硬核拆解長城檸檬混動DHT動力系統(tǒng)
【太平洋汽車網(wǎng) 技術頻道】在進入年銷量百萬俱樂部之前,長城已經(jīng)在技術上迅猛發(fā)力,大大增加了自主研發(fā)的力度,產(chǎn)品矩陣得到擴展,更新節(jié)奏也快了很多。
長久以來,長城品牌旗下產(chǎn)品的燃油經(jīng)濟性都備受消費者詬病,內(nèi)燃機熱效率與傳動系統(tǒng)效率急需提升,純電產(chǎn)品在歐拉發(fā)力之后才有所改善(此前的油改電產(chǎn)品線不堪回首)。
誠然,原先的旗艦產(chǎn)品WEY P8屬于試水之作,算不上很成功,但也為長城汽車在新能源領域積累了豐富的實戰(zhàn)經(jīng)驗。
今天我們要來拆解剖析的檸檬混動DHT動力系統(tǒng),則是長城在新能源領域的新力作,成熟度大增,值得我們詳聊。
每一個車企都會給自己的核心技術起個專用名,貼個金,方便宣傳。比如大眾TSI、保時捷PDK、斯巴魯DCCD、豐田THS、本田MM理念等等。
品牌上身業(yè)務做得如火如荼的長城,自然不能免俗,也來了一個:
DHT = Dedicated Hybrid Technology = 混合動力專用技術 = 檸檬混動
此外,業(yè)界有更通用的介紹,那就是:
DHT = Dedicated Hybrid Transmissions = 混合動力專用變速器
因此,不僅長城的混動變速箱叫DHT,其他企業(yè)的P2結構混動變速箱都叫DHT。
關于長城DHT混合動力系統(tǒng)的試駕體驗,可以先看下文:
檸檬混動DHT的物理構架:汽油機與動力電機混合,利用各自的物理優(yōu)勢為對方補缺。
檸檬混動DHT的物理特點:全速域 & 全場景、高效能 & 高性能。
檸檬混動DHT的客戶畫像:以城市出行為主、兼顧高速出行的用戶。
簡單來說,檸檬混動DHT是一組模塊化的混合動力系統(tǒng),可以兼容HEV非插電混動和PHEV插電混動,可以兼容前驅與后驅,可以兼容從緊湊型車到中大型車的動力系統(tǒng)裝備需求。
模塊化設計的可以帶來更高的集成度、更小的體積、更輕的重量,同時也可以縮短設計時間(等同于加快新產(chǎn)品更新速度),成本降低(讓利空間加大),維修保養(yǎng)成本降低,可靠性也會更佳。
缺點肯定也會有的,比如同一零部件在更廣的范圍裝備,如果遇上設計錯誤或裝配缺陷,召回數(shù)量就是數(shù)十萬級別的,成本極高。通用汽車、大眾汽車、豐田汽車也都面臨著這種難題,不過這幾家巨頭都義無反顧地選擇了更低成本(和更高犯錯成本)的模塊化思路。
下面筆者會詳細分析DHT的商業(yè)化思路,其中包括:
DHT的核心技術(底層技術的思路)
DHT的三種動力構架(組建總成的思路)
三個級別的DHT動力系統(tǒng)(組建商品車動力陣列的思路)
長城推廣DHT的積極意義(整體的商業(yè)思路)
長城DHT不是一項技術,而是一套能用非常多年的混合動力總成解決方案。
內(nèi)燃機是HEV/PHEV的核心動力源,這次透露的發(fā)動機技術并不多,我們就簡單了解一下。
看官方資料截屏便可知曉,這是一臺四缸機(看著四根歧管終于松一口氣),最大功率75kW(102PS),峰值扭矩135N·m,這個數(shù)值對于混動專用發(fā)動機而言并不重要,更需要披露的是發(fā)動機萬有特性曲線。
好在,還是有一個關鍵信息點出現(xiàn)——阿特金森循環(huán) (Atkinson Cycle)。
阿特金森循環(huán)的重點在于采用進氣門晚關的方式實現(xiàn)“膨脹比大于壓縮比”,讓活塞的做工行程長于壓縮行程,能效更高。
由于采用了13:1的高壓縮比,對燃油的辛烷值還是有要求的,這次長城并未透露燃油標號。
此次現(xiàn)場沒有出現(xiàn)1.5T版本的實體,輸出值為115kW(156PS)/235 N·m。
這臺加裝了增壓裝置的1.5T采用米勒循環(huán) (Miller Cycle),依然實現(xiàn)了“膨脹比大于壓縮比”,不過實現(xiàn)方式不同,米勒在進氣行程結束之前一點點關掉了進氣門,如此一來可以在低負荷區(qū)間省更多燃料。
以上都不是重點,重點是這臺1.5T搭載了VGT!
