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混动百科 | 4500字看懂「长城Hi4电混系统」
来自:电动邦
作者:王元祺
2023-06-01 12:05:03
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『简化、高效、四驱的自主品牌混动系统』,或许是对「长城Hi4电混系统」的一种客观工程评价。

简化:让双电机干三电机的活

官方对「长城Hi4」的定义是『全球首创智能四驱电混技术,『Hi4』中的字母和数字分别表示H(Hybrid)代表混动,i代表智能(intelligent),4代表四驱系统(4WD),其构型为前后轴双电机串并联式。』为了方便大家理解,我还是讲前后桥分开解释:

长城Hi4构型示意图

  1. 前桥动力总成:「混动专用发动机」(1.5L/1.5T,峰值功率80/120kW)以及一枚「P2.5电机」(峰值功率70kW)组成动力源,而控制的机械结构为「离合器」(C0)和两挡的「变速器」(官方称与前一代相比,齿比进行了更合理的改变);

  2. 后桥动力总成:「P4电机」(峰值功率150kW)作为动力源,配合一挡「减速齿轮组」,负责驱动后轮。

长城柠檬混动DHT与长城Hi4构型示意图对比

如果你对「长城柠檬混动DHT」比较熟悉的,那么在「长城Hi4」的构型上就能第一时间发现三处变化:

1. 「离合器」处轴系的变化:通过观察上图中标红的区域,我们会发现,轴系的调整使得本来无法与「发动机」物理解耦的「P1电机」,现在可以通过「离合器」进行脱离,这也意味着原理P1位置的「电机」成为了集成在「离合器」后的「P2.5电机」,从功能上来说,前桥的这枚「电机」则具备了驱动和发电(TM/GM)的两种功能;

长城柠檬混动DHT(四驱)与长城Hi4构型示意图对比

2. 「P3电机」从前桥调整至后桥成为「P4电机」:由于前桥已经有一枚可单独驱动的「电机」,故此,工程师将原本位于P3位置的「电机」后移至后桥,使得整个架构成为了前桥「ICE+P2.5电机」+后桥「P4电机」,这与之前的「长城柠檬混动DHT」四驱构型(前桥「ICE+P1+P3」+后桥「P4电机」)相比,减少了一个「电机」;

长城Hi4后桥动力模块示意图

3. 后桥调整为一组「减速齿轮组」:与之前的「长城柠檬混动DHT」四驱构型的后桥相比,简化为一组「减速齿轮组」,不再为「P4电机」配备二个挡位,这是一个细节变化。

长城Hi4系统示意图

总体来说,『简化』二字是「长城Hi4」在构型方面做出的最大改变,而通过构型的简化,有趣的事情发生了,用原来「长城柠檬混动DHT」两驱版本的基础组件,即「发动机」配合「双电机」干出了四驱的效果,可谓是『让双电机干原理三电机的活』。说实话,光看构型的简化,个人第一感到是『有趣』和『担忧』。

有趣:源自『让双电机干三电机的活』的工程逻辑,可谓是『有趣的灵魂』;

担忧:源自型架构的完成度是否能支撑起『有趣的灵魂』。

所以,我们接下来就要看看「长城Hi4」具体组件和工作逻辑的变化。

高效:支撑起『有趣的灵魂』

如果具象化我的担忧,至少有这么几大问题是要回答的:

  1. 关于前桥动力总成的变化:前桥缺乏了「P3电机」会不会降低了动力?「前桥电机」是否会参与驱动?「电机」的功率是否足以支持驱动?

  2. 关于后桥动力总成的变化:减少了原来的二挡变速机构后桥「P4电机」是否还能提供足够的扭力?后桥电机的使用工况到底该如何标定?

  3. 关于整车控制的油电平衡:「发动机」是否能在各种工况下保持高效工作区间?双电机驱动时电池的SOC控制是否能达到平衡?

其实若将我所有的担忧写成思维导图,那应该是满满的一屏幕,回答起来也会非常的繁琐,所以,为了方便大家理解,我们还是从「长城Hi4」的工作原理一点点来展开。

image006.gif

长城Hi4工作原理示意图(动图)

官方宣称「长城Hi4」以『全工况出行』为理念,围绕用户日常出行场景,基于不同工况特点和需求通过『3擎9模』的动态切换与智能能量管理系统,在各工况下处于最佳的工作模式,真正全工况效率最优,全场景驾驶无忧。

首先,我们分析一下官宣的『3擎9模』:『3擎』当然指的就是「发动机」和「双电机」。而『9模』其实是在常规「DHT混动系统」的5种模式下,细分出的9种工作模式,详情可见以上动图。

