荣威550电机过热TM 驱动电机。

三核——混合动力驱动系统

表面仩能看见的部分差别不大荣威550电机过热 PLUG-IN插电混动版与普通版的不同主要在驱动系统上。与比亚迪宣传的“双擎双模”类似上汽对荣威550電机过热 PLUG-IN的这套驱动系统也有一个称号——三核,由1.5L汽油发动机和ISG电机、TM电机三者组成的高效能驱动组合

从英文名称PLUG-IN可以看出,这属于峩们常说的插电式混合动力系统的一种其本质是燃油发动机和电动机的组合,但是相比于普锐斯那样的混合动力系统它还增加了充电嘚能力,纯电续航里程也要更长按照我国的新能源车国家补贴标准,插电混动车型的纯电续航里程要在50km以上才能享受补贴而荣威550电机過热 PLUG-IN可以达到58km,已经超过这一标准

VTI-tech汽油发动机,与、等车型上使用的基本相同属于常规动力组件,其最大功率和扭矩分别为80kW/6000rpm和135N.m/4500rpm以自嘫吸气发动机来看,动力表现正常而比亚迪秦因为配备了1.5T的汽油发动机,所以在动力性上更为出色上汽表示这是对产品特性理解的不哃,动力性并不是此类车型最重要的需求他们还表示,将来有计划为这套驱动系统匹配阿特金森循环的发动机进一步增加燃油经济性。

除此之外的两台电动机更值得关注其中ISG电机负责启动和为电池充电,它的两端分别连接着汽油发动机和电池从动力参数看,拥有23kW的朂大功率和147N.m的峰值扭矩另外,TM电机为负责驱动的牵引电机它的两端分别连接这电池和变速箱,最大功率147kW峰值功率317N.m。

汽油发动机和电動机共同作用下的综合功率最大147kW综合扭矩最大587N.m,因为三种动力系统不能同时达到峰值所以综合动力并不是简单加和,但这样的动力表現也非常出色了功率达到2.0T汽油发动机水平,扭矩则可以媲美V8发动机

这里又要特别介绍的是上汽自主研发具有全部知识产权的EDU智能电子變速箱,对于混合动力车型在行车中实现不同驱动模式起到关键作用,是业内首创的技术首先,它拥有两个电控离合器C1和C2分别与发動机和TM电机相连,可以实现纯电动、串联、并联等多种驱动模式;其次它还拥有高低两个档位,优化发动机和电动机在不同转速下的驱動效果相当于普通的2档AMT变速箱。

只有两个前进档在普通动力车型上看似极不合理并难以接受,但这是一台用于混合动力的变速箱考慮到电动机驱动从一开始就能爆发强大的扭矩,这也就很正常了EDU变速箱1档的传动比5.8:1,大致相当于普通变速箱的3档而D变速箱2档的传动比為3.12:1,与普通变速箱的5档或6档接近。

在加速时需要较高的动力输出此时变速箱使用1档,电机(发动机)转速较高;在巡航状态时变速箱使用2档,降低电机(发动机)转速以获得更好的经济性。

负责为驱动车辆的TM电机提供能量的是一组容量为11.8kWh的磷酸铁锂电池组这方面与比亚迪秦非瑺相似,两者都采用了能量密度相对不高但稳定性更好的磷酸铁锂电池,电池容量上秦为13kWh只比荣威550电机过热 PLUG-IN大了一点点而已。表现为純电续航里程上秦为70km,也要稍长一点

再来看荣威550电机过热 PLUG-IN,在电池组和油箱(35L)都充满的情况下其总续航里程达到500km,这与普通动力汽车無异因此既可以满足城市通勤需要,又能做长途旅行

从能量补充方式看,荣威550电机过热 PLUG-IN提供消费者两组充电插头一种用于国家电网建设的充电桩,一种可直接使用家用220V电源两种不同形式下充满电池的时间同为6-8小时,也就是说它并不具备快充功能(快充需要专门的设備和更高的电压,对电池寿命也有一定损伤)

荣威550电机过热 PLUG-IN提供三种驾驶模式:E(Economic经济模式)、N(Normal普通模式)和M(Mountain山地模式)但是与秦不同,它并没有純电动模式

三种模式很好理解,E模式最为经济尽可能以纯电驱动在较大的动力需求下才启用发动机;N模式,拥有更好的动力输出表现均衡地利用油和电驱动;M模式,为了提高爬坡能力拥有最高的动力输出表现,变速箱多处于低档位相当于运动模式,节能效果最差

在每一种模式下,荣威550电机过热 PLUG-IN都会由电脑自动根据行驶状态和驾驶者的需要采用不同的驱动模式,比如:纯电动驱动、串联驱动、並联驱动、制动能量回收、怠速充电、行车充电等

这里又要提到混合动力车型在驱动形式上较常规动力车型的优势,因为电力驱动具有高效、快速的特性所以尽量多的以电驱动就成了提升车辆经济性和动力性的基本原理。又如这种增程型电动车虽然有汽油发动机,但發动机并不参与驱动只为电池充电,完全有电力驱动

荣威550电机过热 PLUG-IN也是奉行这样的原则,尽量多以电力驱动但与增程型电动车相比,它有多了并联驱动模式在电池电量充足时,TM电动机和发动机共同作用此时EDU变速箱的两个离合器都处于接合状态,动力性最为出色

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本文以车辆性能为切入点重点對比了荣威550电机过热 插电式混合动力系统的核心部件-电驱变速箱(EDU)和丰田Prius 三代的混合动力系统(toyota hybrid system,THS)从原理和仿真分析两方面分析了榮威550电机过热 插电式混合动力系统的效率等性能。

对于混合动力系统最大的技术难点之一是动力耦合机构。荣威550电机过热插电式混合动仂系统的成功研发和上市标志着中国自主品牌新能源动力系统打破了以丰田THS系统,通用Voltec 系统为代表的行星齿轮动力分流(powersplit)机构和以德系P2机构为代表的国际汽车巨头在新能源动力系统方面的垄断,并初步形成了以系列化专利为支撑的技术优势

1 荣威550电机过热插电式混合動力电驱变速箱(EDU)

荣威550电机过热插电式混合动力所用的EDU系统是一套双电机、双离合、双速比的电驱动自动变速箱。

EDU集成了主驱动电机(traction motorTM)、与发动机直连的ISG电机、离合器系统、换挡系统、液压驱动系统、齿轮传动系统和高低压安全部件等。

EDU通过高度集成的设计方案实現了轴向总长390 mm,可匹配多款三缸、四缸发动机应用到A、A+、B、B+等多个整车平台。EDU通过离合器开合、同步器挡位、发动机及电机的各种工况控制可实现纯电动、串联、并联混合驱动、行进间充电、倒车和怠速充电等多种动力模式。

EDU的结构原理如下图所示发动机侧设计常开離合器、TM电机侧设计常闭离合器,可实现发动机、TM电机和ISG电机三个动力输出的任意组合及消除拖拽损失,提高了插电式混合动力系统的驅动效率

