2023年是混動汽車產品爆發的大年,而擁有65年歷史的紅旗汽車品牌,在今年也是動作頻頻:
(資料圖片僅供參考)
1月紅旗正式官宣『FMEs「旗幟」超級架構』,以及平臺家族的兩大成員——「電動平臺HME」和「智能平臺HIS」;
4月8日,紅旗舉辦『遇見旗技——紅旗新能源技術發布會』宣布平臺家族的第三個成員——「紅旗混動HMP平臺」(即『HQ Modular Power』,以下簡稱「HMP平臺」)登場。
今天就讓我們從技術角度,一起了解紅旗品牌是如何全面構建其插電式混合動力汽車技術的領先優勢。
縱橫有術,四大特征
「HMP平臺」是紅旗歷時五年,突破了526項關鍵核心技術,最終構建的面向新時代的混動平臺。該平臺兼顧橫置、縱置兩大構型,由「混動變速器」、「混動發動機」、「智能電驅」和「安全電池」四大核心系統及「智慧能量控制模型」構成。
其中「混動變速器」包括縱置架構下的「LDU45」以及橫置架構下的「HDU35」。「混動發動機」包含20TD和15TD兩款發動機。從發布會上中國一汽董事、總經理、黨委副書記邱現東的介紹中,我們也可以了解到「HMP平臺」擁有以下四個特征:
● 安全的品牌底蘊:構建多重安全屏障,徹底消除電池熱擴散風險;
●低碳的能源消耗:支持200km以上純電續航;B級車虧電油耗低于每百公里4升,續航里程超1400km;
●愉悅的駕乘體驗:依托全面的隔振降噪設計和智能化的操控策略,提供了靜謐、平穩的駕乘環境,可支持線控轉向、主動懸架等高階配置;
●強勁的動力輸出:兼顧橫置和縱置車型,覆蓋紅旗A級到C+級全部車型;全系車型支持四驅,最大功率495kW。
對我而言,「HMP平臺」讓我第一個看到的亮點在于國際首創的「縱置前驅雙電機混動變速器」——「LDU45」。注意,關鍵詞是『縱置』!
在燃油時代,我們都知道,縱置動力總成的優勢在于更合理的使用發動機艙有限的空間,在安置體積更大的大功率發動機和擋位數更多的變速機構時,同時能不影響主動懸架等高端配置的布局,此外,動力總成沿中軸線擺放,軸荷分配最為均衡,可以說是兼顧性能、操控、舒適性等方方面面的一種動力總成布局。故此,往往搭載縱置動力總成的產品都是各個車企的豪華款車型。
那么在新能源時代,大多數車企,為何基本都是基于橫置前驅平臺架構打造的產品呢?
個人認為,其中主要基于兩個原因:
1、物理結構限制:傳統縱置后驅方案受限于傳動軸,必然會與新能源時代所需搭載大容量電池、電動四驅匹配存在矛盾;
2、研發難度較大:若只是遵循簡單的『油改電』邏輯進行設計調整,就會像采用縱置P2單電機的動力總成的德系設計,油耗控制上非常一般,這就脫離了混動的第一性原則。可真要研發和制造一套縱置的混動系統,成本可能又會很高。
那么在電動化的背景下,豪華車的動力總成就只能將就了嗎?
對于紅旗而言,答案顯然不是這樣的。當大部分廠商還在進行多擋位橫置前驅DHT的探索時,紅旗從2018年初開始,投入超過200人的研發團隊,便持續開展縱置混動技術攻關,經過單電機后驅、雙電機后驅等多種構型方案的篩選與淘汰,最終給出的答案便是擁有2擋發動機直驅變速的縱置混動架構,產品為「LDU45」。
就行業技術角度來說,紅旗的縱置混動架構首先解決的是縱置混動變速器向前傳遞動力的技術難題。其次,紅旗依靠縱置混動架構,形成『縱橫有術』的混動技術打法,可以說是打開了一扇引領豪華車進入電氣化時代的大門,激發了混動技術更多的可能。
故此,我們繼續以「LDU45」為切入點,探索「HMP平臺」還有哪些的技術優勢。
高效節能,動力強勁
首先,與目前眾多的新一代混動系統一樣,『高效節能』四個字始終貫穿了整個「HMP平臺」的設計理念。
比如從「混動變速器」的特點上我們便可以看到,縱置的「LDU45」采用了緊湊、高效的五軸平行軸式串并聯結構,在最小的空間內實現了雙電機、雙逆變器、耦合器、驅動橋多合一深度集成,總成尺寸減小33%,總成重量減輕24%。其次,「LDU45」采用了多擋化的設計方案,發動機可實現2擋直驅,使得發動機能在更多工況中持續保持最佳工作效率。
