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『汤叔解惑』赶超日系的上汽EDU混动系统详解

『汤叔解惑』赶超日系的上汽EDU混动系统详解
2019-07-31 09:49:22 电动邦

这个标题毫不夸张,不要小看自主品牌的研发能力,上汽从09年开始研发EDU混动系统开始,就树立了对标丰田普锐斯的目标。经过十年的发展,在很多关键技术上甚至可以说超过了丰田的HEV,但是苦于国内汽车产业供应体系的薄弱,国外很多关键材料工艺技术又不向中国出口,所以反应到整车性能上与进口车型仍有差距。本期单从这套混动系统来解读上汽EDU混动系统赶超日系的设计思路。

上汽的EDU系统早期搭载在荣威550混动车型上,现在已经有越来越多的上汽旗下车型应用这套系统。比如:荣威eRX5、荣威ei6、名爵6混动版等车型都搭载了这套系统。

『汤叔解惑』赶超日系的上汽EDU混动系统详解

▲EDU系统结构示意图:由一个两档变速箱、两个电机和两个离合器组成。

EDU系统最独特之处就是在于为混动系统配备了一台2速变速箱。这台变速箱采用液电一体化驱动,其本质与双离合变速系统有些类似,换挡原理就像手动变速箱那样,通过同步器与齿轮的咬合实现不同挡位齿轮的选择。而同步器的驱动由电控液压机构自动完成,不需要人工干预。

除此之外,在变速箱的两端还分别配备了两个电机,P1位置配备了一台ISG电机,这台电机的功率略小,主要用于发电。在变速箱输入轴的另一端,也就是P2位置配备了一台TM电机,这台电机功率较大,主要用于驱动车辆行驶。ISG电机与变速箱之间通过C1离合器连接,TM电机与变速箱输入轴之间通过C2离合器连接。

从两个离合器的常态来看,C1常态为分离装填,C2常态为咬合状态。这就意味着,这套系统的设计初衷更倾向于电力驱动。因为从动力传递路径(能量流)来看,当C1分离时,就意味着发动机的动力无法传递给变速箱,从而无法传递给车轮,此时发动机只能带动ISG电机发电。而C2处于常咬合状态,就意味着TM电机产生的动力可以直接驱动车辆行驶。

从上图可见,EDU系统更倾向于日常采用纯电驱动,既可以用电池储存的电能驱动又可以通过ISG电机的发电来给电池补充电力(实现增程驱动)。在这种驱动状态下,由于发动机和ISG电机完全与传统系统断开,所以TM电机的动力可以100%的传递给驱动轮,不会被发电机和发动机造成任何损耗。不仅如此,在2挡变速箱的加持下,TM电机的性能可以得到进一步优化,低速扭矩更充沛、高速电耗更小。所以这套系统在常态下可以高效的实现纯电行驶和串联模式(增程模式)行驶。

『汤叔解惑』赶超日系的上汽EDU混动系统详解

▲各种不同工况下的混动系统管理策略

除此之外,在需要大动力加速的情况下,如果电池电量重组,C1离合器接合,就意味着发动机的输出动力被接入变速箱,同时ISG电机和TM电机同时使用电池供给的电能释放出全部功率。这样就实现了并联驱动,也就是发动机动力+两台电机的动力同时输出用于驱动车辆加速。

在回收制动能量方面,ISG电机和TM电机都可以瞬间转换为发电机(电机运转和发电原理我在之前的专栏中为大家介绍过),两台电机可以同时工作,实现最大程度上的制动能量回收。当电池电量(SOC)过低时,也可以实现发动机驱动车辆行驶,并在行驶中为电池充电。由于C2离合器可以断开,所以在完全采用燃油驱动时,TM电机不会造成驱动负担,消耗发动机输出的机械能。同时在C1离合器接合后,ISG电机可以转换为发电机,在行驶中为电池充电。即便在亏电状态下,如果偶发急加速需求,TM电机也可以在C2离合器的控制下随时介入加速。

这套EDU系统还有一个小惊喜,就是可以在车辆怠速的时候给电池充电。这得益于C1和C2两套离合器的设计。如果把两个离合器都断开,那么即便是停车锁车的状态下,发动机仍然可以以最高效的运转方式为电池充电。

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▲上汽EDU系统结构

EDU系统的优缺点总结

这套混动系统的独特之处,在于加入了一个两档变速箱。与丰田本田的混动系统相比看似画蛇添足,实则无奈之举。与比亚迪一样,由于上汽同样缺乏高效率的阿特金森循环发动机,但在设定性能目标时又把这台车的经济性设定得比较高。为了在仅有的1.5T发动机的基础上实现超越丰田THS的燃油经济性,增加一台2挡变速箱可以让发动机的输出更加优化,虽然电机的高效输出转速比发动机宽得多,原则上不需要变速箱,但在这台2挡变速箱的加持下,TM和ISG电机的输出性能和电耗性能也得到较大的优化。这样使得整套EDU系统的能耗水平在业内都处于领先地位。

从账面数据上来看,荣威550插混版百公里油耗为5.6L,丰田第三代普锐斯百公里油耗为4.3L,仍然有差距。荣威550插混版百公里加速为9.5秒,丰田第三代普锐斯为10.5秒,虽然加速性能略胜于普锐斯,但油耗仍然存在差距。但是由于普锐斯大量使用了钢铝混合材料,其整备质量比荣威550插混版轻了314kg,另外,在风阻系数方面普锐斯只有0.25,荣威550为0.34,仅为荣威550的73.5%,再加上普锐斯配备了1.8升高效率的阿特金森循环发动机,燃油消耗量为220 g /(kW·h),荣威550的1.5T发动机为250 g /(kW·h)相差12%。所以整车的经济性仍然不及普锐斯。但是如果把这套EDU系统单独拿出来和普锐斯的THS进行公平对比情况就不一样了。

有工程师通过CAE模拟分析了在其它条件相同的情况下,采用上汽EDU混动系统的整车性能。结果令人满意,其燃油消耗量比第三代普锐斯低了14%,百公里加速性能可以跑进7.9秒,远高于普锐斯的加速性能。

所以,汽车是一套系统工程,光有高效率、高性能的混合动力解决方案并不能保证最后生产出来的整车就具备超越对手的性能。由于荣威550插电混动版平台的落后,在轻量化、发动机效率、风阻系数等方面都不及普锐斯,所以整车产品与国外一线产品仍有差距。但是这套EDU系统的高效率和高动力输出在业内确实比较领先。当然,这套系统也不完美,由于两档变速箱的加持,给变速箱控制程序的设计带来了挑战,离合器、换挡拨叉的控制时机必须非常精准,否则会出现换挡顿挫等影响舒适性的状况。经过第二代的优化,工程师已经逐渐提升了这套系统的平顺性,相信将来会越来越完善。

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