【混動百科】4500字看懂「長城Hi4電混系統」

      2023-06-12 12:14:56 來源:車訊網

      『簡化、高效、四驅的自主品牌混動系統』,或許是對「長城Hi4電混系統」的一種客觀工程評價。

      簡化:讓雙電機干三電機的活


      【資料圖】

      官方對「長城Hi4」的定義是『全球首創智能四驅電混技術,『Hi4』中的字母和數字分別表示H(Hybrid)代表混動,i代表智能(intelligent),4代表四驅系統(4WD),其構型為前后軸雙電機串并聯式。』為了方便大家理解,我還是講前后橋分開解釋:

      長城Hi4構型示意圖

      前橋動力總成:「混動專用發動機」(1.5L/1.5T,峰值功率80/120kW)以及一枚「P2.5電機」(峰值功率70kW)組成動力源,而控制的機械結構為「離合器」(C0)和兩擋的「變速器」(官方稱與前一代相比,齒比進行了更合理的改變);

      后橋動力總成:「P4電機」(峰值功率150kW)作為動力源,配合一擋「減速齒輪組」,負責驅動后輪。

      長城檸檬混動DHT與長城Hi4構型示意圖對比

      如果你對「長城檸檬混動DHT」比較熟悉的,那么在「長城Hi4」的構型上就能第一時間發現三處變化:

      1. 「離合器」處軸系的變化:通過觀察上圖中標紅的區域,我們會發現,軸系的調整使得本來無法與「發動機」物理解耦的「P1電機」,現在可以通過「離合器」進行脫離,這也意味著原理P1位置的「電機」成為了集成在「離合器」后的「P2.5電機」,從功能上來說,前橋的這枚「電機」則具備了驅動和發電(TM/GM)的兩種功能;

      長城檸檬混動DHT(四驅)與長城Hi4構型示意圖對比

      2. 「P3電機」從前橋調整至后橋成為「P4電機」:由于前橋已經有一枚可單獨驅動的「電機」,故此,工程師將原本位于P3位置的「電機」后移至后橋,使得整個架構成為了前橋「ICE+P2.5電機」+后橋「P4電機」,這與之前的「長城檸檬混動DHT」四驅構型(前橋「ICE+P1+P3」+后橋「P4電機」)相比,減少了一個「電機」;

      長城Hi4后橋動力模塊示意圖

      3. 后橋調整為一組「減速齒輪組」:與之前的「長城檸檬混動DHT」四驅構型的后橋相比,簡化為一組「減速齒輪組」,不再為「P4電機」配備二個擋位,這是一個細節變化。

      長城Hi4系統示意圖

      總體來說,『簡化』二字是「長城Hi4」在構型方面做出的最大改變,而通過構型的簡化,有趣的事情發生了,用原來「長城檸檬混動DHT」兩驅版本的基礎組件,即「發動機」配合「雙電機」干出了四驅的效果,可謂是『讓雙電機干原理三電機的活』。說實話,光看構型的簡化,個人第一感到是『有趣』和『擔憂』。

      有趣:源自『讓雙電機干三電機的活』的工程邏輯,可謂是『有趣的靈魂』;

      擔憂:源自型架構的完成度是否能支撐起『有趣的靈魂』。

      所以,我們接下來就要看看「長城Hi4」具體組件和工作邏輯的變化。

      高效:支撐起『有趣的靈魂』

      如果具象化我的擔憂,至少有這么幾大問題是要回答的:

      關于前橋動力總成的變化:前橋缺乏了「P3電機」會不會降低了動力?「前橋電機」是否會參與驅動?「電機」的功率是否足以支持驅動?

      關于后橋動力總成的變化:減少了原來的二擋變速機構后橋「P4電機」是否還能提供足夠的扭力?后橋電機的使用工況到底該如何標定?

      關于整車控制的油電平衡:「發動機」是否能在各種工況下保持高效工作區間?雙電機驅動時電池的SOC控制是否能達到平衡?

      其實若將我所有的擔憂寫成思維導圖,那應該是滿滿的一屏幕,回答起來也會非常的繁瑣,所以,為了方便大家理解,我們還是從「長城Hi4」的工作原理一點點來展開。

      長城Hi4工作原理示意圖(動圖)

      官方宣稱「長城Hi4」以『全工況出行』為理念,圍繞用戶日常出行場景,基于不同工況特點和需求通過『3擎9模』的動態切換與智能能量管理系統,在各工況下處于最佳的工作模式,真正全工況效率最優,全場景駕駛無憂。

      首先,我們分析一下官宣的『3擎9模』:『3擎』當然指的就是「發動機」和「雙電機」。而『9模』其實是在常規「DHT混動系統」的5種模式下,細分出的9種工作模式,詳情可見以上動圖。

