第二代上汽EDU混動系統到底有多牛?看看你就知道了

獅座談車 發佈 2022-09-26T22:47:39.376470+00:00

由於第一代「上汽EDU混動系統」提升的上限較低,故此,上汽在權衡了當時手上已有的混動技術後,最終選擇了推翻原有「變速器」的結構,重新研發了第二代「上汽EDU混動系統」。

由於第一代「上汽EDU混動系統」提升的上限較低,故此,上汽在權衡了當時手上已有的混動技術後,最終選擇了推翻原有「變速器」的結構,重新研發了第二代「上汽EDU混動系統」

結構特點:三平行軸+單離合+單電機

第二代「上汽EDU混動系統」由主要由「發動機」、「驅動電機」、「齒輪軸系」、「離合器」以及「HCU」(混合動力汽車整車控制器)等控制模塊組成,屬於平行軸式的單電機電驅方案。

第二代上汽EDU混動系統結構示意圖(詳細,僅供參考)

其有趣之處在官宣的『10AMT』變速結構,根據官方資料的描述,該系統擁有6個『發動機專用擋位』和4個『電機專用擋位』。

第二代上汽EDU混動系統結構示意圖(簡化,僅供參考)

從實際結構來看,第二代「上汽EDU混動系統」共有18組齒輪,4個「同步器」,其中3組「同步器」與一套「離合器」主要用於調節整套系統的換擋邏輯,將「發動機」與「電機」相結合。所以,按照初中所學的排列組合算法計算可得,該機構一共可實現24擋(6*4)。

第二代上汽EDU混動系統的齒軸系統示意圖

不過在此前的「通用Voltec混動系統」介紹過,工程師只會選取合理且效率最高的幾種可能進行標定。最後,上汽的工程師選擇了11種齒比組合進行標定,包括10個前進擋和1個倒擋。

工作原理:眼花繚亂的可能性

由於我手上掌握的資料並不多,接下來的內容有很大一部分屬於個人的理解,共展示該系統的20多種可能性,僅供大家參考,在正式開始前,說明2點:

第二代上汽EDU混動系統工作原理(詳細版,動圖,僅供參考)

與之前「鯤鵬DHT混動系統」的介紹相似,我將工作原理圖拆分成簡化版和詳細版,簡化版以3個「同步器」為主要觀察點,大家可以對照理解。

第二代上汽EDU混動系統工作原理(簡化版,動圖,僅供參考)

由於結構是立體的,平面化後,可能會一些部分看似有邏輯衝突,所以,需要大家發揮一下自己的立體想像力,好了,我們正式開始。

純電模式:該模式下「電機」輸出的功率共有4個擋位:

  1. 前2個擋位在「輸入軸2」上變速調整後,直接流入「輸出軸」;
  2. 而另2個擋位會通過「同步器3」流入「輸入軸1」,並進行變速調整,最後流回至「輸出軸」。

由此,我們也可以看到,兩條「輸入軸」上的變速齒輪共同決定了擋位,並非割裂地調整速比;

發動機直驅模式:與第一代相比,第二代「上汽EDU混動系統」採用了功率更大的「發動機」,故此,加大了「發動機直驅模式」的工作範圍,按照官方宣傳的『發動機6擋』來看,應該有以上6個擋位,並擁有1個倒車檔的可能。其工作原理仍然是當「離合器」閉合時「發動機」接入系統,通過3組「同步器」的協作,來調節6個不同的檔位。當「電池」需要補電,且「發動機」功率高於需求功率時,「發動機」可以將多餘的功率驅動「電機」進行補電,而不是讓「電機」共同驅動汽車,我這裡就不再做一套行車充電的邏輯圖了

混動模式:而當「發動機」與「電機」共同驅動時,可能性便更多,這裡展示10種可能性。

此外,這裡講一下我做圖的一些細節:

  1. 功率流在走「同步器」位置:有時會走左邊,有時會走右邊,這是很重要的細節;
  2. 功率流的屬性:藍色為「電機」提供的功率,紅色為「發動機」提供的功率,紫色則是合流功率。

