對于混合動力系統,最大的技術難點之一是動力耦合機構。榮威550插電式混合動力系統的成功研發和上市,標志著中國自主品牌新能源動力系統打破了以豐田THS系統,通用Voltec 系統為代表的行星齒輪動力分流(powersplit)機構,和以德系P2機構為代表的國際汽車巨頭在新能源動力系統方面的壟斷,并初步形成了以系列化專利為支撐的技術優勢。

1 榮威550插電式混合動力電驅變速箱(EDU)

1.1 EDU 技術方案

榮威550插電式混合動力所用的EDU系統是一套雙電機、雙離合、雙速比的電驅動自動變速箱。

EDU集成了主驅動電機(traction motor,TM)、與發動機直連的ISG電機、離合器系統、換擋系統、液壓驅動系統、齒輪傳動系統和高低壓安全部件等。

EDU通過高度集成的設計方案,實現了軸向總長390 mm,可匹配多款三缸、四缸發動機,應用到A、A+、B、B+等多個整車平臺。EDU通過離合器開合、同步器擋位、發動機及電機的各種工況控制,可實現純電動、串聯、并聯混合驅動、行進間充電、倒車和怠速充電等多種動力模式。

EDU的結構原理如下圖所示。發動機側設計常開離合器、TM電機側設計常閉離合器,可實現發動機、TM電機和ISG電機三個動力輸出的任意組合,及消除拖拽損失,提高了插電式混合動力系統的驅動效率。

▲EDU 結構原理示意

下圖顯示了EDU的內部結構。EDU的結構需要液壓系統精確控制兩個離合器的開閉與同步器的撥叉位置,設計團隊基于量產的電磁閥、單向閥、儲能器和位置傳感器等零部件資源,集成開發了控制2個離合器和1個同步器撥叉的5個電磁閥的液壓系統,并掌握液壓控制的核心技術。

▲EDU 結構集成設計

下圖顯示了EDU的整體外觀,EDU的換擋結構類似于傳統車的AMT變速箱。

▲EDU 整體外觀

換擋動力中斷問題限制了AMT變速箱向中高端車型發展,EDU采用同級別位置傳感器等控制硬件資源,使用電機輔助的多動力源轉速級聯控制算法,控制動力源轉速快速準確地匹配至根據工況動態選擇的轉速控制目標,以實現速比切換中的快速準確的動力源速度匹配。

通過多階段多方式的自適應同步器控制,離合器動態滑移率控制以及半閉環多動力源協調扭矩控制,實現所有混合動力模式下快速、安靜、平穩的擋位切換。

其中,離合器真實Kiss Point點和同步環準確位置是平順控制的關鍵因素,探測精度自學習程序,EDU控制不僅能探測Kiss Point點±5 N·m變化、同步器同步點±0.1 mm的位置變化,而且能夠自動消除磨損誤差,使EDU以AMT換擋機構實現接近DCT、AT的駕駛感受。

同時,EDU 系統結構相對簡單,齒輪少,變速箱油僅需2.2 L,因此傳動損失小,系統傳動效率達96%以上。

1.2 榮威550 插電式混合動力系統介紹

榮威550插電式混合動力系統以EDU為核心,配以傳統汽油發動機、集成式電力電子箱(Power Electronic Box,PEB)、能量/功率平衡型納米磷酸鐵鋰電池(總能量11.8kW·h),串并聯式插電強混方案,同時具備外接充電功能。

PEB外觀如下圖所示。

▲電力電子箱(PEB)

PEB有效集成雙電機控制器、雙逆變器及一個DC/DC 變換器。整個電機系統具有優秀的NVH性能,并具有高度集成化的優點,電機峰值功率密度達到2 kW/kg,5倍調速范圍,轉矩諧波≤1%,具有高壓絕緣在線監測功能、高壓連接監測功能,同時具有IP67防塵防水等級。

儲能系統(energy storage system,ESS)通過了嚴格的濫用性能測試,獲得了國際UL2580安全認證。

電池系統外形如下圖所示。

▲動力電池系統

動力電池系統具備了以下特點:高壓互鎖;過壓、三重過流保護;器件耐高壓2500 V,絕緣電阻值大于10 MΩ;并且具備系統絕緣阻抗動態隨檢功能,整體防護等級達到IP67防塵防水等級。電池管理系統的均衡電路設計具備了充電均衡和靜置(非充電狀態下)主動喚醒均衡功能,均衡電流可達300 mA。