而軸向長度僅為376mm的橫置雙電機混動變速器「HDU35」,更是發揮出了橫置架構在這方面的優勢。除了重量相比市場同級產品降低10kg以上,更是定向優化傳動效率,全面應用低拖曳、低摩擦、低泄漏等技術,開發高效扁線油冷電機、混動專用低粘度潤滑油、雙電泵按需供能液壓系統、超低泄漏量的壓力控制閥及智能低功耗控制策略等先進技術,最終實現變速器最高傳動效率達98.5%以上,混動系統綜合效率90%以上,支撐整車實現超低油耗。
從20TD和15TD兩款「混動發動機」上,我們可以看到更多『高效節能』的設計邏輯。比如「15TD混動發動機」采用集成式進氣與分離式排氣增壓兩項技術,可降低進氣阻力和排氣干擾。同時還搭載了全新開發的動態潤滑控制技術,使摩擦損失再降低28%,進一步節省能耗,熱效率達到了45.2%。
哪怕是性能更強的「20TD混動發動機」,其采用高壓縮比米勒循環、分布式廢氣再循環等多項技術,熱效率也可達到44.3%。并且,紅旗也已儲備下一代稀燃發動機,實測熱效率突破47%。
此外,「HMP平臺」還為高效的「混動變速器」和「混動發動機」匹配了「智慧能量控制模型」,其包含了「全域能量流智能管理」和「智慧感知節能規劃」兩項核心算法:
● 「全域能量流智能管理算法」:能夠瞬時識別各系統的工作狀態和運行數據,能夠根據用戶對油門和剎車等操作行為識別駕駛風格,多維度優化發動機和電動機工作區域,有效減低能耗;
● 「智慧感知節能規劃算法」:能夠根據云端大數據及導航等路網信息,智能識別和預測暢通、擁堵路況,對整車未來能耗進行全局規劃,智能調配油電能源,達到全局能耗最優的開發目標。
其次,從此前我們對「LDU45」的分析中,也可以找到「HMP平臺」另一個設計理念——強勁動力。
從發布會上我們了解到,縱/橫置兩款混動變速器在綜合效率達90%以上的前提下,縱置變速器(「LDU45」)可輸出扭矩超過4500Nm,橫置變速器(「HDU35」)可輸出扭矩達3900Nm。究其強大動力輸出的源泉,除了擁有可實現升功率超過60kW/L,升扭矩達130N.m/L的強勁「20TD混動發動機」,以及擁有像多擋位「LDU45」帶來的混動架構并聯支撐。還有「HMP平臺」中另一項核心系統來加持,那便是「動力解耦式電驅系統」。
兩驅四驅,豪華進階
對「動力解耦式電驅系統」的理解,可能會相對復雜一些,不如我們先將其拆分為兩部分:『動力解耦』和『電驅系統』。
首先我們先分析一下『電驅系統』。其電機峰值功率可達200kW,最高轉速達到每分鐘18000轉,重量僅有74kg。如此強悍純電動力輸出,其實是得益于紅旗工程師長久以來對于電驅系統的優化,所以從這套系統上發現以下技術的運用:
● 短跨距多層方導體技術:針對驅動電機的血管脈絡——定子繞組,通過提高定子槽內的方導體層數,降低繞組交流損耗;采用三種繞組模塊串聯的方式實現繞組端部跨線不重疊、結構緊湊,壓縮定子長度;同時,利用同心繞組換位結構解決了方導體并聯時電磁特性不一致而產生的環流問題,減少了大電流工況的定子繞組內部環流,降低定子銅損,提高效率及輸出能力;
●全域深度變頻及超級過調制技術:針對電驅動系統的心臟——功率模塊,通過全域深度變頻及超級過調制技術主動識別用戶不同駕駛工況,并全范圍精確調節電驅動系統驅動頻率及調制方式,實現電驅動系統效率與性能的最優分配。使得電驅系統在低轉速區域效率可提升1%~3%,進一步提升整車經濟性。而在高轉速區域功率可提升10%以上,提供更加出色的動力響應和加速性能。
若是說提升電驅系統的性能解決的是開起來夠快的體驗問題,那么目前大部分混動系統都有自己解決的方案,但要被稱得上『一套優秀的電驅系統』,還遠遠不夠,特別是對紅旗這樣追求豪華車企而言。因為除了開得快,還要讓駕駛員開起來爽,而且操控質感要更高級,所謂『無四驅,開不爽;無四驅,不豪華』。
不過目前混新能源四驅系統都會面臨著,類似永磁電機隨動時會感生電磁損耗、傳動系統拖曳的損失,最終造成電驅空載能耗大的問題。所以,接下來我們來聊聊『動力解耦』。