      長城Hi4純電兩驅模式示意圖

      但在一些模式細節中,我們就可以看到「長城Hi4」的有趣之處,比如在對應車輛起步和低速、低扭、低功的工況下,系統會遵循『大功率「電機」純電驅動』的混動基本邏輯,只是這次的「長城Hi4」依靠后橋的「P4電機」進行驅動,也就是后驅。

      長城Hi4純電四驅模式示意圖

      而在面對高扭需求時,「長城Hi4」進入純電四驅模式,「前橋電機」通過一擋「齒輪組」向前輪的輪端輸出動力,配合前后橋雙電機共同發力,進行驅動。這種模式標定顯然使得系統組件的使用效率大大提高,但并非沒有風險。比如電耗問題和「前橋電機」的發熱問題。好在,構型調整的背后必然有組件的工藝提升來支撐,比如:

      前橋驅動模塊:兩擋混動專用變速器,多合一輕量化架構;「前橋電機」采用Hair-pin扁線繞組技術、可變潤滑流量控制、低阻高效軸承、低粘度油液應用,多項工藝的提升,使得前橋電驅總成的最高傳動效率可達98%;

      后橋驅動模塊:「后橋電機」峰值功率提升至150kW(此前「P3電機」為135kW);「減速器」采用高效低粘度齒輪油等技術,實現大于97.7%的傳遞效率;同時模塊通過嚴苛的EMC電磁兼容測試,性能優異,安全可靠。

      長城Hi4純電模式示意圖(動圖)

      而根據官方對工作模式的介紹,我對『「前橋電機」參與驅動』的分析大概有如下幾點:

      「前橋電機」基本不會單獨驅動車輛:在純電模式下,在后橋「電機」驅動車輛達到一定速度后,前橋「電機」在前輪輪速達到一定閾值時,且動力需求增加時才會驅動前輪繼續提速;

      「前橋電機」以助力驅動為主:在后面的并聯模式中,我們也不難看出「前橋電機」更適合處理大功率需求時的情況,特別是面對需要脫困的路況,70kW的功率也是不小一個動力源。

      長城Hi4串聯模式示意圖

      而在串聯模式下,我們就可以看到「前橋電機」的作用回歸到發電上。細節在于「發動機」功率與「前橋電機」功率的匹配:1.5L版的「混動專用發動」峰值功率為80kW配合「前橋電機」峰值功率70kW。這也從側面印證了官方『前橋電驅總成的最高傳動效率可達98%』這一數據。

      長城Hi4直驅模式示意圖(動圖)

      二擋的直驅模式顯然傳統保留模式,通過一組「同步器」進行「齒比」的變化。當然我個人認為,無論是「檸檬混動DHT」還是「長城Hi4」,二擋「變速機構」都是為了提升性能而設計,特別是這次長城對兩款「混動專用發動機」進行了較大的提升:

      1.5L 混動專用發動機:采用阿特金森循環、16:1高壓縮比、350bar高壓噴射系統、進氣VVT、LP-EGR系統、電子水泵、電子節溫器及其它降摩擦等技術;

      1.5T 混動專用發動機:采用高壓縮比、米勒循環、350bar燃油噴射系統、雙VVT、LP-EGR系統、VGT增壓器、電子水泵等低摩擦、高效率等技術;

      1.5L/1.5T兩款混動專用發動機,實現了41.5%的最優工程熱效率。

      長城Hi4并聯模式示意圖(動圖)

      「長城Hi4」并聯模式的工作原理也比較容易理解,兩驅時「發動機」作為主動力源,「動力電池」為「前橋電機」供電,兩者動力合流共同驅動前輪。而四驅情況下,「動力電池」同時為「后橋電機」供電,整套「長城Hi4」動力總成全部發力。

      長城Hi4并聯兩驅模式示意圖

      比較值得分析的是兩種并聯模式的應用,這里先談并聯兩驅模式,個人認為切換入這種模式的前提是在鋪裝路面上,而動力需求些許超出了「發動機」直驅所能高效覆蓋區時,可以說是當你持續地、緩慢地踩下「加速踏板」,「前橋電機」起到助力驅動的作用。

      長城Hi4前橋動力模塊示意圖

      此外,在官方給到的資料中,并聯兩驅模式暫時只標注了一個擋位(故此自制圖片中我也暫時以一擋為例)。而我個人認為,最終的標定應該是可以在二擋中切換。若理解有誤,那并聯兩驅適用的工況會更少一些,比如只在40~60km/h的車速下才能觸發。至于并聯四驅模式,我放在『四驅』這個章節展開分析。