EDU、電池系統、PEB、充電器、高壓線束等高壓零部件加上發動機構成了混合動力系統的主要硬件。

該系統的混合動力控制器HCU功能和變速箱控制器TCU功能合并在一個控制器當中,有效地降低了成本、減輕了重量、并節約了布置空間。

HCU/TCU、BMS、MCU等控制器的應用層軟件和底層軟件,構成混合動力系統的軟件系統。其中,HCU是整個電控系統的“大腦”,指揮其他控制器及相應被控對象在各種路況和使用環境下,滿足駕駛員的駕駛需求,并維持整個動力系統和各零部件在高效、安全、平穩的狀態下運行。

發動機和兩個電機的多種組合給出適合不同工況下的運行模式。上汽捷能公司掌握該系統完整的“電控”核心技術,包括HCU和TCU的控制策略和標定在內的軟件技術。

下圖顯示了各種運行模式及各模式下的動力源狀態和能量流。

▲榮威550 插電式混合動力系統運行模式

1.3 榮威550 插電式混動轎車整車性能

采用上述混動系統的榮威550 插電式混動轎車,在NEDC循環法規能耗試驗中取得表1所示結果。

▲榮威550 插電式混合動力轎車NEDC 循環能耗試驗結果

由表1可見,榮威550插電式混動轎車的綜合油耗達到行業領先的1.6 L/100 km, 純電續駛里程達到60 km。

條件B下電耗為0,即試驗前后電池電量是平衡的,油耗達到5.6 L/100 km,與傳統動力的榮威550轎車(油耗8.0 L/100 km)相比,節油率達到30%。

需要指出的是,此處條件B 下5.6 L/100 km 油耗值是在電池SOC前后平衡的情況下得出的,目的是與Prius三代HEV的油耗進行公平的比較(都在電池前后電量平衡的情況下)。

2015款榮威550插電式混動轎車的官方公告中,條件B 下油耗為5.4 L/100 km,但電池略有放電,降低了油耗。如將耗電量折算為油耗,則條件B下電量完全平衡的油耗為5.6 L/100 km。

榮威550插電式混動轎車主要參數見表2。

車輛的最高車速達到200 km/h,0~100 km/h 加速時間9.5 s,60 km/h等速純電續航里程為88 km,綜合工況油電綜合續航里程為500 km,混動模式最大爬坡度為30%。

2 榮威550 插電式混合動力車與豐田Prius 三代性能對比分析

豐田Prius混合動力汽車因革命性地降低了車輛的燃油消耗和尾氣排放,1997年10月第一代上市以來,已成為全球市場化最為成功的混合動力車型。

第三代Prius混合動力汽車于2009 年上市,其混合動力系統Toyota Hy⁃brid System(THS)如下圖所示。

▲豐田Prius 三代混合動力汽車動力系統結構示意

Prius三代混合動力系統采用發動機與雙電機(MG1、MG2)3個動力源,并通過雙排行星齒輪耦合構成電控無極變速器,可根據車輛行駛的不同工況實現發動機轉速和轉矩的雙自由度調節,滿足各種駕駛需求。

2.1 性能對比:榮威550 插電式混合動力轎車與豐田Prius三代

混合動力汽車的能量經濟性能和動力性能是評價混合動力系統架構、主要零部件性能及能量管理控制策略和標定優劣的主要指標。

榮威550插電式混合動力轎車采用1.5 L自然吸氣發動機、ISG電機和驅動電機(TM)為動力源,與Pri⁃us 類似,也是3個動力源。

對于插電式混合動力車,為了有效地比較不同動力系統的經濟性,必須將電量消耗(charge depleting,CD)模式和電量保持(charge sustaining,CS)模式加以區別。