如果之前沒有注意到這些細節的朋友,可以回顧一下我之前做的圖,然後大家就會理解我更新那麼慢的原因了。第一次發現的朋友,還不給我一個三連支持~~

動能回收模式:這裡給出了4種動能回收的可能,不過按照個人經驗,應該不會有4個擋位,最多2個擋位,甚至只有一個擋位,其實「P2電機架構」的回收邏輯十分簡單,因為只有一個「電機」可回收動能,無論從哪根軸輸入,最後必然匯聚到「P2電機」進行發電。

從第一代「上汽EDU混動系統」到第二代,我們可以看到上汽試圖通過改變結構來解決換擋平順性等一系列相關問題,結果顯然是成功的。同時為了讓系統能更好地去調節「發動機」和「電機」的工況,採用了10擋位的變速機構,這套機構的複雜程度遠遠超出了「本田i-MMD混動系統」。

整體優化:組件升級和智能控制

MG6 PHEV(2019款)發動機艙[1]

但單電機架構最難解決的問題就是饋電問題,所以,第二代「上汽EDU混動系統」面臨最大問題在於,如何在「電池」低電量時,既保障動力不會降低,同時又能為「電池」充電。在結構不占優勢的前提下,上汽工程師撓破了頭皮對第二代「上汽EDU混動系統」進行優化。

  • 組件:提升系統的效率

首先,還是從提高系統的整體效率上出發,對系統中的部分組件進行了升級,比如對「電機」的優化,採用了當時先進的發卡式繞組(Hair-pin),在此前的文章中,我們也提過這種繞組形式有以下幾個特點:

第二代上汽EDU混動系統中電機實物圖

  1. 扁線繞組:使用扁線繞組的發卡式「電機」可以提升有效銅的面積,相比普通圓導線繞組「電機」,有效銅槽滿率可達到70%左右。我們知道,「永磁電機」的損耗主要源自繞組銅耗、鐵耗、風磨雜散、磁鋼渦流損耗,故此,減小繞組電阻能直接降低銅耗、提升「電機」的效率和功率密度;
  2. 散熱更好:得益於繞組的面積增大,提升了整體的散熱性能。繞組匝與匝之間接觸面積大,熱傳導更好。繞組每匝之間空隙小,熱傳導更好;繞組和鐵心槽之間接觸良好,熱傳導更好。通過溫度場仿真,相同設計的扁銅線電機繞組溫升比圓銅線電機低10%;
  3. 體積更小:當槽滿率提升後,為達到同樣的效果,即可減小「電機」的體積。

故此,據官方數據顯示,該「電機」功率和扭矩密度相比之前的「電機」提升了約 20%,而「電機」的峰值效率高達 96%。

第二代上汽EDU混動系統中動態油冷式熱管理系統的效果

此外,「電機」的冷卻系統也進行了優化,採用了「動態油冷式熱管理系統」。相比普通的水冷系統,油液的好處首先是便是不會在管路中引發管路腐蝕,油液更不易結冰,所以對環境的適應性更強,可靠性也更好。最後便是提升了「電機」的持續功率和扭矩,官方給出的數據是10%。

  • 控制邏輯:依靠智能調節來省油省電

其次則是對第二代「上汽EDU混動系統」的控制系統進行了增強,通過升級「HCU」(智能混動中央控制器)這個硬體,重新構築了一套被稱為「IEM」(Intelligent Energy Management智能能量管理系統)的混動控制系統。

IEM系統官方介紹

整套控制系統的基本邏輯即是通過動態收集路況信息、雷達信息、導航信息、個人駕駛風格和車輛能量狀態等信息,經過系統的「HCU」的分析與學習,最終進行發動機介入、電機輸出功率、動能回收強度等功能的自動調節。從官方的資料來看,「IEM」預設了包括高速、山路、擁堵、限速、下坡等11種路況的調節邏輯。

MG6 PHEV(2020款)

談一下當年試駕第三代「MG6 PHEV」(2020款)時[2],「IEM」給我們的實際體驗。當天的路程是從市郊開往市中心,當設定完導航路線出發後,前半段路程是比較空閒高速路段,可以感覺到「發動機」一直在工作。而進入擁堵路段後,系統基本都將驅動的任務交給了「電機」。

MG6 PHEV(2020款)中控顯示內容

結束試駕後,我們向工作人員討教了其背後的邏輯:當設定完導航後,「IEM」便識別了我們線路,為了讓我們在市中心的擁堵路段能更省油、更安靜地去駕駛,所以,系統為整條路程進行了動力規劃:市郊路段「發動機」工作,在驅動車輛的同時,不斷為「電池」充電。市區便有足夠的電量來純電行駛。

