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混动百科 | 3500字看懂全新长安福特混动系统
来自:电动邦
作者:王元祺
2023-02-17 22:05:24
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除了丰田,福特也是功率分流的元老!

长安福特混动系统示意图

常读鄙人混动专栏的读者应该对「功率分流」(即「Power Split」,亦称「动力分流」)不会陌生,当然啦,从目前来看,更多的主机厂选择的是以「串并联式」混动变速箱构型,只有丰田的「THS混动系统」依然坚持搭载在主流畅销产品上,并积攒着不错的口碑。

其实,翻一翻「功率分流」的族谱,大家会发现,可以说,在丰田汽车在研发「THS混动系统」伊始,其实还有一位同时代的『合伙人』,那就是福特汽车。今儿个容我借着长安福特刚刚发布的车型——「长安福特锐界L」,聊一聊其所搭载的长安福特的全新混动系统。

■ 起步是真的早

「功率分流」的概念或许并不是由主机厂提出,而源自一些拥有强大技术积累的OEM,有        一种说法其源自TRW的某项专利技术(亦或说是一种工程理念)。随着时代的变迁,在那个世纪之交,对未来新能源技术发展尚在大方向探讨的年代,丰田与福特就开始对「功率分流」技术进行改进,其中福特在混动系统的构型方面,提前申请了不少专利。而丰田则是在控制系统以及能量流管理方面中拿下了不少专利。

到了产品化的阶段,两家人一对眼才发现,貌似在这个阶段都绕不开对方的一些专利,那咋办呢?那就进行『专利交叉授权』吧。于是在福特在「功率分流」技术方面便有了以下的历史(非全部历史):

  1. 2004年福特第一款

混动SUV福特Escape Hybrid面世(采用爱信代号为「 HD-10」的功率分流变速器」),2006年爱信将纵置版的「HD-10」用在了「Lexus GS 450h」等车型上;

2008款福特Escape Hybrid

2009年福特Escape/Fusion/Mercury Milan Hybrid 搭载了爱信代号为「HD-20」的功率分流变速器,较前一代产品,优化了系统结构和速比,提升了系统效率。同年福特正式立项启动第3代功率分流系统的开发;

福特第3代功率分流系统示意图

2012年福特发布了基于自主开发的「HF35」的功率分流变速器 ,应用在Fusion、C-Max、MKZ等车型上,同时发布HEV和PHEV两个版本,正式走上了完全自主设计、开发、制造的路线;

2017年福特优化改进的「HF45」功率分流变速器问世,较前一代系统,进行了集成化设计,提高了系统功率,提升了效率,匹配更大车型。

福特两代混动变速器对比示意图

根据我收集到的资料,从「HD-10」到「HF45」(具体来说是「HD-20」到「HF35」)的结构最大变化在于,当年福特自研功率分流变速器优化取消了两个组件:一个是位于发动机后段的「单向离合器」,另一个是则是用于锁死「太阳齿轮」的「制动器」。

image005.gif

单向离合器示意图(动图)

「单向离合器」(即「One-way Clutch」,简称「OWC」):使得动力在一定的条件下,只能从一个转动方向传递。比如我们在第二代「THS混动系统」上看到的「单向离合器」,其具体作用,实现了「发电机」(MG 1)和「发动机」的部分脱开,从而避免「发电机」反拽「发动机」。比如「发电机」在启动「发动机」后,「单向离合器」即会锁死(依靠「发电机」的转速作为锁死的判断标准);

「制动器」(即「Brake」):简单来说就是用来锁死「行星齿轮组」中某一个组件,此前在讲解吉利的「DHT Pro」中,我们曾经很详细的从结构和原理上分析过,基本所有的汽车变速器里都会有这个组件。

从迭代逻辑来看,福特显然是想通过几代的集成化迭代,利用全新自研的系统控制及能量流管理系统的优势,最终,减少混动变速器的机械部件,从而减轻重量,减小体积,为功率更高的「发动机」和「电机」留出更多的空间,亦可使得整套动力总成可以适配更多的车型。故此,接下来我们来看看搭载在「长安福特锐界L」上的全新「长安福特混动系统」有什么特点。

■ 令人眼馋的『大马力』

在本次「长安福特混动技术沟通会」(后简称「沟通会」)上,令我印象最为深刻的就是这枚「第5代2.0T的EcoBoost双涡流涡轮增压直喷发动机」(后简称「第5代EcoBoost发动机」),额定功率202kW,最大扭矩405 N·m。这个参数在目前一众以1.5T为主的「混动发动机」中,绝对算是大马力了。这里要说明一下,长安福特并不是想要『大力出奇迹』,而是通过多项技术,平衡性能与油耗之间的关系。

第5代EcoBoost发动机

比如「第5代EcoBoost发动机」采用「进气道喷射」与「高压直喷」(350bar)的「双喷射技术」,在不同工况下,改变喷油的方式,兼顾匀速时的低油耗和功率需求大时的动力性。而目前大部分以省油为目的的混动动力总成,往往会用「阿特金森/米勒循环发动机」来强制省油。此外,「第5代EcoBoost发动机」)还优化了「涡轮增压器」的「双涡道」设计和「电子控制废气阀」等关键部件。