因為本文討論的重點是上汽EDU系統和豐田THS系統的效率問題,所以和電池電量關系較小的電量保持(CS)模式是分析的重點,這樣可以把電池能量的差異排除在外。CS模式的基本特征是電池電量在某個SOC平衡點附近做窄幅波動,即從整個測試循環看,電池的能量基本不參與驅動車輛和向用電器的供電。

榮威550插電式混合動力轎車與豐田Prius三代車輛的主要性能參數如下表所示。

▲榮威550 插電式混合動力轎車與豐田Prius 三代主要參數和性能對比

從上表可以看出,榮威550 插電式混動轎車的百公里加速時間短于豐田Prius三代HEV,而其NEDC工況燃油消耗量高于豐田Prius三代。

由于Prius三代采用鋁合金和高密度鋼材料等車身輕量化技術,其整備質量較榮威550插電式混動轎車低314 kg;且其空氣阻力系數為0.25,僅為榮威550 插電式混動轎車空氣阻力系數的74%;同時,Prius三代采用的1.8L Atkinson循環發動機的最小燃油消耗率低至220 g /(kW·h),僅為榮威550插電式混動轎車所用發動機最小燃油消耗率(250 g/(kW·h))的88%。

▲generators (MG1+and+MG2) and an ICE

all connected together by a power-split device

which is a simple planetary gear set

另外,Prius系列混動車采用了串聯式的能量回收系統,即在車輛制動時,首先采用電機制動,電機制動不足部分由機械制動補足,這樣可以盡量多地將車輛動能通過電機轉化為電能。

而榮威550 插電式混動轎車沒有配備串聯式制動能量回收系統,當駕駛員踩下制動踏板時,電機制動和機械制動同時進行,能量回收效果不及串聯式制動能量回收系統。

2.2 仿真分析的方法

由于榮威550 插電式混動轎車與豐田Prius三代在車輛的整備質量、風阻系數、發動機效率、制動能量回收系統等方面的較大差異,榮威550 插電混動轎車與豐田Prius三代的燃油經濟性能和動力性能不能直接反映EDU系統和THS的效率及動力輸出特性。

為了實現公平的比較,在設定榮威550 插電混動轎車采用豐田Prius三代的車輛參數(整備質量、迎風面積、風阻系數、制動系統)及發動機的條件下,通過軟件仿真計算車輛的經濟性能和動力性能,用以客觀比較和分析EDU系統與THS系統。

2.2.1 仿真模型建立

以Matlab/Simulink軟件為平臺,仿真分析小組建立了榮威550 插電式混動轎車的整車和動力系統模型以及整車能量管理策略模型。仿真模型的結果與實車轉轂實驗結果進行詳細的對標分析與修正。

在仿真模型中,車輛的循環工況、輸入參數、邊界條件與實車轉轂實驗一致,其仿真結果分別如下圖和下表所示。

可以看出,當榮威550 插電式混動轎車處于NEDC工況中的ECE工況段(0~780 s)時,由于行駛速度較低,車輛較多以純電動模式行駛,因為此時功率需求較低,如發動機參與驅動,效率不高。當電池能量消耗過大而使SOC低于某預設值時,發動機自動起動,車輛以串聯模式行駛,滿足驅動和充電的需求。

▲榮威550 插電混動轎車在NEDC 工況下的車速、SOC 及運行模式曲線

▲榮威550 插電式混動轎車動力性能及經濟性能的仿真與實驗結果對比

此時不采用并聯模式的另一個好處是可以避免低速運行時可能帶來的NVH問題。而當榮威550插電式混動轎車處于NEDC工況中的EUDC工況段(780~1180 s)時,由于車速對應的發動機轉速和負荷處于經濟區,車輛驅動力主要由發動機提供;為彌補ECE工況下較多純電行駛時電池電量的損失,此時可以在車輛行進中充電。

行進中充電可以適當提高發動機負荷,使發動機在靠近效率最高的區域運行。通過適當的行進間充電和能量回收,可以維持NEDC循環起始和終止時電池SOC的平衡,即實現CS模式。從表4可以看出,基于建立的仿真模型,車輛的NEDC工況油耗與0~100 km/h加速時間的仿真結果與實驗結果的偏差很小,從而驗證了車輛仿真模型的有效性。