此前提到的在發動機直驅情況下,發動機補電示意圖

個人覺得這套系統挺有意思,因為在混動架構不能改變的前提下,通過對路況進行識別,並做動力規劃,這種解決饋電的方法,估計也只有像上汽這樣有底子的車企才能幹。讓我不由聯想到『第一性原理』中提出的一個想法:若是在單一維度上不能解決問題,那就換個維度來解決問題。

MG6 PHEV(2020款)發動機艙

好像扯遠了,回到主題,除了以上提到的兩大優化,2020年更新的第二代「上汽EDU混動系統」還增大了「電池」的容量,提升了續航,以及在後續的車型上對「發動機」也進行優化,這些基操這裡就不展開了。

結構分析:趨近於AMT還是DHT?

在此前的文章評論中有人問我,第二代「上汽EDU混動系統」到底屬於一種怎麼樣的混動結構?這裡稍微解釋兩句

5擋AMT變速箱齒軸系統示意圖

首先,從換擋機構的結構去看,第二代「上汽EDU混動系統」與「AMT變速器」的結構的相似,之前「MG3」時我們也曾今提過「AMT變速器」的軟肋是換擋的平順性問題,但在第二代「上汽EDU混動系統」的結構中由於加入了「電機」,再通過複雜的控制邏輯調整,彌補了這種結構性缺點。

相對獨立的兩個輸出邏輯

其次,「發動機」與「電機」大部分時間處於解耦狀態,處於相對獨立的工作狀態,通過「輸出軸」的控制,換擋的相應速度僅需0.2秒。在實際體驗中,幾乎感覺不到發動機介入時的突兀,相比第一代的體驗更線性。

擋位減少,加入電機的趨勢

此外,第二代「上汽EDU混動系統」平行軸的結構布局與我們目前看到的「比亞迪DM-i混動系統」、「長城檸檬DHT混動系統」看似有幾分淵源,所以,有不少上汽的工程師認為第二代「上汽EDU混動系統」應該被劃分在「DHT」(Dedicated Hybrid Transmission混動專用變速器)的範疇。而我個人覺得第二代「上汽EDU混動系統」應該是後面這些「DHT」的先驅,也是它們結構的『雛形』,只是還算不上是新一代「DHT」,因為光『單電機架構』這一點便不符合。不過,我對第二代「上汽EDU混動系統」仍然抱著120%的敬意,因為這套系統的標定難度,可能會超乎所有人的想像。

工程師的浪漫

兩代上汽EDU混動系統參數對比(僅供參考)

若以「MG6 PHEV」的三代車型為例,可以大致地從參數上看出兩代「上汽EDU混動系統」的變化。首先,第一代採用的是1.0T的三缸「發動機」實在很難讓消費者接受,92kW的功率多少有些捉襟見肘。故此,第二代便採用了1.5T四缸「發動機」和大功率「驅動電機」為總體的動力表現帶來了不小的提升。

第一代上汽EDU混動系統結構爆炸圖

第二代上汽EDU混動系統爆炸圖

而結構上也進行了翻天覆地的變化,從第一代的「串並聯」結構到第二代的『單電機架構』,究其背後的設計邏輯,我們也可以發現,第一代其實更趨向於用電驅動,而第二代更趨向於油電分離。

之後隨著全面電氣化的到來,上汽的混動系統也進入了優化升級的發展周期。就目前來看,上汽在純電汽車領域的布局更為積極,隨著旗下全新第三代榮威RX5的亮相,體現了上汽將搶占純電汽車市場作為發展的主要戰略,而曾經領先行業的「上汽EDU混動系統」,可能會成為未來中國車市領頭羊。

搭載第二代EDU混動系統的榮威eRX5相比比亞迪DM-i有優勢嗎?

據官方資料顯示,第三代榮威eRX5(以下簡稱榮威eRX5)動力系統有四大特點,分別是「超快」、「超順」、「超穩」和「超智」。我們再來剖析一下這款車到底怎麼樣?