針對這個問題,紅旗采用差速器集成式斷開裝置,其原理是利用電磁離合器進行換擋,使得響應更加迅速,高效可靠,伴有「全工況智能控制策略」加持,可在100ms內進行四驅/兩驅的轉換。在兩驅變四驅時,電磁通電預充提前準備,主動調速即刻跟隨,前后扭矩有效銜接補償,實現無延遲切換,一氣呵成,動力隨叫隨到。四驅變兩驅,前后扭矩平穩轉移,電磁斷電,電機主動協調,電磁離合器靜默退出,實現兩驅經濟駕駛。
簡而言之,「動力解耦式電驅系統」通過『智能斷開+電動輔驅』的創新結構,根據用戶使用場景,在經濟行駛中,通過一種新的離合結構與傳動軸完全分離,大幅度降低了常用工況下的電驅拖曳損失,讓車輛擁有四驅車的性能,卻只有兩驅車的能耗。
而當「動力解耦式電驅系統」與『縱橫有術』的「混動變速器」、「全工況智能控制策略」完美結合后,帶來的必將是目前其他混動平臺所不能擁有的進階豪華駕駛體驗。
加倍安全,別出新『材』
最后但并非不重要,一切豪華的體驗都出自于對安全的考慮。故此,紅旗在電池系統方面有了更深入的探索,其「高安全耐低溫電池系統」從抗擊外力沖擊以及低溫性能提升兩個角度,實現全場景和全氣候的安心出行。
首先,紅旗在動力電池箱體采用復合材料代替金屬材料制造動力電池箱體。復合材料在重量較金屬箱體降低15%以上的情況下,彎曲強度和拉伸強度均超過1000Mpa。該材料還能承受1000℃的高溫,在國際明火燃燒測試中,可以有效保證電池內部安全。更重要的是,非金屬材料擁有更強的絕緣性,可有效杜絕電池包內短路及拉弧等風險,電池包外可以隔絕人與電池的接觸。其次,在電池的內部安全——電芯上,紅旗采用高穩定性正極及特殊電極涂層設計,熱穩定性溫度提升15%,從本征上改善了電芯安全性。
簡而言之,紅旗通過別出新『材』的用料,由內到外地避免一切外力對動力電池的不良影響,通過雙重的保護,從物理和化學的基礎層面為電池筑起了一道高墻。
而在安全的高墻外,紅旗還為電池安全挖出了一條重要的護城河,其由「電池智能管理系統」和「車云融合健康管理技術」兩部分組成。
「電池智能管理系統」是紅旗采用自主知識產權高精度電化學機理的電池復合模型,加持電芯級控制技術,從而實現SOX精準估計與智能控制,解決了基于先驗數據帶來的全生命周期下的精度下降問題,控制效能提升35%,有效延長電池全生命周期使用壽命。
「車云融合健康管理技術」則是通過『車-云』交互,實現車輛運行過程的電池狀態數據上傳,利用離群識別理論對電壓、溫度、絕緣值進行處理,實現對動力電池百余種失效場景的精準預警。考慮電池安全性多維度的影響因素,量化分析其影響權重,對電池安全性進行綜合評價,實現了故障風險的自動判斷。
總體而言,紅旗的「高安全耐低溫電池系統」通過軟硬件的創新研發,實現了24小時全天候監控、全生命周期安全預警與主動防護。
而在備受用戶吐槽的『低溫場景下,新能源汽車不給力』的為問題上,紅旗同樣給出了自己的解決方案。紅旗研制了低溫活性電芯,并針對性開發了多源智能加熱技術,為電池性能發揮提供了良好保障。同時,利用全復合材料箱體的低導熱特性減少熱量散發損耗。經臺架實測,零下20℃環境下擱置12小時,可用能量較金屬箱體電池高8%,功率輸出能力高25%以上。真正做到了低溫場景下,電池性能的提升,使得北方的車主不必再為低溫出行而困擾。
新時代,新使命
不知不覺又寫了5000來字,其實也只是對紅旗「HMP平臺」的一些介紹和淺析,后續我應該還會撰寫針對「HMP平臺」顆粒度更細的科普文章,比如對「LDU45」構成的分析以及「智慧能量控制模型」的詳解,若大家有什么疑問也可以在留言區提出。
不過在整個淺析「HMP平臺」的過程中,我愈發有一種感覺,無論是『縱橫有術』架構布局,還是對于四驅豪華的工程理解,亦或是在三電方面別出新『材』的創新運用,都彰顯著一個擁有65年歷史經典的品牌在『ALL IN 新能源』戰略上的決心,以及新一代的紅旗產品將開創中式豪華混動新時代的魄力。
正如邱現東總經理在發布會所說的那樣:『堅持以「技」塑形、以「術」鑄魂。在強國建設、民族復興的偉大征程上,共同駕馭夢想,攜手開創未來!』
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