2.2.2 榮威550 插電式混動轎車采用Prius 三代發動機和整車參數與豐田Prius 三代對比

基于榮威550插電式混動轎車模型,逐步將整備質量、迎風面積/風阻系數、制動系統及發動機參數設置為豐田Prius三代的相應參數,并分別對車輛參數改變后的燃油消耗量進行仿真計算。

由于缺少完整的豐田Prius三代1.8 L Atkinson循環發動機BSFC數據,在仿真過程中假設榮威550 插電式混動轎車所用1.5 L發動機的最小燃油消耗率與豐田Prius三代發動機相同,對BSFC map 進行等比例調整,然后進行仿真。榮威550插電式混動轎車的油耗隨整車參數的變化趨勢如下表所示。

▲榮威550 插電式混動轎車油耗隨整車參數變化趨勢

上表中的最終油耗即為榮威550插電式混動轎車采用豐田Prius三代的車輛參數(整備質量、迎風面積、風阻系數、制動系統)及發動機的條件下的油耗。

其他仿真結果如下圖和下表所示。

▲榮威550 插電式混動轎車采用Prius 三代發動機和整車參數在NEDC 工況下的車速、SOC 及運行模式

2.3 仿真結果分析

在榮威550插電式混動轎車采用Prius三代發動機和整車參數的性能仿真過程中,由于車輛的整備質量、風阻系數和迎風面積減小,因此車輛在相同測試工況下的驅動功率需求降低。

通過上述對比可以看出,采用了豐田Prius三代車輛參數時,由于車輛的驅動功率需求降低,減小了NEDC工況中ECE工況段的電能消耗,因此車輛以串聯模式行駛的時間減少。

由于在串聯模式下發動機能量經過機械能到電能,再由電能到機械能的轉換,發動機輸出能量的利用率低,所以在電池SOC下降幅度可以接受的情況下,減少車輛以串聯模式行駛的時間有利于降低車輛的能耗。

而在NEDC工況中的EUDC工況段,車輛仍較多以行進間充電模式行駛,發動機在高效區運行。發動機在NEDC工況下的工作點(藍色圓圈表示)分布如下圖所示。

▲榮威550 插電式混動轎車采用Prius 三代整車參數在NEDC 工況下發動機工作點分布

從上圖可以看出,在NEDC工況下,EDU系統使發動機在BSFC油耗低于260 g/kW·h高效區(紅色曲線包圍的范圍)工作的比例較高。

采用豐田Prius三代車輛參數并假設發動機的最小燃油消耗率與豐田Prius三代發動機相同時,榮威550 插電式混合動力轎車的經濟性能仿真結果明顯優于豐田Prius三代,其燃油消耗量較豐田Prius三代HEV低14%((4.3-.7)/4.3=14%)。

▲Prius Motor Generator

相比THS系統,EDU系統的優勢來自于能量流動路徑和動力耦合方式更高效。下面按照不同工況分別對兩者的經濟性和動力性進行理論分析。

下圖中,空心箭頭表示扭矩的方向和大小,扭矩大小與箭頭的長度成正比。下圖(a)(純電驅動)和下圖(d)(能量回收)模式中沒有表示扭矩的箭頭,因為這兩種工況下行星齒輪機構中基本沒有扭矩。下圖(b)和下圖(c)都是混聯工況,區別在于車速,發動機轉速和扭矩不同,造成太陽輪(S)(連接MG1)轉向不同。

▲THS 系統各種工況下的杠桿

2.3.1 純電動模式

在純電動模式下,榮威550 插電式混動轎車的TM電機可直接驅動車輛,而此時ISG電機端的離合器分離,發動機和ISG電機均無能量損耗;豐田Prius三代在采用MG2電機驅動車輛的同時,與太陽輪(S)連接的MG1電機沒有出扭矩,但有一定的轉速(對應當時的車速),不可避免地產生了一定的電機空轉的機械損耗和電磁損耗。

2.3.2 榮威550 插電式混動系統發動機直接驅動模式對比THS 混聯模式

榮威550插電式混動轎車較多在發動機單獨驅動,行進間發電,或并聯模式行駛。此時發動機輸出的機械動力可以直接通過機械路徑驅動車輛,因此發動機輸出能量的利用率很高。

豐田Prius三代在很多工況下是以混聯狀態行駛,發動機輸出的動力須經過行星齒輪和電驅動系統進行動力分流才能傳遞到車輪,因此混聯也稱為動力分流(power split)。

由上圖(b)可知,MG1此時必須要發電(提供負扭矩),才能平衡行星齒輪機構。MG1所發出的電能,可以供給用電器,給電池充電,或提供給MG2參與驅動,但很多情況下用電器不需要很多電能,電池電量較高并不需充電,所以經常出現必須用MG2參與驅動以消耗MG1電機發出的過多電能,這種現象從能量效率的角度講,是不經濟的能量循環:MG1吸收機械能→轉化為電能→經MG2再轉化為機械能以驅動車輛。

這樣的能量循環(powercycling)比榮威550插電式混動系統的發動機單獨直接驅動,多出了兩次能量轉換的損失,這是THS系統能耗高的重要原因。

2.3.3 能量回收模式

在能量回收模式下,榮威550插電式混動轎車的動能通過TM 電機轉化為電能,系統的能量轉換效率高。

THS系統在采用MG2電機回收車輛動能時,MG1沒有扭矩,但有一定轉速(對應當時的車速),不可避免地產生了電機空轉的機械損耗和電磁損耗。當然,Prius裝備了串聯式的能量回收系統,車輛制動優先由電機完成,總體回收能量效果好,但這是由復雜且昂貴的制動系統完成的,和THS系統沒有關系。

2.3.4 全油門加速性能對比

在全油門加速時,EDU系統可將發動機、TM電機和ISG電機輸出的動力直接耦合(并聯),車輛由三個動力源同時驅動(三核驅動),加上電機扭矩相應很快,最大輸入驅動扭矩可達587 N·m,在高速行駛中的超車性能卓越。

而豐田Prius三代在全油門加速時,其發動機輸出的一部分動力必須分流至MG1發電,從而影響了THS的動力輸出,THS的最大輸出功率為100 kW,遠遠小于其發動機、MG1、MG2三個動力源功率之和。

在車輛0~100 km/h加速過程中,EDU系統最大輸出功率可達132 kW,動力性能明顯好于THS系統。

從下表可以看出,都采用豐田Prius三代車輛參數時,搭載榮威550插電式混合動力系統的車輛動力性能仿真結果明顯優于豐田Prius三代混合轎車,其0~100 km/h加速時間較豐田Prius三代縮短25%。

▲全油門動力性對比

3 討論

從2002年豐田Prius二代上市以來,THS動力系統在多款豐田車型上成功應用,是迄今最為成功的混合動力系統。

其系統可靠性,無極變速的平順性得到市場的一致認可。在動力性方面,由上述討論,THS系統并不占優勢。其經濟性也并不算優秀:以Prius三代為例,其4.3 L/100 km NEDC 循環較低油耗有相當部分是由整車輕量化、低風阻系數、高效的阿特金森循環發動機、串聯式能量回收系統等帶來的。

本文的仿真分析給出:搭載EDU系統的榮威550插電式混動轎車,在電量平衡的情況下,如果車輛整備質量、風阻、發動機、能量回收系統等與豐田Prius三代一致,其經濟性和搭載THS系統的Prius三代相比,將有相當優勢。

從市場的角度,在可以預見的一段時間內,以豐田THS系統為代表的行星齒輪動力分流power split系統仍將保持領先地位,但一批并聯混動系統,包括德系P2系統,榮威550插電混動EDU系統,上汽第二代EDU系統等,正在快速崛起。

豐田THS系統還有一個明顯的缺點,這里一并提出。在國際和國內舉足輕重的插電式混合動力車(PHEV)市場,豐田公司所占的份額很小。這是有技術原因的:在純電行駛的工況下,發動機(連Carrier,C)靜止,如果車速較高,則與太陽輪(S)相連的MG1轉速會很高,不但空轉能耗損失大,還會超速,無法持續。

實際上,THS系統的結構決定了純電行駛的車速很難超過80 km/h。目前中國國家法規要求NEDC循環中,插電式混合動力車必須滿足純電狀態下完全跟隨NEDC工況(最高車速120 km/h)。這就排除了豐田插電式Prius獲得中國新能源車補貼的可能性。