這是渦輪增壓器的新技術,全名為可變截面渦輪技術(VGT,Variable Geometry Turbocharger),通過安裝可調渦流截面的導流葉片,改變廢氣入口的橫切面積,同時兼顧渦輪在低轉速和高轉速時的性能表現(xiàn),緩解渦輪遲滯問題,且不再需要設置排氣泄壓閥,并獲得更佳的燃油經(jīng)濟性。
由于這臺1.5T集成程度高,因此占用發(fā)動機艙的空間很小,轉向機構有更大的容納空間,轉向直徑更小。
長城官方稱之為“高度集成高效多模混動變速器”,里頭裝了一臺GM發(fā)電機和一臺TM驅動電機,均在P2位置(變速箱內(nèi)部),因此都叫P2電機也行。
這臺變速箱有5個檔位,P、R、N、D1、D2,完成當作自動擋來進行傻瓜操作就行。
其中,TM驅動電機功率范圍是100kW-130kW,扭矩范圍是250N·m-300N·m,是個比內(nèi)燃機強很多的硬核角色。
下圖是混聯(lián)拓撲結構雙電機的圖解:
對于這臺在P2位置裝了兩臺永磁電機的變速箱而言,主要運用到以下四種工況,內(nèi)部通過單離合器實現(xiàn)自動換擋:
1、EV模式:TM直接驅動前輪。
2、串聯(lián)模式:ICE通過GM發(fā)電,TM用電驅動前輪。
3、并聯(lián)模式:ICE直接驅動前輪,GM和TM幫ICE調節(jié)轉速到高效點,還能輔助驅動前輪。
4、能量回收:TM反轉回收。
永磁電機的優(yōu)勢是結構簡單且可靠性強,功率因數(shù)高,啟動扭矩大,體積小,不過要使用稀土(恰好中國是稀土大國,運氣好)。
下圖的定子使用發(fā)卡式扁線設計,槽滿率高達70%,有效提升電機功率密度。
由于采用短距繞組排布,優(yōu)化了氣隙諧波,降低各階次電磁力,改善48及96階高頻噪聲(平時開電動車覺得很刺耳的朋友應該不在少數(shù))。
下圖的轉子使用雙V式開槽及三段斜級設計,零扭損耗降低至1.26kW。
下圖,使用低損耗的0.27mm硅鋼片,鐵損降低17%以上。換句人話來說,電動機工作時存在損耗,運行時鐵芯內(nèi)部產(chǎn)生渦流,渦流經(jīng)過鐵芯時令其發(fā)熱耗能,鐵損低就是節(jié)能。
這套DHT的研發(fā)花了兩年多時間,前期驗證的時間也很長。之前福特和通用也沒做得很成功,繞開日本雙田的專利就只有很少的發(fā)揮空間,現(xiàn)在中國人終于自己做出一套混動系統(tǒng)。
由于使用了定軸齒輪傳動,最高傳動效率≥97%,更節(jié)油,還可實現(xiàn)無動力中斷換擋,提升駕駛平順性。
與此同時,這臺裝了兩臺P2電機的混動變速箱只有很小的體積,并不會過度占用機艙空間,官方的數(shù)據(jù)是“容積比傳統(tǒng)DCT降低50%以上”。
還有一個亮點就是采用了無液壓模塊,優(yōu)化油路設計,油路與殼體集成,降低油路復雜度,機子更容易保養(yǎng)維護,故障率更低。
上方的鑄鋁箱體是雙電機控制器。體積小,集成化程度高,NVH更佳。
拆出來就是下圖這個模樣。長城采購了英飛凌的新款芯片,并采用雙面水冷技術,有助于提升穩(wěn)定性,降低整車油耗電耗。
關于雙電機控制器,暫時沒有更多消息透露。
四驅版在P4位置有一臺大功率電機,免去了前置車型往后橋的機械傳動機構,直接上“電四驅”。不過這臺P4電機今天也沒到場。
這臺后橋驅動電機的輸出為135kW(184PS)/233Nm,電機最高效率≥96%,總成質量75kg。
這臺P4電機有兩個設計亮點,一個是采用了兩擋平行軸結構設計,整車輪端扭矩提升30%,同時可擴大電橋高效區(qū)域面積,提升整車經(jīng)濟性2%以上。
