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咱们来日方长 混合动力技术的创新

2021-01-18

汽车之友 2021年1期
关键词:混动电机混合

停产不代表大跃进

车企同时布局各种动力系统

越来越多的主机厂宣布将在某年某月停产传统动力车型,转战电动车市场,瞬间的角色转换对于他们而言并不是一个自愿的选择。多年的技术积累以及巨额的研发投资不可轻言放弃。只不过市场取向以及消费者的认知和需求,倒逼着必须做出改变。转战电动市场目标不假,资本家其实也有着自己的盘算,通过改变传统汽车技术,对动力系统、传动系统、制动系统甚至车身重量进行创新改革,寻找突围而出的蹊径,尽可能延长产品生命力。而这条蹊径正是混合动力方向的研发与应用。

没有纯电技术那光鲜的“网红面孔”,在抢占舆论制高点上也没有纯电技术哪样突出的动力输出与静音性能。可相比于全盘否定并抛弃传统内燃机系统直接跃进到纯电动系统。对主机厂极具诱惑力的应该是混合动力那既能发挥传统动力成熟的工艺技术,和更为靠谱的整车安全性。

近期发布的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》中,对混合动力技术做了部分方向指引。其认为中国新能源汽车与节能汽车应该并举发展,不建议制定“禁止燃油车”时间表。到2035年,节能汽车与新能源汽车将大概各占一半比例;节能汽车实现“混动化”。传统汽车节能是未来十五年非常重要的任务,混合动力是内燃机汽车最有效的节能技术。用“全面电驱动化计划”替代“禁燃”时间表更符合中国国情。显而易见,政府与官方对于混动化技术给出了更为客观的指导意见,大跃进的全面纯电动化并不适合整体产业的发展,相反在较长时间之内采用“ 混合动力电驱动化”更符合中国国情。

动力平台的创新与转变

通常而言,节能、环保、高效是车用内燃机发展的3 个主要指标。消费者是永远不会拒绝车辆“跑得快还吃得少”。如何在保证高动力的同时让发动机更节能、更环保,成为世界各发动机制造商面对的主要问题之一。对于排放与油耗的法规要求,现在的發动机设计已经不再过多追求高性能,而是将目光投向高效化。国外发动机生产企业,特别是日本车企在提高热效率方面一直名列前茅,长期以来最高热效率的发动机基本都是被日企垄断的,比如丰田、本田,还有日产、马自达等等,不过值得关注的是这两年来,国产自主品牌所研发的发动机快速崛起并取得了长足的进步。譬如长安汽车旗下的蓝鲸发动机,从数据上来看热效率已经跻身世界前列。

为每个型号的车辆打造一套专属零部件显然在成本与时间上是不现实的,业界的惯常做法是为系列产品进行同平台开发,以模块化设计解决成本与时间上的问题。以此细分而来的动力平台亦是异曲同工。国内的主要OEM 纷纷打造出属于自己的动力平台,并且均通盘考虑了对于混合动力系统的支持,这其中长安与长城两家走在了前列。

长安蓝鲸NE中小排量高效能发动机平台目前所依托的动力源为其自行研发的1.4T/1.5T两款高压直喷发动机。蓝鲸NE1.4T高压直喷发动机平台下首款发动机,2019年7月搭载于第二代逸动、CS35 PLUS上市;蓝鲸NE1.5T高压直喷发动机则被安排再UNI-T车型上于今年亮相。作为历时4年,由长安自己的“六国九地”全球研发体系打造的这套全新动力平台,面向下一代排放、油耗法规标准设计。研发之初就满足国六标准,并预设欧7升级路径;同时应对新能源趋势,全系兼容48V、HEV、PHEV、REEV设计。动力平台设计将覆盖1.0-1.8L多个排量,产线自动化率、生产制造通用化率达98%。

长城汽车混合动力技术路线中的核心技术路线则是近期所发布,针对以城市出行为主兼顾高速出行的场景需求的柠檬混动DHT 平台。通过高效混动发动机和双电机混联相互配合,达成全速域全场景的效能最优。这套DHT 是以“七合一”高效能多模混动总成为核心构建的混合动力技术体系,总成继承了集成1.5L/1.5T混动专用发动机,采用双电机混联拓扑结构,可实现EV行驶、混联驱动、串联驱动、能量回收、怠速停机等各种工作模式,通过控制系统智能切换实现各种驾驶场景下动力与油耗的平衡,可适用于HEV、PHEV两种动力形式。其中HEV是中国OEM之中首款自主研发的双电机架构,主打城市使用场景下的经济性,动力系统综合效率可达43-50%,百公里综合油耗可达4.6L;PHEV则搭载了全球最大容量混合动力电池,纯电状况续航科大200Km,媲美纯电驾乘体验。巧妙的设计也让柠檬DHT系统总功率从140kW到320kW,可灵活搭配成丰富的动力族群以支撑不同级别车型。

传动系统的巧妙配合

功率分流(电机调速、转速耦合)、单速混动(刚性耦合)、串联增程以及油电分动等几种混动策略产品,让混合动力技术多种多样,各自优势对于消费者也不尽相同。但归根结底,如果没有合适的传动系统与之匹配也是枉然。动力系统在改变,传动系统特别是变速箱的混动技术化也一样没闲着。混动专用变速箱(DHT)也应运而生。

由于驱动电机的加入,让DHT较之传统变速箱产生了天翻地覆的变化,譬如通过电机取代倒挡的功能;部分工况由电机协同以减少档位;去掉启动离合器或是液力变矩器进一步简化结构;足够小的轴向尺寸对于横置前驱车辆更为友好;精简的机械机构抵消部分加入电机的成本并提升效率,甚至条件允许可以考虑双电机结构等等。以简洁、高效、可靠著称的丰田的THS系统,在经过20年技术沉淀后,已占有混动系统中近70%的份额。本田的i-MMD和通用Voltec system则位居其次,国内企业在DHT方面起步虽晚却也有不少拿得出手的像样产品。

前身为长城汽车传动部门的蜂巢易创,正是针对各车型平台搭载的需求,提出了全方位的混动技术解决方案。目前,在研的P2架构及混动专用DHT架构已经成行,兼容P2架构的9速湿式双离合变速器(9HDCT)也与年底江苏扬中量产,该P2 模块采用三离合器加电机,以S 绕组方式,具备高扭矩容量,峰值功率90kW-120kW,峰值扭矩可达330Nm,最大输出扭矩达550Nm。混动专用DHT变速器为两挡混联,包括串联方案和混联方案两种箱型,5合1高度集成,减小体积的同时极大地提升了总成搭载性,取消了传统的液压模块,提升了离合器控制效率,并智能调节润滑流量及压力大小,降低总成损耗。除了横置平台P2 混动9HDCT 的开发,蜂巢易创也布局了纵置平台兼容P2架构的9速液力自动变速器(9HAT)及3合1电桥等产品。

国产变速器巨头万里扬在接收了由奇瑞精机剥离出来的CVT 部门以后,在奇瑞提供技术研发支撑下,不但造出了具有中国完全自主知识产权的拳头产品CVT25,并且已经开始测试CVT38 PHEV混合动力无极变速器。这款P2结构,具备P1/P3模式的全新一代单电机多模式混合动力变速器,最大输入扭矩可达400Nm,成功克服了CVT一直以来无法承受大扭矩的问题,能够满足A级、B级等车型的适配需求。并且CVT38PHEV拥有更紧凑的结构,更出色的动力性及节油性能,更高的效率和更智能的配置。同时具备EV、HEV、ICE、Idle charge工作模式,并且具有在高压缺电或失效情况下,车辆可以依靠发动机正常行驶的独特性能优势。

新技术研发功不可没

混合动力系统的节能除了因为原本能耗较高的车辆起步、慢速阶段改由电机辅助执行以外,制动能量回收系统作为现代电动汽车与混合动力车重要技术之一,同样功不可没。在传统动力系统之中,当车辆减速、制动时,车辆的运动能量通过制动系统转变为热能并最终散发。这种被浪费掉的运动能量可通过制动能量回收技术,转变为电能储存重新进一步转化为驱动能量。其实这并不是刚出来的新技术,早在2009年的F1赛车上就曾经出现过,如今对于能量回收技术的提升更多是提高其效率,以及改进与之相互影响的零部件。

此前大众ID.3刚一发布,曾因使用鼓式制动器而被吐槽。可实际上这套由大陆集团所研发最新鼓式电子驻车制动器(EPB),也就是俗称的EPB SI(Single Integrated)正是为了新能源汽车所设计。由于制动能量回收技术的介入,新能源汽车可通过各类能量回收方式达到制动效果,通过摩擦制动的次数会越来越少,但作为安全所在,唯一的摩擦制动必须确保功能健全,而鼓式刹车半密闭式设计可以有效阻挡水、粉尘和砂石。对于车企而言,这類设计更加适用于乘用车。从技术指标上来说,这是一款非常完美地适用于兴能源汽车的产品。毕竟长达15 年的使用寿命变相降低了使用成本。

针对于高性能的新能源汽车,如何快速将能量从回收转为释放的需求更为突出。作为兰博基尼旗下首款混合动力汽车,Lamborghini Sián FKP 37被巧妙地搭载了48V弱混方案,不但保留8500rpm时可提供785hp动力的V12引擎,还创造性地在变速箱中集成了可提供34 hp 的48V 电动机,令Sián FKP 37动力达到了惊人的819hp。巧妙在于该混动方案并未涉及沉重的物理电池,而改用大容量超级电容为载体,超级电容能在数百万次充放电循环之中,保持秒冲秒放的特性,意味着不但能为电机瞬间提供高达600A电流,还可通过制动等方式瞬间恢复满电状态。全套电机加超级电容只有34kg。全车重量功率比仅为1.0 kg/hp。2.8秒破百,极速超350km/h成为了现实。

结语:对地球好点,我们要节能环保;对钱包好点,我们要降油耗;这些都是大家对未来的憧憬。大没有必要高举“苍天已死,黄天当立”的旗号,非要在传统动力与纯电技术之间争个你死我活。要知道还有一种技术教混合动力。在很长一段时间之内,随着更多新技术的问世,混合动力技术将逐步成为实现节能减排主要手段。可以说,一切都还“来日方长”。

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