长安福特锐界L

所以,我们可以看到「第5代EcoBoost发动机」在动力、油耗、排放及NVH四大维度较上一代的产品有了许多的提升,从「沟通会」公布的数据来看,哪怕是车长5米、轴距近3米的大7座「长安福特锐界L」,仍可实现零百加速7.1秒,WLTC百公里油耗6.31升,续航超1000公里。

长安福特混动变速器示意图

而从「混动变速器」的爆炸图中,我们可以发现其一大特点,即『化繁为简』:「双电机」的电驱部分,单排的「行星齿轮组」以及用于控制的「逆变器总成」被高度地集成在一起,让人看到了最原汁原味的「功率分流变速系统」(E-CVT)。

image009.gif

长安福特混动变速器工作模式示意图(动图)

「沟通会」上并未详细地透露「长安福特混动系统」的全部技术参数和全面的工作原理,这里结合此前我对第三代福特混动系统的理解,我将全新「长安福特混动系统」的工作模式分为以下5种:


纯电模式:在车辆起步或低速行驶时,「高压电池」为以驱动和动能回收为主的「电机」(即图中「MG 2」)提供电能,「MG 2」的动力沿着「中间轴」最后将动力输出至「车轮」;



混动模式随着车速提升,功率需求逐步变大,「发动机」启动进入工作状态,部分功率用于驱动。「发动机」的部分功率分配给主要用于发电的「电机」(即图中「MG 1」)发电,电能供给「MG 2」,富余的电量可以储存到「高压电池」中。最终「发动机」和「MG 2」的动力在「中间轴」上汇合,最终输出至「车轮」;



电助力混动模式:当瞬时功率需求较大时,比如超车时,「MG 1」所发的电能不能满足「MG 2」,此时「高压电池」同时也为「MG 2」供电,该模式简单的字面理解就是——『电池助力』混动模式;



驻车充电模式:停车时,「发动机」在怠速阶段,可以视「高压电池」的SOC情况,带动「MG 1」进行补电;



动能回收模式:制动时,轮端的制动能通过「MG 2」转化为电能储存到「高压电池」。

当然啦,以上这些模式都将通过「整车控制系统」(即「VCU」)进行最佳效率精确计算,自动匹配到最佳动力输出模式,使整个混动系统始终运行在综合效率最优的区间,实现动力与油耗的平衡。

低镍NCM111三元锂电芯

此外,「长安福特混动系统」在与「混动变速器」所配套的「电机」和「电池」方面也拥有自身的技术特点:

「电机」:采用高效的高速扁线油冷双设计,使得工作效率更高;

「电池」:电芯采用全新「低镍NCM111三元锂电芯」,特点是热扩散风险低,使用寿命持久。封装过程中采用的一体式水冷系统,其特点是散热性能较强。

而整套动力总成在上车前经历了严苛的安全和耐久验证,比如「第5代EcoBoost发动机」经历了超1000小时的结构疲劳耐久试验、冷热冲击耐久试验和系统耐久试验等,保障发动机在全使用周期内的安全可靠;「电池」则通过过充、针刺、海水浸泡、盐雾、跌落、高低温冲击和循环寿命等多项超国家标准的严苛测试,保障极端情况下电池的正常、安全运行。

■ 最后

以上便是本次浅谈的全部内容,关于新一代「长安福特混动系统」的干货讲解,就留到官方给出更多的详细资料了,到时候我们在『干货篇』中再来好好扯掰。

2008款福特Escape Hybrid的尾标

说实话,本文对于福特的混动技术分析的还是比较粗浅,鄙人也有一些意犹未尽。因为除了福特除了「功率分流」的混动解决方案,还研发过一系列基于「P2架构」的混动系统(比如2019年左右的福特 F150搭载的是第四代「MHT混动系统」),而所有的混动系统又离不开与电相关的技术储备,故此这又与「福特电马Mustang」有着千丝万缕的关系……

故此,这就不是单聊一项技术了,而是在看福特汽车全球新能源的布局,那可是一个大大的故事了。所以,坑先挖着,至于填不填……就看大家是不是『素质三连』了~~

长安福特锐界L

最后的最后,聊聊我在「沟通会」上『秘密私会』的「长安福特锐界L」,最大的感触有2点:

动力总成的体积控制得着实不错:整套混动的动力总成在发动机机舱内,被安排的十分宽敞,所以我在上文中也提到,这个「混动变速器」应该可以适配更多的车型;

很有产品力一款车:暂不能说太多,就讲一个小细节,「沟通会」上体验的是运动款锐界L,所以搭配的是运动座椅,但其舒适程度应该是我近2年来坐起来最舒服的运动座椅。

更多产品和体验的细节,可以持续关注我们的试车节目,对「长安福特锐界L」有兴趣的朋友,也可以在上市后,到门店去试驾一下~~


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