另一個是設計了斷開機構,完全不需要后橋動力時直接變身前驅車(跟quattro Ultra一個道理),可有效減少高速電橋拖拽損耗,提升整車經(jīng)濟性。
PHEV電池包和HEV同樣缺席今天直播,因此沒有更多信息點獲得。
HEV版本的動力電池不需要很大,這一款的容量為1.76kWh,風冷結構(水冷的話成本兜不住吧,而且也沒這么強的散熱需求),放電功率70.9kW,質保8年15萬公里。
長城DHT的PHEV版本動力電池從13kWh-45kWh都有選,最高電量45kWh/最長純電續(xù)航200km,因此長城汽車稱之為“全球最大電量PHEV電池”,的確比理想ONE的40.5kWh要高。
這組PHEV電池有三大亮點:
1、用水冷溫控系統(tǒng),雖然成本高,但降溫效果好,安全性也隨之提高(避免局部高溫,熱失控的可能性降低)。
2、用CTP(Cell to Pack)把整包能量密度提升到160Wh/kg,在PHEV領域屬于挺了不起的成績。
3、支持11kW交流慢充和直流快充,最快30分鐘充滿80%,用來跑營運都沒問題?,F(xiàn)在一部分營運PHEV因為沒有快充功能,居然花3000塊去找民間科學家改直流快充,從能量回收模塊那里灌進去,這種粗暴方案沒有任何安全保障。
此外,長城還給出了這組PHEV電池的放電功率,足足246kW(RT,10s,50% SOC)可以給未來可能出現(xiàn)的高性能車型提供冗余,此外長城還給出了8年/15萬公里電池質保,比國家規(guī)定的多3萬公里。
說完基本的技術元素,我們下面來組裝動力總成。
HEV比PHEV難整,現(xiàn)在全球車企都很討厭豐田一家獨大的HEV架構專利,目前只有本田這家繞豐田專利繞得特別成功的,長城現(xiàn)在也加入了競爭行列。
PHEV可以外部補電,跑NEDC循環(huán)可以利用規(guī)則漏洞隨便弄個100km燒1L多汽油的假成績,HEV則作假不了,多數(shù)HEV產(chǎn)品實際運作起來就是退潮時裸泳。
長城B級SUV(中型SUV)裝載DHT的HEV動力系統(tǒng)之后,市區(qū)油耗低至5.0L/100km,高速工況油耗低至6.5L/100km,最牛的是0-100km/h加速時間低至7.5s,因為多數(shù)HEV車型都肉成一副精神不振的頹廢樣子。
下面這張俯視圖就是PHEV前驅車型,將后橋上的HEV改成底盤中央的PHEV。
因為電池更大了,電機功率可以提升,0-100km/h加速時間低至7.2s,百公里綜合油耗低至0.7L(NEDC跑法,你懂的)。
這組PHEV電池很大,容量并未公布,純電續(xù)航里程達170km,可以實現(xiàn)工作日通勤用電,周末郊游燒油。
下圖在前文出現(xiàn)過,PHEV四驅車型,前后橋電機同時輸出動力,系統(tǒng)總功率高達320kW(435PS),純電續(xù)航最高200km。
長城DHT的PHEV四驅版本擁有更加智能的電四驅系統(tǒng),去除機械傳動裝置,前后動力分離,動力分配更加靈活;前后橋扭矩0:100-100:0智能動態(tài)調節(jié),可以更好地利用抓地力,提升整車操控穩(wěn)定性。
應對不同路況時,這套電四驅有自己的運行邏輯:
1、冰雪路面:全時四驅,最大限度利用地面附著力,可能夠實現(xiàn)EV四驅、低速串聯(lián)四驅、中高速并聯(lián)四驅。
2、泥濘路面:串聯(lián)模式驅動,適時四驅,前后橋動力智能切換,實現(xiàn)脫困:前輪邊最大扭矩3000Nm,后輪邊最大扭矩2800Nm。
3、沙地:適時四驅,前后橋驅動力控制與底盤系統(tǒng)配合,適應硬沙、軟沙各種路況,動力隨路面變化自動調整。