▲EDU 结构原理示意

下图显示了EDU的内部结构。EDU的结构需要液压系统精确控制两个离合器的开闭与同步器的拨叉位置设计团队基于量产的电磁阀、单向阀、储能器和位置传感器等零部件资源,集成开发了控制2个离合器和1个同步器拨叉的5个电磁阀的液压系统并掌握液壓控制的核心技术。

▲EDU 结构集成设计

下图显示了EDU的整体外观EDU的换挡结构类似于传统车的AMT变速箱。

换挡动力中断问题限制了AMT变速箱向中高端车型发展EDU采用同级别位置传感器等控制硬件资源,使用电机辅助的多动力源转速级联控制算法,控制动力源转速快速准确地匹配至根据笁况动态选择的转速控制目标以实现速比切换中的快速准确的动力源速度匹配。

通过多阶段多方式的自适应同步器控制离合器动态滑迻率控制以及半闭环多动力源协调扭矩控制,实现所有混合动力模式下快速、安静、平稳的挡位切换

其中,离合器真实Kiss Point点和同步环准确位置是平顺控制的关键因素探测精度自学习程序,EDU控制不仅能探测Kiss Point点±5 N·m变化、同步器同步点±0.1 mm的位置变化而且能够自动消除磨损误差,使EDU以AMT换挡机构实现接近DCT、AT的驾驶感受

同时,EDU 系统结构相对简单齿轮少,变速箱油仅需2.2 L因此传动损失小,系统传动效率达96%以上

1.2 榮威550电机过热 插电式混合动力系统介绍

荣威550电机过热插电式混合动力系统以EDU为核心,配以传统汽油发动机、集成式电力电子箱(Power Electronic BoxPEB)、能量/功率平衡型纳米磷酸铁锂电池(总能量11.8kW·h),串并联式插电强混方案同时具备外接充电功能。

PEB外观如下图所示

▲电力电子箱(PEB)

PEB有效集成双电机控制器、双逆变器及一个DC/DC 变换器。整个电机系统具有优秀的NVH性能并具有高度集成化的优点,电机峰值功率密度达到2 kW/kg5倍调速范围,转矩谐波≤1%具有高压绝缘在线监测功能、高压连接监测功能,同时具有IP67防尘防水等级

电池系统外形如下图所示。

动力电池系統具备了以下特点:高压互锁;过压、三重过流保护;器件耐高压2500 V绝缘电阻值大于10 MΩ;并且具备系统绝缘阻抗动态随检功能,整体防护等級达到IP67防尘防水等级电池管理系统的均衡电路设计具备了充电均衡和静置(非充电状态下)主动唤醒均衡功能,均衡电流可达300 mA

EDU、电池系统、PEB、充电器、高压线束等高压零部件加上发动机构成了混合动力系统的主要硬件。

该系统的混合动力控制器HCU功能和变速箱控制器TCU功能匼并在一个控制器当中有效地降低了成本、减轻了重量、并节约了布置空间。

HCU/TCU、BMS、MCU等控制器的应用层软件和底层软件构成混合动力系統的软件系统。其中HCU是整个电控系统的“大脑”,指挥其他控制器及相应被控对象在各种路况和使用环境下满足驾驶员的驾驶需求,並维持整个动力系统和各零部件在高效、安全、平稳的状态下运行

发动机和两个电机的多种组合给出适合不同工况下的运行模式。上汽捷能公司掌握该系统完整的“电控”核心技术包括HCU和TCU的控制策略和标定在内的软件技术。

下图显示了各种运行模式及各模式下的动力源狀态和能量流

▲荣威550电机过热 插电式混合动力系统运行模式

1.3 荣威550电机过热 插电式混动轿车整车性能

采用上述混动系统的荣威550电机过热 插電式混动轿车,在NEDC循环法规能耗试验中取得表1所示结果

▲荣威550电机过热 插电式混合动力轿车NEDC 循环能耗试验结果

由表1可见,荣威550电机过热插电式混动轿车的综合油耗达到行业领先的1.6 L/100 km, 纯电续驶里程达到60 km

条件B下电耗为0,即试验前后电池电量是平衡的油耗达到5.6 L/100 km,与传统动力的榮威550电机过热轿车(油耗8.0 L/100 km)相比节油率达到30%。

需要指出的是此处条件B 下5.6 L/100 km 油耗值是在电池SOC前后平衡的情况下得出的,目的是与Prius三代HEV的油耗进行公平的比较(都在电池前后电量平衡的情况下)

2015款荣威550电机过热插电式混动轿车的官方公告中,条件B 下油耗为5.4 L/100 km但电池略有放电,降低了油耗如将耗电量折算为油耗,则条件B下电量完全平衡的油耗为5.6 L/100 km

荣威550电机过热插电式混动轿车主要参数见表2。

车辆的最高车速達到200 km/h0~100 km/h 加速时间9.5 s,60 km/h等速纯电续航里程为88 km综合工况油电综合续航里程为500 km,混动模式最大爬坡度为30%

2 荣威550电机过热 插电式混合动力车与丰畾Prius 三代性能对比分析

丰田Prius混合动力汽车因革命性地降低了车辆的燃油消耗和尾气排放,1997年10月第一代上市以来已成为全球市场化最为成功嘚混合动力车型。

▲丰田Prius 三代混合动力汽车动力系统结构示意

Prius三代混合动力系统采用发动机与双电机(MG1、MG2)3个动力源并通过双排行星齿輪耦合构成电控无极变速器,可根据车辆行驶的不同工况实现发动机转速和转矩的双自由度调节满足各种驾驶需求。

2.1 性能对比:荣威550电機过热 插电式混合动力轿车与丰田Prius三代

混合动力汽车的能量经济性能和动力性能是评价混合动力系统架构、主要零部件性能及能量管理控淛策略和标定优劣的主要指标

荣威550电机过热插电式混合动力轿车采用1.5 L自然吸气发动机、ISG电机和驱动电机(TM)为动力源,与Pri?us 类似也是3個动力源。

对于插电式混合动力车为了有效地比较不同动力系统的经济性,必须将电量消耗(charge depletingCD)模式和电量保持(charge sustaining,CS)模式加以区别

因为本文讨论的重点是上汽EDU系统和丰田THS系统的效率问题,所以和电池电量关系较小的电量保持(CS)模式是分析的重点这样可以把电池能量的差异排除在外。CS模式的基本特征是电池电量在某个SOC平衡点附近做窄幅波动即从整个测试循环看,电池的能量基本不参与驱动车辆囷向用电器的供电

荣威550电机过热插电式混合动力轿车与丰田Prius三代车辆的主要性能参数如下表所示。

▲荣威550电机过热 插电式混合动力轿车與丰田Prius 三代主要参数和性能对比

从上表可以看出荣威550电机过热 插电式混动轿车的百公里加速时间短于丰田Prius三代HEV,而其NEDC工况燃油消耗量高於丰田Prius三代

由于Prius三代采用铝合金和高密度钢材料等车身轻量化技术,其整备质量较荣威550电机过热插电式混动轿车低314 kg;且其空气阻力系数為0.25仅为荣威550电机过热 插电式混动轿车空气阻力系数的74%;同时,Prius三代采用的1.8L Atkinson循环发动机的最小燃油消耗率低至220 g /(kW·h)仅为荣威550电机过热插电式混动轿车所用发动机最小燃油消耗率(250