所以THS系統自身結構和性能的缺陷限制了豐田插電式混合動力車在中國的發展。在國際上,豐田插電式混合動力車(PHEV)的市場占有率也遠遠不及豐田非插電式混合動力車(HEV)。

4 上汽EDU和豐田THS對比結論

豐田THS系統在混聯模式下發動機輸出的動力須經過行星齒輪和電驅動系統進行功率分流才能傳遞到車輪,且其在純電動模式和能量制動回收模式下均存在電機空轉的機械損耗和電磁損耗,因此導致系統的能量使用效率不高。

而榮威550 插電式混動轎車EDU系統的發動機輸出的機械動力可以直接通過機械路徑驅動車輛,且在純電動和制動能量回收模式下無額外能量損失,因此系統的能量轉換效率高。

在相同的整車參數及使用相同發動機的情況下,榮威550 插電式混合動力轎車的燃油消耗量較豐田Prius 三代HEV低14%,其經濟性能顯著優于豐田Prius三代。

豐田THS系統在車輛全油門加速時,其發動機輸出的一部分動力必須分流至MG1發電,從而影響了THS的動力輸出;而榮威550 插電式混動轎車EDU系統可將發動機、TM電機和ISG電機輸出的動力直接耦合,車輛可由三個動力源同時驅動。

在相同的整車參數及使用相同發動機的情況下,榮威550 插電式混合動力轎車的0~100 km/h加速時間較豐田Prius三代縮短25%,動力性能亦顯著優于豐田Prius三代。

5 上汽榮威EDU和本田i-MMD對比分析

串并聯和功率分流是混聯式混合動力最常見的兩種構型。最為典型的代表就是本田iMMD與豐田THS,兩種構型最大的區別就是功率分流使用了行星齒輪排,對發動機的輸出功率進行分配;而串并聯則通過控制離合器的開合實現不同的混動模式。

具體來說,上汽EDU和本田i-MMD兩者的軸系設計不同:EDU有兩根軸,iMMD有三根軸。這是iMMD的實物圖和機械示意圖:

把右圖放大來看:

▲iMMD的截面圖

從圖中可以很清楚得看到三個軸的分布,自上而下分別是發動機、電機/發電機和輸出軸。電機和發電機從圖中看起來是在一根軸上的,實則不然,兩者分別是兩根軸,以空心軸的形式套在一起。也就是說,主驅動電機的驅動軸是一根空心軸。

雅閣Hybrid搭載的這套Sport Hybrid i-MMD系統(中文名叫雙電機混合動力系統),又簡稱為i-MMD。

雅閣Hybrid車上的這套i-MMD系統具有高效率的雙電機混合動力系統,動力輸出強勁且穩定,能提供強勁的動力輸出和優異的燃油經濟性。

i-MMD系統由2.0L阿特金森循環的汽油發動機、發電機、驅動用電機和動力分離裝置的e-CVT、PCU(Power Control Unit,動力控制單元)、鋰電池組等部分組成。

這樣高集成度的設計無疑減少了整個系統的體積,這對于轎車的布置來說意義重大。但后果是帶來了難題:一是空心軸的強度,二是兩個軸的對中,三是軸系和電機的冷卻。

本田和供應商NSK解決了這些問題,但這些問題對于其他的廠家來說,可能是非常難以克服的。所以iMMD的系統結構看起來容易,想復制它卻非常困難。

所以我們看到EDU選擇了兩根軸加變速器的方案。代價是整個系統比iMMD更寬(當然,iMMD尺寸上也不是完全占優,它比EDU高一點)。

雅閣Hybrid以電動機為主,汽油機為輔的設計,混合模式下啟動汽油機為的只是給電機充電,再讓電機驅動車輪;汽油機真正與車輪連接只在汽油機驅動的模式下才進行;相比許多現有主流的混合動力車型,i-MMD混合系統有更為出色的動力與節油優勢,它節能和動力的控制性能是當下最優秀的。

另外,上汽榮威EDU和本田i-MMD兩者實現變速的方式不同:榮威550PHEV 有一個真正的兩檔變速器,iMMD則通過不同的軸系結構實現了變速。

▲EDU結構示意圖

EDU電驅變速箱實質上是動力單元+傳動單元。動力單元是ISG(左側)與TM(右側)兩個電機,傳動單元是位于中央的齒輪組。通過離合器不同的閉合方式,EDU可以實現純電驅動、串聯、并聯、制動回饋等不同工作模式。

▲上汽榮威EDU電驅變速箱連接關系示意圖

ISG電機與發動機相連,并通過C1離合器連接傳動齒輪組;而TM電機則通過C2離合器與傳動齒輪組相連,且為常閉狀態。因此EDU的設定是以TM電機的驅動為主,減少發動機介入。

括起來就是:常規情況下,由純電動、串聯、并聯三種驅動模式驅動車輛;高速高負荷情況下,由發動機和雙電機直接驅動車輛,同時還可進行行車充電模式(混聯)。

那么為什么要有這個兩檔變速器呢?是因為多了變速比這一自由度,就可以對電機和發動機的工作點進行調節。

通過換擋,可以讓電機在純電模式起步時在車輪端輸出更大的扭矩(動力更強);也可以在并聯模式下,通過檔位的切換讓電機和發動機運行在效率更高的區域(油耗更低),由于電機的高效區較大,這一點對于發動機的意義更為重要。

但iMMD卻沒有這個真實的變速器,卻并不意味著iMMD的自由度更低。原因在于:iMMD比EDU多一個軸。

EDU的兩個電機和發動機在同一個軸上,動力輸出在另一根軸,這意味著在并聯模式下,電機和發動機保持著相同的轉速,正是因為添加了變速箱,才有了兩個不同的速比。

而iMMD的發動機和驅動電機在兩根軸上,動力輸出在第三根軸。當在并聯模式下進行輸出時,電機和發動機可以在不同轉速進行運行,這便是iMMD所多出的自由度。

正是因為這一特征,iMMD在發動機運行時,可以通過調整電機的輸出功率來對發動機的工作點進行調節,讓發動機始終保持在更高效率的工作區間。

▲iMMD發動機工作點的優化控制

本田iMMD技術的背后是日本強大的基礎工業展現的精密加工能力。對于上汽榮威550同樣要樹起大拇指,即便不如iMMD,要實現這一套雙電機系統的集成、冷卻和控制,亦非易事。

6 上汽EDU的優缺點

即使在軸向空間并排布置了兩個電機和兩個離合器,EDU的軸向尺寸控制在比較合理的范圍內。現在從其應用到的車型來看,在A級車型上配合4缸機進行布置毫無問題。從目測的間隙來看,在B級車上甚至可以匹配2.0T發動機。

EDU系統決定了其對于電池放電功率依賴較大,進而促進上汽開發了充、放電功率都更大的電池系統,并為其之后的電池系統研發作了技術積累。

EDU系統設計的初衷,應該就是奔著插電混動系統來的。

EDU系統的ISG電機功率很小(15kW),在大功率的情況下,主要依靠電池要有足夠的放電能力;且因為EDU可以換擋,發動機接入對應的車速范圍更寬,所以EDU系統可以在很較低速的時候就把發動機接進去。發動機直接參與驅動,沒有中間的功率損失,效率可以更高。

EDU系統的劣勢

其一,換擋時需要時間進行轉速協調,從而使駕駛員感到動力中斷。為了克服這個缺點,可以使電機遠超發動機的轉速調節效率,在離合器接合前將動力總成的轉速盡快調節到和輪速匹配的范圍。

從最初的e550到現在的eRX5,能感受到上汽在控制方面投入了很多——換擋動力中斷已經漸漸消失在媒體試駕和消費者用車抱怨的清單里。

其二,榮威e550搭載的發動機落后于本田雅閣,導致油耗偏高。

改進發動機后的e550下一代車型(榮威ei6)的綜合油耗為4.5L/100km,與本田雅閣相近。

參考文獻:

《上汽榮威550插電式混合動力系統的特點》,上汽捷能汽車技術有限公司,冷宏祥,葛海龍,孫俊,許政,王磊,王健,羅思東,欒云飛