动整个公交行业普遍应用,预计会成为未来的发展重点。总而言之,AT的发展无疑是公共交通行业的发展方向,AMT则是一种经济适用的中间产品。国内制造商要把握核心技术,只有踏实地开展研究开发工作,没有任何的捷径可走,但可以借鉴和引进国外经验和研发人员。过去都习惯引进产品而忽视引进产品研发人员,越来越多的实践表明,引进具有经验的研发人员往往会收到事半功倍的效果。
中国重汽变速箱部技术部变速箱装配工程师陈俊岩:要进一步实验,使AMT产品更适合中国国情
2008年,中国重汽在国内首家推出了重卡用的AMT产品,这个产品通过电控、气动换挡,取消了传统卡车上的手动换挡系统,目前市场装车量已有4000多台。从使用情况来看,AMT产品的经济性比较好,节油率能达到10%—15%。另外,它的舒适性也好,价格上比手动变速箱贵3000—5000元。目前,中国重汽已有10挡、16挡AMT产品,12挡的AMT产品正在做实验,将可以用在公路用车和矿用车上,以10挡箱为主的客车用的AMT产品也已开始装车。
AMT的核心技术在于控制系统,中国重汽AMT产品的控制系统已从第1版升级到了第38版,并且根据中国的路况特点还在不断调整,与威伯科的合作也还在继续。从产品的可靠性来看,只有少数产品出现了问题,比如挂挡稍有延迟等,我们在积极改进缺陷,使其性能更加可靠。实际上,我国的卡车用户的一些不合理的操作习惯使AMT产品的推广成为必要,比如有些司机换挡时不踩离合器,这种操作方式对离合器的磨损虽小,但对变速箱的损害很大,得不偿失。但是,我国的卡车用户对价格极为敏感,这成为AMT产品推广的一大拦路虎,再加上维修点技术跟不上,用户在选购时存在顾虑,因此,完善售后维修服务也是我们一直在做的事情。我们建立了重汽教培中心,正在针对AMT产品技术特点对服务站进行培训,再辅助走访式的培训,售后服务站对该产品的专业技术大都已掌握。通过AMT产品的推广实践,重汽得出的经验是,今后新产品推出前,先对售后人员进行培训,做到有备在先。
AMT产品的特点是在不同的载重、路况下,计算机会进行精密地计算,确定合适的换挡时机,通过智能化系统,模拟一个较为优秀的驾驶员的操作。它虽比不上最优秀的驾驶员,但比一般水平的驾驶员肯定要强。然而,中国各地的路况差别太大,一个程序适合所有路况目前还很难实现。发展过程肯定会遇到困难,但以后会越来越好。国内的产品与欧美之间的差距主要体现在控制系统和整体制造水平上。我认为差距是全方位的。AMT的技术难题是如何进一步实验,怎么更适合中国国情,并让用户认可。
重庆恒通电动客车动力系统有限公司总经理邓平:中国的公交车会大量应用AMT
纯电动客车上可以使用AMT,它效率更高,也可以使用直接驱动,它更简单,但效率要低一点。考虑到电动客车的毛病很多,在AMT还不太成熟的情况下,我们为了尽可能把车辆故障减少,故电动车主要采用直驱系统,而混合动力车则采用AMT。我们的产品与清华大学合作研发,使用情况还不错,而且越来越好,故障率越来越低。
AMT的优点很多,一是对车辆节油性有帮助,二是降低了驾驶员的劳动强度,三是价格比较便宜。缺点是还不完全成熟,电子元件技术仍有待提升,但我认为AMT产品的前景非常好,未来会在中国的公交车上大量应用。
北京公交集团保修分公司电车保修厂总工程师王砚生:AMT有难题更有前景
北京公交集团从2008年奥运会购入的一批纯电动公交车开始就已使用AMT系统,另外,我们的混合动力车上也采用了AMT。两者相比,后者的设计更加完善,其换挡机构、变速机构和控制单元有机地结合在一起,整体性更强,是一个较为完善的变速系统。
基于当时开发时间紧、资金少等客观条件限制,纯电动车的变速系统是在手动变速箱的基础上,增加了自动换挡机构,比照手动换挡的摘挡、选位、挂挡动作增加了两个电机,即换挡电机和选位电机,再加上一个电脑控制盒即ECU,组成了AMT产品。这样形成的产品从一定意义上说还属于一个改装产品。电动车的使用项目是北京公交集团、北京理工大学等单位联合承担的国家863项目,也是北京市科委相关项目等多个课题的重要组成部分。初期还没有AMT,我们发现车辆的电耗比较高,需要停车换挡或在车速比较慢的情况下才能换挡,这就使行车换挡非常不方便。这时有人提出要让纯电动车的运行和传统车辆一样,就要使用自动变速装置,但如果使用AT,一来配置比较麻烦,二来价格非常高,三是我们的科研项目应当以自主研发为主。这时北京理工大学分项目组便着手研发AMT产品,从研发直至产品成形、装车仅用了一两年的时间,从2008年使用至今可以说还不错。
AMT系统的核心技术在于控制策略,换挡时机的准确性非常重要,要考虑经济性、动力性,加速的时间点要掌控好,要保证电机的输出功率永远保持在高效率区。首先通过计算机仿真设计找出一个大概的、合理的换挡区间,然后拿到车上去做道路实验,进行控制策略的调整确认。换挡动作、换挡时机的选择需要反复实验,这是研发中最为复杂的一环。
AMT系统最大的优势是价格便宜,一套系统四五万元,AT则贵得多。AMT结构简单,更适用于小批量车型有针对性的生产。除了价格优势之外,AMT的维修成本也较低,从总体上来说,AMT是一种物美价廉的产品。如果我国的基础工业水平(如电子、机械加工水平)得以提升,它应该是非常好的产品。
AMT系统模仿的是一位非常优秀的驾驶员操作车辆,因此,模仿得到位不到位很重要。目前,北京理工大学仍在对该产品进行继续优化和改进。一方面对变速箱进行优化,做得更像一件好的工业产品;另一方面就是控制策略,换挡策略的研究仍在进行。这就要做大量的路试,采集北京市公交车运行的相关数据,还要听取驾驶员的意见,以使产品更符合实际的运营工况。
实际上,挑战和难题是存在的,比如公交车的运行特点决定了其需要频繁起步、换挡,这会对换挡电机、选挡电机造成严重磨损。从我们4年的使用情况来看,这也是最集中的一个问题,我们已经有一半的车辆更换了电机。AMT的缺陷表现在换挡的平顺性较差,坐在车上能明显地感觉到换挡时会停顿一下,这就像开车时突然收油的感觉一样。这个换挡时间目前是1至2秒钟左右,如果要做到感觉不到换挡就要缩短这一时间,但时间短了又会存在问题,那就是挡位会来回摘、来回挂,如何权衡这一矛盾是非常大的一个难题。
由于各地的路况、人口多少等情况相差很大,一件产品在全国“通吃”不太现实,一定要根据各地的情况进行微调,比如在重庆,坡道很多,这就要重点优化低速度范围的换挡策略,不但要满足平地起步的扭矩,还要满足爬坡时的扭矩。所以AMT产品在重庆使用和在北京使用的换挡点可能就不一样。实际上,即便是在同一个城市,在不同线路上运行的车辆的表现也不相同,所以说控制策略根据实际使用工况逐步优化是最为关键的。
我个人认为,国内企业的产品与国外产品相比,最大的差距在研发投入上。国内一些企业推出产品比较急,产品还不完全成熟的情况下可能就推出来了,这就难保其会有好的市场表现。另外,我国的政策环境导致了研发环节的缺失,许多课题都是“五年计划”,那么,这些课题多则五年,少则一至两年就要完成,这与国外经过相对较长时间研发出的产品肯定有很大差距。
回到原点,电动车上为什么要用变速箱?这是因为电动机用在电动车上的时间还比较短,它要满足车辆低速大扭矩的需要,要保证较宽泛的高效率运行区间,但目前还做不到,只能依靠变速箱来解决低速大扭矩起步和提高整体运行效率等问题。随着电动车的运营,人们慢慢发现,如果把电机的输出特性提高,使其适应低速大扭矩的环境,又能够在高速时、在大区间的速度范围内,还能保持高效运行,电动车完全可以摆脱变速箱。实际上,目前已经有了这方面的需求,有的企业也已开始进行这方面的研究,有的样车已经出来了,我们最新订购的一批车就有这样的产品。我认为,今后电动车发展的趋势有可能会取消变速箱。但现在只能说已经有人开始尝试,成与不成还要看实践结果。(完)