第三代榮威eRX5也採用了與燃油版同款的1.5T發動機,而且也沒有因為混動車型降低了功率。鍵盤君認為原因有以下兩點,第一,本身它就支持米勒循環,熱效率就已經接近了40%,達到了其他家混動專用發動機的技術標準。第二,此套混動系統,省油並非是第一指標,更注重動力方面的表現。

首先,它的混動系統的基本動力結構是一台1.5T渦輪增壓發動機+一台永磁同步電機組成,其中,1.5T發動機最大功率133kW/188Ps,峰值扭矩300N·m,應用了電控可變截面(VGT)渦輪增壓器、水冷式進氣等先進技術,支持米勒循環,在熱效率發動機有一定的優勢。

同時,與這台1.5T發動機搭配的電機也具有一定的技術亮點,最大功率180kW,峰值扭矩270N·m,採用了I-pin扁線繞組技術,效率最高為97%,極限轉速能達到16000rpm/min。還應用了主動油冷散熱技術,峰值功率的持續時間比傳統水冷方案多延長十秒,可以保證電機在極限狀態下的功率輸出。

在電機+發動機的加持下,第三代eRX5的綜合功率達到了318kW/432Ps,最大綜合扭矩570N·m,據榮威的工程師聲稱,它在單人的狀態下能跑到5.9S的百公里最短用時,相比同級別的競品有一定的性能優勢。

雖然好的發動機和電機很重要,但混動系統最重要的還是要看它的變速箱,榮威e RX5採用了上汽研發的EDU G2 Plus 2×5智能變速箱,它的混動邏輯可以說是腦洞大開,所謂叫2×5就是電動能夠實現2擋變速,發動機能實現5擋變速,兩者共同組合出10個檔位,優勢是可以適應不同的路況需求,當然它的匹配邏輯相比其它混動變速箱還是有一些複雜的。

技術方面,EDU G2 Plus 2×5智能變速箱可以實現自適應換擋,能夠學習不同客戶的駕駛習慣,電控換擋系統在檔位互鎖的布局下,實現多檔位智能化協調控制,進退擋一次性完成。上汽工程師表示,eRX5的換擋時間只需要280ms,要比DCT雙離合變速箱還要快一些,這樣的設定可以保證它的加速能力,同時換擋也非常平順。

相比市面上的混動系統,比如吉利的雷神、長城的DHT、比亞迪DM-i,榮威e RX5的混動布局有什麼優勢呢?首先目前大部分廠商都是採用了單電機和雙電機二選一的方案,像比亞迪DM-i是有一個發動機直驅擋,長城DHT有兩個檔位,吉利雷神混動有三個擋位,擋位越少越不利於發動機直驅,高速的後勁也要更弱一些。擋位越多,發動機的直驅優勢更大,高速油耗更低,後程加速能力更強一些,所以榮威eRX5的優勢在於多檔位協調下,後程加速更強一些。

那麼這套系統的節能效果如何呢?除了三電系統之外,它還有獨創IEM智能能量管理系統,這套系統的聰明之處在於,它可以通過導航系統預測前方的路況,如果擁堵時就儘量使用純電驅動,在通暢路況時則會讓發動機更多的介入,讓發動機工作在高效區間,或者在出行時就可以做好電量管理,根據行駛路程自動計算最佳路線,達到節省燃油的效果。通過這套系統的綜合調控,它的百公里油耗能節省0.5-1L。

電池方面,榮威e RX5的電池的電量是12.3kWh,電池包外殼採用了鋁壓鑄工藝的下托盤,輕量化的同時抗衝擊能力更強,有BMS電池管理系統來時刻檢測電池溫度,安全係數還不錯。在WLTC工況下能實現50KM的續航里程,在NEDC則能實現61km的純電續航,如果你每天來反單位的里程小於50KM,那麼它就是你的純電RX5,同時在大部分地區它也可以享受到免購置稅、掛綠牌的特權。而至于衡量插電混動車效率高低的指標-虧電油耗,榮威e RX5在NEDC工況下為4.8L/100KM,要比宋PLUS DM-i的4.4L/100KM稍高一些。

總結

綜合來看,榮威eRX5的插電式混動系統可以說是別出心裁,通過單電機+多檔位的設計,兼顧了中高速度的動力需求,在IEM智能能量管理系統加持下,它的能耗水平也能達到了同級水平,同時它的加速能力在同級別中還有較明顯的優勢。

關鍵字: