通用混动后来居上 三方面已超丰田

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OFweek新能源汽车网讯 虽然混动汽车市场已经被丰田抢占了先机,但是通用正凭借着深厚的混动技术显露着挑战者的野心和信心。不久前,上汽通用在上海泛亚技术中心举办了“别克蓝”智能电驱系统技术说明会,结合部件拆解介绍了其最新一代“智能电驱系统”的工作原理。 

2016年4月18日,别克品牌正式公布了面向未来的“别克蓝”新能源战略以及“别克蓝”车标,作为通用旗下别克品牌“别克蓝”新能源战略的核心技术之一,该套“智能电驱系统”目前已经搭载至全新一代君越30H全混动车身,未来还将搭载至更多车型。


混动技术优劣的衡量可以从多个维度进行,但是在通用看来,无论是HEV全混动、EREV插电式增程混动还是PHEV插电式混动,都拥有汽油发动机和电动机两个能量源,而如何使这两种能量源更好协作,达到高能高效,是一个汽车品牌新能源科技能力的最直接体现。

目前,混合动力技术有串联、并联和混联几种,其中串联发动机只能够驱动发电机,并联发动机可直接驱动驱动轴,都具备一定限制性。而混联从结构来讲,由于其发动机既能够驱动发电机又能够驱动驱动轴,因此具备了更优的性能,也占据了更大的市场份额。

通用混动后来居上  三方面已超丰田

(混合动力汽车结构类型)

掌握混联技术的车企除了大家熟知的丰田之外,在1969年推出首款混动汽车的通用则是另外一家。事实上,通用的混动技术在某些层面并不弱于丰田,甚至更强,主要体现在行星齿轮结构、核心部件集成度以及锂电池应用技术三个层面,而这关乎到混动车型的动力平顺性、燃油经济性、安全性以及续航里程等多个指标。

丰田单排行星齿轮专利难规避 通用以更优秀的双排行星齿轮破解

当前通用的混动技术Voltec已经发展至第二代,搭载至全新一代君越30H混动上;丰田的THS发展至第三代,最新搭载在第四代普锐斯车身,凯美瑞双擎目前搭载的仍是第二代THS。

第二代Voltec和第三代THS的共同点在于均采用行星齿轮结构来实现功率分流(PSD)。这种结构利用行星齿轮的多重自由度,实现扭矩和转速的解耦,从而实现扭矩和转速的调节,达到功率分流的功能。与此同时,通过将行星齿轮与发动机、电动机相连则能实现内燃机和电动机的动力分配。

从时间来讲,丰田于1997年注册了行星齿轮机构核心专利。这一专利致使20年来想要发展混动技术的车企难以规避,不过从一定程度来讲也促进了它们的自主研发。

在丰田单排行星齿轮专利难以规避的情况下,通用则研发出一套更为先进的技术。这便是基于双排行星齿轮结构的“双模混动系统”,通用在2006年针对该系统正式申请了专利。

2003年,通用宣布和奔驰以及宝马展开合作研究混动技术,提出使用两三个行星齿轮集成至一套传动系统。这一技术可通过两组行星齿轮融合高低速两种“动力分流”模式,亦可增加一组行星轮,设置更多固定档位,以此获得更佳的平顺性,兼顾引擎与电机的负载,以此进一步提高燃油经济性。

“行星齿轮担任着动力优化的角色,就像画圆,多边形边数越多越像圆圈。”汽车工程师丁华杰这样形容道。他表示,双行星排、双电机的电驱动系统类似于两套THS电驱动系统,在一套THS系统达到优化边界的时候,切换成另外一套,从而实现更高的效率和动力优化。受控制难度和成本限制,当前双行星排和三行星排属于最佳选项。

通用混动后来居上  三方面已超丰田

(“别克蓝”智能电驱系统结构示意图)

“别克蓝”智能电驱系统搭载了通用专利的双排行星齿轮组结构,其间布置了两组高性能交流永磁同步电机,能够赋予HEV全混动车纯电驱动、纯发动机驱动以及油电混合驱动等多种驱动模式,有效克服了单模驱动单元选择灵活度低、传动效率差的限制。以两个连续可变速比和一个固定速比的输出组合,在全车速范围内优化发动机动力源与电机动力源,实现驾驶性与燃油经济性的高效组合。

该套智能电驱系统内部拥的两组离合器通过不同的组合工作状态,可以实现两种主要的工作模式和一个固定速比,实现对全车速下的日常使用场景的高效运作。

通用混动后来居上  三方面已超丰田

电驱系统与发动机集成两者都有 通用电控模块集成至电驱单元略胜一筹

在核心部件集成上,通用和丰田均实现了电驱系统与发动机的集成。不过,从硬件来讲,通用这一代技术将以往独立安置的TPIM电控模块集成至电驱动单元内,这是目前丰田没有做到的。

该电控模块由三个独立的逆变模块(逆变器 -A、逆变器-B、电子泵逆变器)、变速箱控制器、混合动力系统控制器等组成,其中三组逆变器负责控制电机,变速箱控制器负责换挡及扭矩请求,混合动力控制器负责扭矩分配和能量管理。

高度集成不仅能够提高功率分配效率,更提高了安全性能。集成之后,电池直流电转换为电机交流电的过程在箱体内完成,直接避免在发动机舱布置内高压电线,大幅度提高耐久性能和安全性能。

这一系列的高度集成都在类似传统变速箱的体积内得到了实现,整套驱动单元及控制器重量仅为125kg,这样的体积以及结构使得该套驱动单元可以和传统变速箱实现模块化替换,并且能够灵活应用到HEV全混动、EREV插电式增程混动、PHEV插电式混动等多个平台上。

从软件的角度来看两者的电控,丰田的几个控制器之间通过CAN总线方式通信,最高速率大概在1M/S,而通用将这几个控制器集成在一个电控模块上,通过微控制器的方式来进行信息传输,极大提高了传输速度和安全性。

目前能够将电机控制器与电驱动单元深度集成的车企除了通用之外,还有特斯拉。如果追溯起通用的混动技术历史可以发现,其和特斯拉之间有着深厚的历史渊源。

据相关资料记载,通用最早在1996年研发出了当代第一款量产电动汽车EV-1,并且在这款车上提出了新的电机与电控系统的架构,堪称为现代电动车技术奠定了基础。至2002年,迫于大环境限制,当年EV1的技术团队成员开始分化,其中名为艾尔·科科尼的工程师在加州创建了AC Propulsion电动汽车公司,而这是特斯拉汽车最早的雏形。

通用混动后来居上  三方面已超丰田

当丰田宣布将放弃镍氢电池转向锂电池 通用已有丰富锂电池技术经验

从电池的角度可以将混动技术划分为锂电池和镍氢电池两个大类。这两种电池各有利弊,镍氢电池技术较为成熟,且具有安全性高、大功率充放电、温度使用范围广、对环境友好等特点,因此被多家企业作为重点生产研发项目。而锂电池在能量密度、电池容量上占据优势,这两个参数指标则直接与当下令消费者头疼的续航里程有着直接关联。

就目前来看,锂电池的发展前景比镍氢电池更加光明。即便是一贯使用镍氢电池的丰田,也在三年前宣布要放弃旗下大部分混合动力车型采用的镍氢电池,计划未来将用体积更小重量更轻的锂电池来代替,从而改善燃油效益,延长续航距离,并且这几年一直在研究锂电池技术。据了解,第四代丰田普锐斯在推出镍氢电池版的同时也推出了锂电池版。

与丰田不同的是,通用一贯采取锂电池路线,经验也更加丰富。由于锂电池对温度更加敏感,为了确保电池安全以及使用寿命,需要合适的温控系统来保持电池良好的运作环境。据了解,通用第二代Voltec设计了多种模式的热管理系统,可以用废热给电池加热,也可以用空调给电池冷却,设计非常节能和精妙,有效地增加了电池寿命和性能。

随着“别克蓝”新能源战略的进一步落地,目前别克已经推出了全新一代君越30H全混动以及Velite新能源概念车型,未来别克将进一步推进“别克蓝”新能源战略,在2017年推出EREV插电式增程混合动力车,2018年推出PHEV插电式混合动力车,2019年推出EV纯电动车。

基于通用卓越的混动技术,别克以EVness电气化驾乘体验展示对于未来新能源汽车的诉求,即以智能电气化、高效、节能、环保为车型的开发核心理念,综合兼顾节油环保、驾控乐趣及安全舒适,实现全面超越传统车型的产品表现。

到今年2月份,丰田1997年申请的THS混联式混合动力系统的基础专利将失效。届时,丰田THS的核心技术也将更加容易被借鉴和运用,而通用的双排行星齿轮结构在技术领先的同时仍具备较长的专利时效。此外,通用在集成度、电池领域同样具备优势。凭借这样的技术实力,随着多款优秀产品的推出,通用在混动领域的地位或将逐步提升。


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