另外,Prius系列混动车采用了串联式的能量回收系统即在车辆制动时,首先采用电机制动电機制动不足部分由机械制动补足,这样可以尽量多地将车辆动能通过电机转化为电能

而荣威550电机过热 插电式混动轿车没有配备串联式制動能量回收系统,当驾驶员踩下制动踏板时电机制动和机械制动同时进行,能量回收效果不及串联式制动能量回收系统

2.2 仿真分析的方法

由于荣威550电机过热 插电式混动轿车与丰田Prius三代在车辆的整备质量、风阻系数、发动机效率、制动能量回收系统等方面的较大差异,荣威550電机过热 插电混动轿车与丰田Prius三代的燃油经济性能和动力性能不能直接反映EDU系统和THS的效率及动力输出特性

为了实现公平的比较,在设定榮威550电机过热 插电混动轿车采用丰田Prius三代的车辆参数(整备质量、迎风面积、风阻系数、制动系统)及发动机的条件下通过软件仿真计算车辆的经济性能和动力性能,用以客观比较和分析EDU系统与THS系统

以Matlab/Simulink软件为平台,仿真分析小组建立了荣威550电机过热 插电式混动轿车的整車和动力系统模型以及整车能量管理策略模型仿真模型的结果与实车转毂实验结果进行详细的对标分析与修正。

在仿真模型中车辆的循环工况、输入参数、边界条件与实车转毂实验一致,其仿真结果分别如下图和下表所示

可以看出,当荣威550电机过热 插电式混动轿车处於NEDC工况中的ECE工况段(0~780 s)时由于行驶速度较低,车辆较多以纯电动模式行驶因为此时功率需求较低,如发动机参与驱动效率不高。當电池能量消耗过大而使SOC低于某预设值时发动机自动起动,车辆以串联模式行驶满足驱动和充电的需求。

▲荣威550电机过热 插电混动轿車在NEDC 工况下的车速、SOC 及运行模式曲线

▲荣威550电机过热 插电式混动轿车动力性能及经济性能的仿真与实验结果对比

此时不采用并联模式的另┅个好处是可以避免低速运行时可能带来的NVH问题而当荣威550电机过热插电式混动轿车处于NEDC工况中的EUDC工况段(780~1180 s)时,由于车速对应的发动机转速和负荷处于经济区车辆驱动力主要由发动机提供;为弥补ECE工况下较多纯电行驶时电池电量的损失,此时可以在车辆行进中充电

行进Φ充电可以适当提高发动机负荷,使发动机在靠近效率最高的区域运行通过适当的行进间充电和能量回收,可以维持NEDC循环起始和终止时電池SOC的平衡即实现CS模式。从表4可以看出基于建立的仿真模型,车辆的NEDC工况油耗与0~100 km/h加速时间的仿真结果与实验结果的偏差很小从而驗证了车辆仿真模型的有效性。

2.2.2 荣威550电机过热 插电式混动轿车采用Prius 三代发动机和整车参数与丰田Prius 三代对比

基于荣威550电机过热插电式混动轿車模型逐步将整备质量、迎风面积/风阻系数、制动系统及发动机参数设置为丰田Prius三代的相应参数,并分别对车辆参数改变后的燃油消耗量进行仿真计算

由于缺少完整的丰田Prius三代1.8 L Atkinson循环发动机BSFC数据,在仿真过程中假设荣威550电机过热 插电式混动轿车所用1.5 L发动机的最小燃油消耗率与丰田Prius三代发动机相同对BSFC map 进行等比例调整,然后进行仿真荣威550电机过热插电式混动轿车的油耗随整车参数的变化趋势如下表所示。

▲荣威550电机过热 插电式混动轿车油耗随整车参数变化趋势

上表中的最终油耗即为荣威550电机过热插电式混动轿车采用丰田Prius三代的车辆参数(整備质量、迎风面积、风阻系数、制动系统)及发动机的条件下的油耗

其他仿真结果如下图和下表所示。

▲荣威550电机过热 插电式混动轿车采鼡Prius 三代发动机和整车参数在NEDC 工况下的车速、SOC 及运行模式

在荣威550电机过热插电式混动轿车采用Prius三代发动机和整车参数的性能仿真过程中由於车辆的整备质量、风阻系数和迎风面积减小,因此车辆在相同测试工况下的驱动功率需求降低

通过上述对比可以看出,采用了丰田Prius三玳车辆参数时由于车辆的驱动功率需求降低,减小了NEDC工况中ECE工况段的电能消耗因此车辆以串联模式行驶的时间减少。

由于在串联模式丅发动机能量经过机械能到电能再由电能到机械能的转换,发动机输出能量的利用率低所以在电池SOC下降幅度可以接受的情况下,减少車辆以串联模式行驶的时间有利于降低车辆的能耗

而在NEDC工况中的EUDC工况段,车辆仍较多以行进间充电模式行驶发动机在高效区运行。发動机在NEDC工况下的工作点(蓝色圆圈表示)分布如下图所示

▲荣威550电机过热 插电式混动轿车采用Prius 三代整车参数在NEDC 工况下发动机工作点分布

從上图可以看出,在NEDC工况下EDU系统使发动机在BSFC油耗低于260 g/kW·h高效区(红色曲线包围的范围)工作的比例较高。

采用丰田Prius三代车辆参数并假设發动机的最小燃油消耗率与丰田Prius三代发动机相同时荣威550电机过热 插电式混合动力轿车的经济性能仿真结果明显优于丰田Prius三代,其燃油消耗量较丰田Prius三代HEV低14%((4.3-.7)/4.3=14%)

相比THS系统,EDU系统的优势来自于能量流动路径和动力耦合方式更高效下面按照不同工况分别对两者的经济性囷动力性进行理论分析。

下图中空心箭头表示扭矩的方向和大小,扭矩大小与箭头的长度成正比下图(a)(纯电驱动)和下图(d)(能量回收)模式中没有表示扭矩的箭头,因为这两种工况下行星齿轮机构中基本没有扭矩下图(b)和下图(c)都是混联工况,区别在于车速发动机转速和扭矩不同,造成太阳轮(S)(连接MG1)转向不同

▲THS 系统各种工况下的杠杆

在纯电动模式下,荣威550电机过热 插电式混动轿车嘚TM电机可直接驱动车辆而此时ISG电机端的离合器分离,发动机和ISG电机均无能量损耗;丰田Prius三代在采用MG2电机驱动车辆的同时与太阳轮(S)連接的MG1电机没有出扭矩,但有一定的转速(对应当时的车速)不可避免地产生了一定的电机空转的机械损耗和电磁损耗。

2.3.2 荣威550电机过热 插电式混动系统发动机直接驱动模式对比THS 混联模式

荣威550电机过热插电式混动轿车较多在发动机单独驱动行进间发电,或并联模式行驶此时发动机输出的机械动力可以直接通过机械路径驱动车辆,因此发动机输出能量的利用率很高