      長城Hi4制動能回收示意圖(動圖)

      最后是制動能回收模式,其實在此前的文章中,我也提到過,回收制動能最基礎的思路是『能量傳輸的物理和電氣間隔越短,回收的效率就越高』。故此,「后橋電機」單獨被標注成一種模式——單軸回收。

      長城Hi4雙軸制動能回收示意圖

      而「長城Hi4」的雙軸回收模式則是利用了「P2.5電機」和「P4電機」距離車輪近,制動能回收效率高的特點,進行前后橋的能量回收。這也從側面體現出了整套系統對于『高效』二字的追求。

      長城Hi4工作原理示意表

      我匯總了一張『9模』的工作原理表格,供大家參考,但請不要下載,下載了也請別商業轉發,轉發了也別給自己打上原創哦。因為最近太多人未經授權而商業化使用了我的圖片,讓我有些苦不堪言……

      我們回歸正題,關于「長城Hi4」工作模式的分析,還需強調一點,以上內容只是對目前個人所了解到的所有信息進行的粗淺分析,如有偏頗,歡迎大家評論區與我討論。

      不過,從「長城Hi4」的構型和工作模式的變化,個人認為,與上一代長城的混動相比,貫穿「長城Hi4」的主要邏輯就只有一條:利用零件工藝提升帶來的『高效』,從而『簡化』整套系統的架構。

      四驅:iTVC打通『任督二脈』

      最后,我們來聊聊「長城Hi4」另一個『第一性』變化,那就是從上一代的兩驅/四驅兩種架構模式,徹底轉變成為了一套四驅架構的動力總成。但光靠『高效的組件,簡化的架構』對于打造一套四驅系統顯然是不夠的。「長城Hi4」真正的殺手锏或許就是「iTVC智能扭矩矢量控制系統」(后簡稱「iTVC」,Intelligent Torque Vector Control System)。

      「iTVC」官方對其工作原理的解釋是:

      通過分析駕駛者動力需求、車速、駕駛模式、道路坡道、方向盤轉角、電機轉速和橫擺角速度等駕駛員操作及車輛狀態信息,并融合攝像頭、雷達等路況信息,智能識別不同的用車場景,進行最優的前后橋扭矩分配,全時域、全場景進行最優的前后橋扭矩分配,實現整車經濟性、動力性及操穩性的完美平衡。

      長城iTVC工作原理示意圖

      這顯然是一套將全車前端感知系統與后端動力、制動以及轉向等控制系統所融合的中間層控制系統。官方的介紹中,同時提及了「iTVC」的7種主要應用場景:

      平地起步:動力均能分配前后軸,起步加速快,相比傳統雙電機,百公里加速更快(時間縮短1.8s);

      坡道起步:起步更平穩,且在低附著系數的冰雪等路面,行駛車速更高,通過時間更短;

      直路行駛遇低附路面:智能監控車輛狀態,實時精準扭矩控制,在毫秒間完成車輛穩定牽引指令,全面提升濕滑路面的駕駛信心;

      彎路行駛高速過彎:趨于完美的50:50軸荷分配,整車轉彎極限更高,「iTVC」將智能修正車輛行駛狀態,省心省力平穩安全高速過彎;

      彎路行駛連續轉彎:精準解讀駕駛員的轉向意圖,過彎轉向響應更靈敏,無需不斷調整轉向,減輕駕駛員緊張導致的疲勞;

      非鋪裝路面脫困:前后軸均可驅動,「iTVC」將動態分配扭矩,操控性更強;

      停車越障:通過前后軸雙電機動力解耦,扭矩可迅速轉移,使車輛保持良好的越障能力。

      長城Hi4系統示意圖

      總地來看,「iTVC」是將「長城Hi4」在四驅方面的架構優勢發揮出來的重要實現和保障系統,打通了感知、決策和執行三端的『任督二脈』,這也讓人聯想到了比亞迪的「iTAC」,如果大家有興趣,可以在評論區刷一波『混動四驅』,若大家真的感興趣,我就來對比分析一下。

      尾聲:將SUV堅持到底

      長城Hi4系統示意圖

      「長城Hi4」發布后的那幾天,我也看到不少媒體打出了類似『長城硬扛比亞迪』的標題,其實「長城Hi4」這套系統在出發點上就與比亞迪的「DM系列」有著很大的區別,因為這套系統從底層邏輯上就是一套為了四驅而設計的混動架構,是長城骨子里對SUV的堅定和執著。顯然「長城Hi4」將使得長城旗下的SUV產品上如虎添翼。當然啦,我的這種分析邏輯過于工程師化,或許有失偏頗,所以,咱們評論區見。

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