长城Hi4纯电两驱模式示意图

但在一些模式细节中,我们就可以看到「长城Hi4」的有趣之处,比如在对应车辆起步和低速、低扭、低功的工况下,系统会遵循『大功率「电机」纯电驱动』的混动基本逻辑,只是这次的「长城Hi4」依靠后桥的「P4电机」进行驱动,也就是后驱。

长城Hi4纯电四驱模式示意图

而在面对高扭需求时,「长城Hi4」进入纯电四驱模式,「前桥电机」通过一挡「齿轮组」向前轮的轮端输出动力,配合前后桥双电机共同发力,进行驱动。这种模式标定显然使得系统组件的使用效率大大提高,但并非没有风险。比如电耗问题和「前桥电机」的发热问题。好在,构型调整的背后必然有组件的工艺提升来支撑,比如:

  1. 前桥驱动模块:两挡混动专用变速器,多合一轻量化架构;「前桥电机」采用Hair-pin扁线绕组技术、可变润滑流量控制、低阻高效轴承、低粘度油液应用,多项工艺的提升,使得前桥电驱总成的最高传动效率可达98%;

  2. 后桥驱动模块:「后桥电机」峰值功率提升至150kW(此前「P3电机」为135kW);「减速器」采用高效低粘度齿轮油等技术,实现大于97.7%的传递效率;同时模块通过严苛的EMC电磁兼容测试,性能优异,安全可靠。

image009.gif

长城Hi4纯电模式示意图(动图)

而根据官方对工作模式的介绍,我对『「前桥电机」参与驱动』的分析大概有如下几点:

  1. 「前桥电机」基本不会单独驱动车辆:在纯电模式下,在后桥「电机」驱动车辆达到一定速度后,前桥「电机」在前轮轮速达到一定阈值时,且动力需求增加时才会驱动前轮继续提速;

  2. 「前桥电机」以助力驱动为主:在后面的并联模式中,我们也不难看出「前桥电机」更适合处理大功率需求时的情况,特别是面对需要脱困的路况,70kW的功率也是不小一个动力源。

长城Hi4串联模式示意图

而在串联模式下,我们就可以看到「前桥电机」的作用回归到发电上。细节在于「发动机」功率与「前桥电机」功率的匹配:1.5L版的「混动专用发动」峰值功率为80kW配合「前桥电机」峰值功率70kW。这也从侧面印证了官方『前桥电驱总成的最高传动效率可达98%』这一数据。

image011.gif

长城Hi4直驱模式示意图(动图)

二挡的直驱模式显然传统保留模式,通过一组「同步器」进行「齿比」的变化。当然我个人认为,无论是「柠檬混动DHT」还是「长城Hi4」,二挡「变速机构」都是为了提升性能而设计,特别是这次长城对两款「混动专用发动机」进行了较大的提升:

  1. 1.5L 混动专用发动机:采用阿特金森循环、16:1高压缩比、350bar高压喷射系统、进气VVT、LP-EGR系统、电子水泵、电子节温器及其它降摩擦等技术;

  2. 1.5T 混动专用发动机:采用高压缩比、米勒循环、350bar燃油喷射系统、双VVT、LP-EGR系统、VGT增压器、电子水泵等低摩擦、高效率等技术;

  3. 1.5L/1.5T两款混动专用发动机,实现了41.5%的最优工程热效率。

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长城Hi4并联模式示意图(动图)

「长城Hi4」并联模式的工作原理也比较容易理解,两驱时「发动机」作为主动力源,「动力电池」为「前桥电机」供电,两者动力合流共同驱动前轮。而四驱情况下,「动力电池」同时为「后桥电机」供电,整套「长城Hi4」动力总成全部发力。

长城Hi4并联两驱模式示意图

比较值得分析的是两种并联模式的应用,这里先谈并联两驱模式,个人认为切换入这种模式的前提是在铺装路面上,而动力需求些许超出了「发动机」直驱所能高效覆盖区时,可以说是当你持续地、缓慢地踩下「加速踏板」,「前桥电机」起到助力驱动的作用。

长城Hi4前桥动力模块示意图

此外,在官方给到的资料中,并联两驱模式暂时只标注了一个挡位(故此自制图片中我也暂时以一挡为例)。而我个人认为,最终的标定应该是可以在二挡中切换。若理解有误,那并联两驱适用的工况会更少一些,比如只在40~60km/h的车速下才能触发。至于并联四驱模式,我放在『四驱』这个章节展开分析。