丰田Prius三代在很多工况下是以混联状态行駛,发动机输出的动力须经过行星齿轮和电驱动系统进行动力分流才能传递到车轮因此混联也称为动力分流(power split)。

由上图(b)可知MG1此時必须要发电(提供负扭矩),才能平衡行星齿轮机构MG1所发出的电能,可以供给用电器给电池充电,或提供给MG2参与驱动但很多情况丅用电器不需要很多电能,电池电量较高并不需充电所以经常出现必须用MG2参与驱动以消耗MG1电机发出的过多电能,这种现象从能量效率的角度讲是不经济的能量循环:MG1吸收机械能→转化为电能→经MG2再转化为机械能以驱动车辆。

这样的能量循环(powercycling)比荣威550电机过热插电式混動系统的发动机单独直接驱动多出了两次能量转换的损失,这是THS系统能耗高的重要原因

在能量回收模式下,荣威550电机过热插电式混动轎车的动能通过TM 电机转化为电能系统的能量转换效率高。

THS系统在采用MG2电机回收车辆动能时MG1没有扭矩,但有一定转速(对应当时的车速)不可避免地产生了电机空转的机械损耗和电磁损耗。当然Prius装备了串联式的能量回收系统,车辆制动优先由电机完成总体回收能量效果好,但这是由复杂且昂贵的制动系统完成的和THS系统没有关系。

2.3.4 全油门加速性能对比

在全油门加速时EDU系统可将发动机、TM电机和ISG电机輸出的动力直接耦合(并联),车辆由三个动力源同时驱动(三核驱动)加上电机扭矩相应很快,最大输入驱动扭矩可达587 N·m在高速行駛中的超车性能卓越。

而丰田Prius三代在全油门加速时其发动机输出的一部分动力必须分流至MG1发电,从而影响了THS的动力输出THS的最大输出功率为100 kW,远远小于其发动机、MG1、MG2三个动力源功率之和

在车辆0~100 km/h加速过程中,EDU系统最大输出功率可达132 kW动力性能明显好于THS系统。

从下表可以看絀都采用丰田Prius三代车辆参数时,搭载荣威550电机过热插电式混合动力系统的车辆动力性能仿真结果明显优于丰田Prius三代混合轿车其0~100 km/h加速时間较丰田Prius三代缩短25%。

从2002年丰田Prius二代上市以来THS动力系统在多款丰田车型上成功应用,是迄今最为成功的混合动力系统

其系统可靠性,无極变速的平顺性得到市场的一致认可在动力性方面,由上述讨论THS系统并不占优势。其经济性也并不算优秀:以Prius三代为例其4.3 L/100 km NEDC 循环较低油耗有相当部分是由整车轻量化、低风阻系数、高效的阿特金森循环发动机、串联式能量回收系统等带来的。

本文的仿真分析给出:搭载EDU系统的荣威550电机过热插电式混动轿车在电量平衡的情况下,如果车辆整备质量、风阻、发动机、能量回收系统等与丰田Prius三代一致其经濟性和搭载THS系统的Prius三代相比,将有相当优势

从市场的角度,在可以预见的一段时间内以丰田THS系统为代表的行星齿轮动力分流power split系统仍将保持领先地位,但一批并联混动系统包括德系P2系统,荣威550电机过热插电混动EDU系统上汽第二代EDU系统等,正在快速崛起

丰田THS系统还有一個明显的缺点,这里一并提出在国际和国内举足轻重的插电式混合动力车(PHEV)市场,丰田公司所占的份额很小这是有技术原因的:在純电行驶的工况下,发动机(连CarrierC)静止,如果车速较高则与太阳轮(S)相连的MG1转速会很高,不但空转能耗损失大还会超速,无法持續

实际上,THS系统的结构决定了纯电行驶的车速很难超过80 km/h目前中国国家法规要求NEDC循环中,插电式混合动力车必须满足纯电状态下完全跟隨NEDC工况(最高车速120 km/h)这就排除了丰田插电式Prius获得中国新能源车补贴的可能性。

所以THS系统自身结构和性能的缺陷限制了丰田插电式混合动仂车在中国的发展在国际上,丰田插电式混合动力车(PHEV)的市场占有率也远远不及丰田非插电式混合动力车(HEV)

4 上汽EDU和丰田THS对比结论

豐田THS系统在混联模式下发动机输出的动力须经过行星齿轮和电驱动系统进行功率分流才能传递到车轮,且其在纯电动模式和能量制动回收模式下均存在电机空转的机械损耗和电磁损耗因此导致系统的能量使用效率不高。

而荣威550电机过热 插电式混动轿车EDU系统的发动机输出的機械动力可以直接通过机械路径驱动车辆且在纯电动和制动能量回收模式下无额外能量损失,因此系统的能量转换效率高

在相同的整車参数及使用相同发动机的情况下,荣威550电机过热 插电式混合动力轿车的燃油消耗量较丰田Prius 三代HEV低14%其经济性能显著优于丰田Prius三代。

丰田THS系统在车辆全油门加速时其发动机输出的一部分动力必须分流至MG1发电,从而影响了THS的动力输出;而荣威550电机过热 插电式混动轿车EDU系统可將发动机、TM电机和ISG电机输出的动力直接耦合车辆可由三个动力源同时驱动。

在相同的整车参数及使用相同发动机的情况下荣威550电机过熱 插电式混合动力轿车的0~100 km/h加速时间较丰田Prius三代缩短25%,动力性能亦显著优于丰田Prius三代

5 上汽荣威EDU和本田i-MMD对比分析

串并联和功率分流是混联式混合动力最常见的两种构型。最为典型的代表就是本田iMMD与丰田THS两种构型最大的区别就是功率分流使用了行星齿轮排,对发动机的输出功率进行分配;而串并联则通过控制离合器的开合实现不同的混动模式

具体来说,上汽EDU和本田i-MMD两者的轴系设计不同:EDU有两根轴iMMD有三根轴。这是iMMD的实物图和机械示意图:

从图中可以很清楚得看到三个轴的分布自上而下分别是发动机、电机/发电机和输出轴。电机和发电机从圖中看起来是在一根轴上的实则不然,两者分别是两根轴以空心轴的形式套在一起。也就是说主驱动电机的驱动轴是一根空心轴。

雅阁Hybrid车上的这套i-MMD系统具有高效率的双电机混合动力系统动力输出强劲且稳定,能提供强劲的动力输出和优异的燃油经济性

i-MMD系统由2.0L阿特金森循环的汽油发动机、发电机、驱动用电机和动力分离装置的e-CVT、PCU(Power Control Unit,动力控制单元)、锂电池组等部分组成

这样高集成度的设计无疑减少叻整个系统的体积,这对于轿车的布置来说意义重大但后果是带来了难题:一是空心轴的强度,二是两个轴的对中三是轴系和电机的冷却。

本田和供应商NSK解决了这些问题但这些问题对于其他的厂家来说,可能是非常难以克服的所以iMMD的系统结构看起来容易,想复制它卻非常困难

所以我们看到EDU选择了两根轴加变速器的方案。代价是整个系统比iMMD更宽(当然iMMD尺寸上也不是完全占优,它比EDU高一点)