4、市內(nèi)爬坡:抓地力良好,前后輪同時輸出,保障最大爬坡能力65%。
5、高速爬坡:發(fā)動機直驅,將大負荷工況能量轉化損失降到最低,相比串聯(lián)模式油耗可降低18%-25%;前后橋電機隨時待命,提供高動力響應。
長城根據(jù)車型定位的高低設計了三個級別的DHT動力系統(tǒng),系統(tǒng)總功率從140kW到320kW,形成長城自家的HEV/PHEV動力總成矩陣。
動力架構:1.5L自然吸氣四缸汽油機 + 100kW混動變速箱(DHT100)
動力系統(tǒng)綜合功率:140-170kW
動力系統(tǒng)綜合效率>50%
靈活性:可實現(xiàn)HEV/PHEV兩種動力
動力架構:1.5T渦輪增壓四缸汽油機 + 130kW混動變速箱(DHT130)
動力系統(tǒng)綜合功率:180-240kW
動力系統(tǒng)綜合效率>50%
靈活性:可實現(xiàn)HEV/PHEV兩種動力
動力架構:1.5T渦輪增壓四缸汽油機 + 130kW混動變速箱(DHT130) + 135kW后橋電機(P4電機)
動力系統(tǒng)綜合功率:320kW
動力系統(tǒng)綜合效率>50%
靈活性:可實現(xiàn)PHEV動力,沒有HEV版本
最后,筆者用一個表格來總結長城DHT動力系統(tǒng)的一些數(shù)據(jù):
長城DHT動力矩陣 | ||||||
動力系統(tǒng) | 驅動模式 | 系統(tǒng)最大功率 | 破百加速 | 電池容量 | 純電續(xù)航 | 最低油耗 |
1.5L + P2×2 | HEV前驅 | 140kW | 1.76kWh | 4km | 4.7L/100km | |
PHEV前驅 | 170kW | 13kWh<?<45kWh | 170km | |||
1.5T + P2×2 | HEV前驅 | 180kW | 7.5s | 1.76kWh | 4km | 5.0L/100km |
PHEV前驅 | 240kW | 7.2s | 13kWh<?<45kWh | 170km | ||
1.5T+P2×2+P4 | PHEV四驅 | 320kW | 5.2s | 45kWh | 200km |
本節(jié)完結。
1、長城自主研發(fā),具備完全自主產(chǎn)權,有助于提升長城在新能源領域的話語權。
2、長城是一家走量的車企,2020年111萬輛。因為有產(chǎn)業(yè)規(guī)模的優(yōu)勢,因此高投入的模塊化研發(fā)成本也能在后期被平攤掉。
3、包括長城在內(nèi)的多數(shù)自主品牌,一直以來都受到高油耗的困擾,生存空間在雙積分規(guī)則下被不斷壓縮,因此必須通過大規(guī)模投放更低成本的混動系統(tǒng)才能勻回積分損失。
4、長城在利用全球供應鏈優(yōu)勢的前提下,自主控制著關鍵零部件,因政治事件造成關鍵零部件斷供的風險降低。
5、催生長城品牌的高性能車型,提升品牌形象。第一款搭載長城DHT混動系統(tǒng)的產(chǎn)品是“WEY品牌緊湊型SUV”,屬于WEY今年推出的第二款車型,最低燃耗為4.7L/100km。
6、中國城市化進程很快,但中國國境廣袤,還有廣大的農(nóng)村地域,市場需要長續(xù)航的車型,混動是目前最佳選擇。混合動力不是過渡技術,發(fā)電不全是綠電(環(huán)保發(fā)電),也有相當一部分灰電、黑電(高污染發(fā)電)。
(圖/文:太平洋汽車網(wǎng) 黃恒樂)
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