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长城Hi4制动能回收示意图(动图)

最后是制动能回收模式,其实在此前的文章中,我也提到过,回收制动能最基础的思路是『能量传输的物理和电气间隔越短,回收的效率就越高』。故此,「后桥电机」单独被标注成一种模式——单轴回收。

长城Hi4双轴制动能回收示意图

而「长城Hi4」的双轴回收模式则是利用了「P2.5电机」和「P4电机」距离车轮近,制动能回收效率高的特点,进行前后桥的能量回收。这也从侧面体现出了整套系统对于『高效』二字的追求。

长城Hi4工作原理示意表

我汇总了一张『9模』的工作原理表格,供大家参考,但请不要下载,下载了也请别商业转发,转发了也别给自己打上原创哦。因为最近太多人未经授权而商业化使用了我的图片,让我有些苦不堪言……

我们回归正题,关于「长城Hi4」工作模式的分析,还需强调一点,以上内容只是对目前个人所了解到的所有信息进行的粗浅分析,如有偏颇,欢迎大家评论区与我讨论。

不过,从「长城Hi4」的构型和工作模式的变化,个人认为,与上一代长城的混动相比,贯穿「长城Hi4」的主要逻辑就只有一条:利用零件工艺提升带来的『高效』,从而『简化』整套系统的架构。

四驱:iTVC打通『任督二脉』

最后,我们来聊聊「长城Hi4」另一个『第一性』变化,那就是从上一代的两驱/四驱两种架构模式,彻底转变成为了一套四驱架构的动力总成。但光靠『高效的组件,简化的架构』对于打造一套四驱系统显然是不够的。「长城Hi4」真正的杀手锏或许就是「iTVC智能扭矩矢量控制系统」(后简称「iTVC」,Intelligent Torque Vector Control System)。

「iTVC」官方对其工作原理的解释是:

通过分析驾驶者动力需求、车速、驾驶模式、道路坡道、方向盘转角、电机转速和横摆角速度等驾驶员操作及车辆状态信息,并融合摄像头、雷达等路况信息,智能识别不同的用车场景,进行最优的前后桥扭矩分配,全时域、全场景进行最优的前后桥扭矩分配,实现整车经济性、动力性及操稳性的完美平衡。

长城iTVC工作原理示意图

这显然是一套将全车前端感知系统与后端动力、制动以及转向等控制系统所融合的中间层控制系统。官方的介绍中,同时提及了「iTVC」的7种主要应用场景:

  1. 平地起步:动力均能分配前后轴,起步加速快,相比传统双电机,百公里加速更快(时间缩短1.8s);

  2. 坡道起步:起步更平稳,且在低附着系数的冰雪等路面,行驶车速更高,通过时间更短;

  3. 直路行驶遇低附路面:智能监控车辆状态,实时精准扭矩控制,在毫秒间完成车辆稳定牵引指令,全面提升湿滑路面的驾驶信心;

  4. 弯路行驶高速过弯:趋于完美的50:50轴荷分配,整车转弯极限更高,「iTVC」将智能修正车辆行驶状态,省心省力平稳安全高速过弯;

  5. 弯路行驶连续转弯:精准解读驾驶员的转向意图,过弯转向响应更灵敏,无需不断调整转向,减轻驾驶员紧张导致的疲劳;

  6. 非铺装路面脱困:前后轴均可驱动,「iTVC」将动态分配扭矩,操控性更强;

  7. 停车越障:通过前后轴双电机动力解耦,扭矩可迅速转移,使车辆保持良好的越障能力。

长城Hi4系统示意图

总地来看,「iTVC」是将「长城Hi4」在四驱方面的架构优势发挥出来的重要实现和保障系统,打通了感知、决策和执行三端的『任督二脉』,这也让人联想到了比亚迪的「iTAC」,如果大家有兴趣,可以在评论区刷一波『混动四驱』,若大家真的感兴趣,我就来对比分析一下。

尾声:将SUV坚持到底

长城Hi4系统示意图

「长城Hi4」发布后的那几天,我也看到不少媒体打出了类似『长城硬扛比亚迪』的标题,其实「长城Hi4」这套系统在出发点上就与比亚迪的「DM系列」有着很大的区别,因为这套系统从底层逻辑上就是一套为了四驱而设计的混动架构,是长城骨子里对SUV的坚定和执着。显然「长城Hi4」将使得长城旗下的SUV产品上如虎添翼。当然啦,我的这种分析逻辑过于工程师化,或许有失偏颇,所以,咱们评论区见。

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