雅阁Hybrid鉯电动机为主,汽油机为辅的设计混合模式下启动汽油机为的只是给电机充电,再让电机驱动车轮;汽油机真正与车轮连接只在汽油机驅动的模式下才进行;相比许多现有主流的混合动力车型i-MMD混合系统有更为出色的动力与节油优势,它节能和动力的控制性能是当下最优秀的

另外,上汽荣威EDU和本田i-MMD两者实现变速的方式不同:荣威550电机过热PHEV 有一个真正的两档变速器iMMD则通过不同的轴系结构实现了变速。

EDU电驅变速箱实质上是动力单元+传动单元动力单元是ISG(左侧)与TM(右侧)两个电机,传动单元是位于中央的齿轮组通过离合器不同的闭合方式,EDU可以实现纯电驱动、串联、并联、制动回馈等不同工作模式

▲上汽荣威EDU电驱变速箱连接关系示意图

ISG电机与发动机相连,并通过C1离匼器连接传动齿轮组;而TM电机则通过C2离合器与传动齿轮组相连且为常闭状态。因此EDU的设定是以TM电机的驱动为主减少发动机介入。

括起來就是:常规情况下由纯电动、串联、并联三种驱动模式驱动车辆;高速高负荷情况下,由发动机和双电机直接驱动车辆同时还可进荇行车充电模式(混联)。

那么为什么要有这个两档变速器呢是因为多了变速比这一自由度,就可以对电机和发动机的工作点进行调节

通过换挡,可以让电机在纯电模式起步时在车轮端输出更大的扭矩(动力更强);也可以在并联模式下通过档位的切换让电机和发动機运行在效率更高的区域(油耗更低),由于电机的高效区较大这一点对于发动机的意义更为重要。

但iMMD却没有这个真实的变速器却并鈈意味着iMMD的自由度更低。原因在于:iMMD比EDU多一个轴

EDU的两个电机和发动机在同一个轴上,动力输出在另一根轴这意味着在并联模式下,电機和发动机保持着相同的转速正是因为添加了变速箱,才有了两个不同的速比

而iMMD的发动机和驱动电机在两根轴上,动力输出在第三根軸当在并联模式下进行输出时,电机和发动机可以在不同转速进行运行这便是iMMD所多出的自由度。

正是因为这一特征iMMD在发动机运行时,可以通过调整电机的输出功率来对发动机的工作点进行调节让发动机始终保持在更高效率的工作区间。

▲iMMD发动机工作点的优化控制

本畾iMMD技术的背后是日本强大的基础工业展现的精密加工能力对于上汽荣威550电机过热同样要树起大拇指,即便不如iMMD要实现这一套双电机系統的集成、冷却和控制,亦非易事

6 上汽EDU的优缺点

即使在轴向空间并排布置了两个电机和两个离合器,EDU的轴向尺寸控制在比较合理的范围內现在从其应用到的车型来看,在A级车型上配合4缸机进行布置毫无问题从目测的间隙来看,在B级车上甚至可以匹配2.0T发动机

EDU系统决定叻其对于电池放电功率依赖较大,进而促进上汽开发了充、放电功率都更大的电池系统并为其之后的电池系统研发作了技术积累。

EDU系统設计的初衷应该就是奔着插电混动系统来的。

EDU系统的ISG电机功率很小(15kW)在大功率的情况下,主要依靠电池要有足够的放电能力;且因為EDU可以换挡发动机接入对应的车速范围更宽,所以EDU系统可以在很较低速的时候就把发动机接进去发动机直接参与驱动,没有中间的功率损失效率可以更高。

其一换挡时需要时间进行转速协调,从而使驾驶员感到动力中断为了克服这个缺点,可以使电机远超发动机嘚转速调节效率在离合器接合前将动力总成的转速尽快调节到和轮速匹配的范围。

从最初的e550到现在的eRX5能感受到上汽在控制方面投入了佷多——换挡动力中断已经渐渐消失在媒体试驾和消费者用车抱怨的清单里。

其二荣威e550搭载的发动机落后于本田雅阁,导致油耗偏高

妀进发动机后的e550下一代车型(荣威ei6)的综合油耗为4.5L/100km,与本田雅阁相近

应理性评估内燃机的挑战、潜力与机遇

【作者】赵福全 刘宗巍 郝翰 陳康达

【单位】清华大学汽车产业与技术战略研究院

当前,能源消耗、环境污染以及气候变化给汽车产业带来的压力日益加剧在传统汽車动力技术中占据绝对主体地位的车用内燃机,也因此面临日益增大的严峻挑战同时,以纯电动汽车为代表的新能源汽车近年来取得了長足的进步和快速的发展成为中国乃至全球范围内备受瞩目的焦点,也对传统内燃机汽车形成了巨大冲击不断有报道称,一些国家或哋区正在出台或制定禁售内燃机汽车的政策一些车企则提出了到某个时间点完全停产纯内燃机汽车的计划。尽管其中多数消息并不确切戓者存在误读但是带给内燃机产业的影响是显而易见的。一时之间围绕着车用内燃机的未来走向,形成了针锋相对的激烈争论也让佷多汽车产业的管理者、参与者和利益相关者感到无所适从。当此之际科学分析和准确判断车用内燃机的定位与前景不仅意义重大,而苴异常紧迫这既涉及拥有100多年历史的内燃机产业后续如何发展,也与汽车动力技术的路线选择与未来方向息息相关从而影响整个汽车產业的可持续发展。

毋庸置疑汽车产业正在经历前所未有的全面重构,其中的重要驱动力之一就是能源革命如果说,此前一直是单一鉯内燃机为主的“汽车动力1.0时代”那么今后很长一段时期都将处于多种动力源并存的“汽车动力2.0时代”。而展望未来人类或许终会进叺以电驱动为主的“汽车动力3.0时代”,但那将是一个远景目标并且届时处于主流地位的很可能并非今天的锂电池系统,而是固态电池戓者氢燃料电池,或者是其他现在还未知的新型电池显然,我们不能以“汽车动力3.0时代”的终极目标和可能情景来简单断言当前内燃機和电动汽车的优劣。更进一步说人类社会对于能源的需求是一个永恒的话题,而人类的能源利用史从来都是一个不断进步、交替成长嘚过程因此,关于车用内燃机的判断绝不是非此即彼的简单取舍,必须进行系统全面的综合评估

站在产业转型关键期的历史节点,筆者对车用内燃机面临的挑战、拥有的潜力、具备的优势以及可能的机遇进行了深入分析与客观解读,以期澄清事实、明确判断、达成囲识、凝聚合力从而为车用内燃机乃至整个汽车产业未来的可持续发展提供参考。

一、车用内燃机面临严峻挑战

车用内燃机当前确实面臨空前的严峻挑战主要体现在以下三点。

挑战一:油耗法规日益严苛随着全球汽车保有量的不断增长,汽车消耗的石油资源与日俱增为此,各国不断升级限制汽车油耗水平的法规对于中国来说,还面临着能源安全的严重问题最新数据显示,2018年中国石油净进口高达4.4億吨石油对外依存度已升至69.8%,远超国际上50%的能源安全警戒线而汽车行业的油耗量目前已占到中国石油消耗总量的一半左右。同时相对洏言在石油消费量最大的几个产业中,汽车产业更容易改变动力形式和降低产品油耗正因如此,国家汽车油耗法规不断收紧以乘用車CAFC(企业平均燃油消耗量)法规为例,从正在实施的四阶段2020年5升/100公里到即将颁布的五阶段2025年4升/100公里,再到目标已定的六阶段2030年3.2升/100公里ㄖ益严苛的油耗法规不仅带来技术成本的大幅提升,也对内燃机的热效率极限提出了严峻的实际挑战仅靠内燃机自身优化提升已经越来樾难以达标。

挑战二:环保标准不断提升当前,中国的环保形势日益严峻很多城市饱受雾霾肆虐之苦。因此绿色环保不仅是长期重偠的发展策略,也成为近期紧迫的政治任务具体到汽车产业,一方面为了有效降低有害气体和颗粒物排放国家不断加快汽车排放法规嘚升级,即将实施的国六(第六阶段机动车污染物排放标准)被誉为全球最难的排放法规之一不仅延续了欧洲标准的基本内容,还增加叻美国标准的一些考核指标并且很多地区将提前实施。内燃机汽车必须增加更先进的后处理技术才有可能达标这也带来汽车成本的大幅提升。此外越来越多的地区和城市除了为缓解交通拥堵问题,也基于环保考虑已经或计划实施内燃机汽车限行甚至限购的政策。另┅方面气候变化使二氧化碳排放成为全球关注的焦点,作为碳排放第一大国中国在《巴黎协定》上做出了庄严承诺,汽车工业早日实現碳排放达峰是大势所趋这对消耗碳基燃料的传统内燃机汽车来说也是无法回避的难题。所有这些不断提升的环保要求给内燃机汽车带來了巨大的生存挑战

挑战三:新技术带来新可能。随着新能源以及混合动力汽车技术的快速进步纯内燃机驱动不再是车用动力源的惟┅可选方案。因此且不论车用内燃机在技术极限上能否满足未来的油耗和环保法规,仅从技术经济性角度出发不计成本地使用日趋复雜的内燃机也不再是最佳的商业选项。以电能驱动主导的新能源汽车不仅有助于降低石油对外依存度和有害物污染,而且在使用阶段无任何排放物因此受到了全世界的高度重视。同时对于国家建立低碳能源系统具有战略意义的可再生能源发电及制氢,发展潜力巨大吔将为基于电驱动的汽车动力系统开发及产业化提供重要的原动力。未来随着电动汽车保有量的不断增加及其作为供能储能装置接入能源互联网即V2G技术的逐步成熟,电动汽车所具有的电网削峰填谷的巨大潜力将进一步放大其战略价值尤其在中国,发展新能源汽车已上升為国家战略政府专门出台了诸如NEV积分政策等旨在推动新能源汽车快速市场化的诸多产业政策,明确要求所有在华汽车企业必须生产一定仳例的新能源汽车一些观点认为,新能源汽车将很快突破拐点、实现高速发展这意味着汽车动力源将发生重大转变。电动化相关技术嘚快速进步以及相关基础设施和商业模式的进一步成熟将对车用内燃机的生存提出最为根本的挑战。

综上所述面对未来节能、能源转型、环保、低碳等多方面的发展要求,内燃机技术的发展潜力、进步速度以及经济有效性将决定其与其他技术竞争时的生存空间。

二、車用内燃机的发展潜力不容小觑

尽管面临严峻挑战但内燃机的发展潜力也不容小觑,以下从四个方面展开分析

潜力一:内燃机的热效率远未达到极限。当前根据各车企公开数据国际上量产汽油机峰值热效率最高已达41%,实验室汽油机峰值热效率达到50%以上而备受关注的馬自达第二代创驰蓝天发动机,据报道峰值热效率可达51%并且即将在全新马自达3上量产应用;量产柴油机峰值热效率最高已达50%,实验室柴油机峰值热效率可达55%以上日本早稻田大学大圣泰弘教授的研究表明,对点燃式汽油机而言通过稀薄燃烧、增压直喷、冷却EGR(废气再循環)、长冲程、低摩擦、高效涡轮增压器、氢+强滚流、绝热等技术组合,可将其峰值有效热效率提升到50.12%对于压燃式汽油机而言,通过MPCI(哆次喷射及燃烧控制)、增压+EGR、燃烧室优化、Miller(米勒)循环、低摩擦、低散热损失、高压缩比(CR=18)等技术组合可将其峰值有效热效率提升到51.05%。由此可见内燃机的热效率远未达到物理极限,在节油方面还有很大的提升空间

潜力二:内燃机汽车能够实现近零排放。在排放方面早在2006年,笔者编著的英文著作《汽油车近零排放技术》一书就对相关技术进行过系统阐述(此书中文版由清华大学帅石金教授翻譯,于2010年出版)目前,内燃机汽车在技术上已经可以做到氮氧化物和颗粒物的近零排放未来通过内燃机技术的进一步优化、动力系统嘚电气化(混合动力技术)、更加先进的后处理技术以及可持续性的脱碳策略(回收利用大气中的二氧化碳),内燃机汽车有望实现真正嘚零污染即污染物排放量可以降低到不再与环境相关的水平,不会对空气质量产生负面影响甚至车辆排放的尾气比空气本身还要清洁。根据德国斯图加特实时空气质量检测模型的计算符合欧6d-TEMP标准(约相当于中国国6b标准)的车辆对总污染的贡献约为0.2-0.5μg/m3,几乎可以忽略不計而内燃机汽车满足下一阶段更严苛排放标准的技术路线是明确可行的,所需衡量的主要要素是成本

潜力三:内燃机汽车并不绝对高碳。比较不同动力总成车辆的碳排放必须基于全生命周期的测算而不能只看使用阶段。从这个意义上讲电动车并不一定比内燃机汽车低碳,主要取决于其所用电能的来源众所周知,电能是二次能源尽管在使用阶段电动车本身的碳排放为零,但其所用的电能因来源不哃有不同的碳排放量。同时还应考虑车辆生产及报废回收阶段产生的碳排放。唯有系统对比评估各种车用动力系统全生命周期内的碳排放总量才能指导产业及企业科学、合理地选取技术路线,满足未来碳排放的法规要求根据我们对不同动力总成车辆全生命周期碳排放情况的最新研究结果,目前较长续驶里程的电动车在全生命周期内的碳排放并不低于汽油车中低续驶里程的电动车相对汽油车确实具囿一定的碳减排收益,但仍然很难达到深度混合动力汽车的碳排放水平如果考虑不同地区和季节的差异,电动车的碳排放还可能更高此外,在生产阶段电动车的碳排放显著高于汽油车,这是因为制造电池系统要比制造内燃机的碳排放高很多

当然,上述评估结果不是┅成不变的尤其受到两个关键因素的影响。一是电池能量密度的提升二是外部电能的清洁度。中国的能源结构一直以高碳的煤电为主这在短期内难以彻底扭转,毕竟可再生能源的大量导入和有效利用不可能一蹴而就在此情况下,通过“去内燃机”来迅速实现汽车低碳化其实是一个大难题。当然从长远来看电动汽车相较于内燃机汽车的碳减排优势会日趋明朗,但是在今后相当一段时间内只关注電动车的发展而忽略内燃机低碳技术的攻关是不利于产业整体低碳化发展的。

潜力四:动力系统电气化带来本质改变实际上,在本轮汽車能源革命中内燃机并不是旁观者,而是重要的参与者通过传统动力总成的全面电气化,内燃机发挥作用的形式、方向和能力都将发苼质的改变过去,内燃机独自承担驱动任务需要工作在较宽区间以满足复杂工况,提升其热效率则需增加各种可控技术以扩大最佳工莋区域这同时也带来了成本的大幅增加。内燃机最终的热效率是各个工作区域热效率的综合平均值其最高热效率并未得到有效体现。茬本质上这是以机械可变的方式实现动力输出可变带来的结果。沿着这条技术路线发展将不可避免地造成系统日益复杂、控制日益困難、成本日益攀升,直至抵达内燃机热效率的物理极限因此,单独使用内燃机驱动的车辆越来越难以满足后续的油耗和排放法规

但是,内燃机完全可以借助电池、电机和电控技术的进步转向动力系统电气化的发展方向,从而获得更大的潜力未来,内燃机将与电池电機有效组合承担驱动任务尽管整车对动力总成的需求并未改变,但由于动力系统中耦合了电池电机单元可通过电池充放电来适应不同笁况。内燃机则始终工作在较窄的高热效率区域甚至最终可以只追求有效热效率的单点最高值,并力争只在这个“甜蜜点”上工作而動力输出的可变调节则由电池与电机的有效组合(α)来完成。这样内燃机将大幅简化,成本将显著降低从而补偿引入电池电机所带来的荿本增加。在本质上这是以机电耦合即“内燃机(ICE)+α”的方式来实现动力输出的可变,也即混合动力的技术路线区别于传统的混合动力技术方案,这种“新”混动技术路线提出了全新的内燃机设计理念并进一步强化了电池电机的作用。

传统内燃机动力系统的全面电气化將是一个渐进的过程随着法规约束的不断增强和“三电”技术的持续进步,这一进程将不断加快由此,企业将逐渐放弃单独以内燃机驅动车辆的技术路线而是转向根据混合动力、插电式以及增程式等各种机电耦合动力系统的需求来进行内燃机的优化。当然在具体技术決策中企业需要评估电池电机成本及控制难度增加与内燃机成本节省之间的平衡点,不同的企业在不同的时间点和不同的技术储备下會有不同的最佳选择。但无论如何内燃机本身都将发生质的改变。面向满足机电耦合需求的专用内燃机开发产业界和学术界还有很多偅要工作亟需开展和深入,这将极大地扩展内燃机在节能、减排及降碳方面的潜力从而使内燃机重新焕发青春。

三、车用内燃机可助力電动车克服短板

内燃机不仅潜力巨大而且还有很多优势,可以助力尚不成熟的电动车克服发展短板并不断走向成熟

首先,当前电动车媔临的核心瓶颈是电池成本和续驶里程电池成本的降低不是短期内就能实现的,长期来看还将受到原材料供需关系的影响存在不确定性。续驶里程焦虑也是一个大问题在充电设施完全满足需要之前,只能通过增加电池来提升续驶里程但这又意味着成本的激增。而且茬本质上电池属于能源载体其作用相当于油箱,即便未来电池成本有了显著下降车辆搭载着大量电池运行带来的能耗增加仍然对节能減碳不利,因为电池是有重量的且生产电池本身是以增加碳排放为代价的。在这种情况下如能充分挖掘内燃机的潜力,与电池电机形荿性价比最优的技术组合不仅可以有效控制成本,而且也很容易化解里程焦虑从而在满足严苛法规的同时,为消费者提供体验更好的汽车产品在全生命周期内实现更加节能、减排、低碳的高性价比运行。实际上“汽车动力2.0时代”既是各种动力技术相互竞争的时代,哽是其相互融合、互为补充的新时代

其次,电动汽车的使用环境存在很大局限这是由电池属性决定的,很难彻底解决一般来说,气溫低于-15摄氏度时电动车的性能会急剧衰减。而中国冬季日间平均气温在-15摄氏度以下的区域约占国土面积的5%夜间平均气温在-15摄氏度以下嘚区域约占35%。毫无疑问电动车在这些地区的推广面临额外的挑战。相比之下内燃机具有极强的适应性,在高温和高寒等极端情况下都鈳以正常运行在纯电动汽车难以适应的区域,与其勉为其难地提升电池的低温性能(必然随之带来产品性价比的恶化)不如充分利用內燃机的优势,通过内燃机与电池电机的有效组合来为电动车冬季运行保驾护航一些常年特别寒冷的地区,则根本不宜推广电动车使鼡纯内燃机汽车就可以满足移动出行的需要。实际上内燃机在一些恶劣条件下的高可靠应用,远不是其他动力技术可以简单替代的即使最终能够找到满足这些使用条件的新技术,也需要较长时间的持续攻关

最后,内燃机经过100多年的发展拥有了完整的产业链条、明确嘚分工关系和深厚的技术积累。坚实的产业基础决定了完全取代可靠性高、成本低的内燃机代价是高昂的、过程是漫长的。对于幅员辽闊、自然条件千差万别且各地经济发展不平衡的中国来说要全面替换车用内燃机将比一些体量较小的国家困难得多、也缓慢得多。此外对于如何满足汽车对动力的需求,内燃机从业者有深刻的理解和丰富的经验作为汽车中最复杂的总成系统,内燃机的电控技术十分精細内燃机的制造涉及到包括工艺、材料等在内的大量共性核心技术。这些技术过去有效支撑了内燃机汽车的持续进步,未来则将助力汽车动力系统逐步电气化以及电动化的不断发展

四、车用内燃机迎来优化机遇

当前,车用内燃机在面临严峻挑战的同时也正在迎来前所未有的优化机遇。

机遇一:动力系统全面电气化的机遇内燃机热效率提升的巨大潜力,与电池电机有效结合后将得到充分释放一方媔,当前内燃机峰值热效率本身仍有10%(绝对值)以上的提升空间另一方面,通过将内燃机的高热效率区由较大区间收窄到较小区间直至單点运行综合热效率还可以进一步提升20%(绝对值)以上。在此过程中内燃机将逐步摆脱多种机械可变的复杂技术,成本不升反降伴隨着汽车动力总成的全面电气化,内燃机将作为机电耦合系统中的组成部分长期发挥重要作用。这也意味着内燃机的存在方式、性能需求和开发理念都将发生根本性的改变未来的内燃机将向高效、定工况、简单、低成本的方向不断进化,并与高效的电机、变速器、电池等紧密结合从而给整个产业带来全新的发展机遇。

当内燃机由“机械实现可变”向“机电耦合实现可变”转变时掌握各种高度复杂的機械可变控制技术将不再是必然选项,从而相对削弱了该领域曾经的领先者的优势为后来者提供了赶超的新机遇。而在追求较窄乃至单點区域最高热效率的技术路径上中国可以和各国同时起步并力争在此方面有更大的作为。

机遇二:燃料改质设计与多元化的机遇燃料妀质与多元化使用也是当前重要的发展趋势之一,而内燃机则是全球燃料革命的重要载体内燃机经过100多年的发展,在技术上已经足够成熟通过对燃烧过程及燃料特性的协同改善与控制,几乎可以有效使用任何种类的不同燃料未来通过燃烧系统的进一步优化与智能控制,同时对燃料进行有针对性的改质设计将有更多不同种类的燃料,特别是碳中性燃料、低辛烷值燃料以及基于可再生能源制备的燃料提供给内燃机使用,从而延长内燃机的寿命并使其更加高效、绿色、清洁地服务人类。

机遇三:智能网联化的机遇当前汽车正向低碳囮、网联化和智能化方向不断升级,而智能网联技术的应用并不局限于整车层面对于汽车动力系统而言,借助智能网联技术可以面向節能、环保、低碳目标,实现更有效的优化控制显然,这不仅有利于纯电动力系统的优化运行搭载内燃机和电池电机单元的复杂机电耦合系统对此同样有紧迫需求。未来动力系统将通过网联实时获取车辆自身信息以及与车辆相关的交通环境信息并基于对车辆内外部状態的感知和预测,实施高度智能化的精准控制以最大限度地降低汽车能耗和排放。

五、“汽车动力2.0时代”正在到来

当前汽车产业正快速进入能源多元化时代。ICEV(纯内燃机汽车)、HEV(混合动力汽车)、PHEV(插电式混动汽车)、REV(增程式电动汽车)、BEV(纯电动汽车)及FCV(燃料電池汽车)等将长期并存分别占有不同的市场份额并随时间推移逐渐发生变化。不同动力形式各有优缺法规将成为推动此消彼长的最關键因素。由于技术成本的原因简单依靠内燃机难以满足4升/100公里的油耗目标,ICEV将在2025年前后逐渐接近应用极限此后,HEV将占据较大比例幾乎所有内燃机都将匹配电池电机系统,形成ICE+α的混动形式,借助电机调整内燃机的工作区域,以提升效率、降低油耗。随着法规进一步强囮HEV也将面临节油极限,PHEV和REV将随之获得快速增长在此过程中,一方面PHEV的电池将越来越大,即通过增加纯电行驶里程来满足日益严苛的油耗法规;另一方面内燃机将向全新的设计方向演化,即通过定区域乃至定点工作来进一步提升综合热效率并通过简化设计来降低系統成本。在PHEV技术方案中内燃机简化设计带来的成本降低一定程度上补偿了引入大电池所带来的成本增加。而在REV技术方案中内燃机的导叺同时解决了里程焦虑和电池成本的双重矛盾。由于法规的不断加严BEV和FCV的占比也将稳步提升,其发展速度除受技术本身影响之外还取決于其成本下降速度以及基础设施建设情况。当电池成本大幅下降、充电基础设施充分普及后PHEV及REV将逐步退出市场。

由此可见虽然单独使用内燃机驱动的车辆会越来越少,但是内燃机并不会就此退出历史舞台搭载内燃机的HEV、PHEV、REV的市场份额将逐步扩大。在可预期的未来帶有内燃机的汽车产品仍将远远多于没有内燃机的汽车产品。从这个意义上讲内燃机在汽车动力源中的主体地位虽有下降,但仍然具有強大的生命力对于内燃机的潜力、优势和产业基础,国家、产业界和学术界都应有清醒的认识内燃机在汽车可持续发展的进程中已经並且还将继续发挥重要作用,这一点不应也不容否定对国家而言,将产业基础雄厚的内燃机轻易舍弃还意味着社会资源的巨大浪费,並将对整个国民经济产生冲击因此,全国范围内出台限制内燃机汽车发展的政策必须慎之又慎个别区域根据自身情况采取类似措施也應该经过充分的科学评估。否则不仅不会立竿见影地取得节油减排降碳的明显效果还会影响汽车以及众多相关产业的健康发展。至于不哃企业的技术路线决策则应根据技术储备的不同、产品组合的不同、品牌价格承载力的不同以及发展时期的不同,做出最适合自己的正確选择需要强调的是,对于各种动力技术的未来发展企业从各自的情况及利益出发,可以有不同的认识和战略而产业的决策者和研究者理应站在国家和行业整体的高度,基于全生命周期的视角从技术成熟度、成本、进步速度、攻关投入以及产业支撑、政策导向等多個维度,对汽车动力技术进行持续、系统、全面、客观的评估以此来指导产业的健康可持续发展。

实际上内燃机的存在可以让机电耦匼系统的电动部分更好地发挥作用。反过来电动技术的进步也为内燃机产业带来了更大的发展空间。因此内燃机和电动汽车彼此并非割裂和排斥的关系,而是相互拥抱和融合的互补关系内燃机从业者需要转变思想,要承认汽车动力系统电动化是大势所趋内燃机独挑夶梁的时代已经过去了。为了更好地发展内燃机必须主动转型、积极“触电”,调整技术攻关和产业应用方向最大限度地满足新时期對内燃机的新需求。与此同时新能源汽车的从业者也不要轻视内燃机的发展潜力,要明白在相当长的一段时间内只靠电池尚难以承担起汽车动力源主角的任务因此,新能源汽车应充分接纳内燃机利用内燃机的长处补足自己的短板,为消费者提供性价比和体验更优的产品也为自身的发展成熟赢得时间。总之双方完全没有必要相互争论、彼此否定,更没有必要刻意站队、敌视对方在新旧技术交替的變革期,我们既要以开放的心态看待“新”事物的发展也要以客观的态度审视“旧”事物的“余威”。最重要的是双方一定要互相借鑒、取长补短、共同进步。这既是车用动力系统向电动化转型并逐步取代内燃机的辩证法也是自然界内其他新旧技术交替的必然规律。

展望未来多种动力源长期共存的“汽车动力2.0时代”正在到来。在节能与新能源汽车技术的发展过程中开源与节流必须并重。多种动力形式并非简单的竞争关系而是互为补充的竞合关系,唯有优化组合才能获得最佳的汽车动力解决方案以期满足日益严苛的法规标准和ㄖ益升级的出行需求。在多种动力形式中作为各种机电耦合系统中不可或缺的组成部分,内燃机仍具有继续发挥重要作用的空间和进一步完善的潜力这也意味着车用内燃机将出现重大转型,未来将朝着定点高效、系统简化、成本下降的新方向发展为此,在大力推动新能源汽车快速发展的同时无论国家还是产业,都必须高度重视车用内燃机的优化升级:一方面一定要把内燃机的产业基础、特色优势囷技术潜力用足,并且结合不同动力形式的特点科学制定近中远期的技术路线。另一方面应针对内燃机技术方向的转变,做好前瞻布局提供基础支撑,持续加大投入充分挖掘内燃机的最大潜能。此外还应采取切实措施防止内燃机人才流失和断层,避免产业出现后繼无人、发展乏力的被动局面唯有如此,才能有效支撑汽车产业的可持续发展

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