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避開豐田ECVT專利,榮威另闢蹊徑的混動變速系統EDU!

本篇是變速箱系列的第六篇,上篇介紹了豐田THS中的ECVT(曾經被豐田封鎖20年的專利,卡羅拉雙擎的關鍵技術,ECVT!),本篇將介紹榮威混動系統中的關鍵技術——EDU。

在混動汽車領域,豐田是當之無愧的王者,

它開發的混動系統THS利用一組行星齒輪系將發動機動力與電機動力巧妙地融合,實現了能量的高效利用。

礙于豐田的專利封鎖,其他車企在開發混動系統時只能避開豐田的專利範圍,另闢蹊徑。

上汽自主是國內在混動領域頗有建樹的車企,榮威e550、ERX5、i6均有不錯的口碑。同樣,無可避免的,榮威的混動系統也必須避開豐田的專利。

榮威混動車型ERX5

按分類,榮威的混動系統屬於混聯系統,與豐田THS不同,它採用的是串並聯系統,與本田的i-MMD比較相似。榮威混合動力系統的核心部分是一套電驅變速系統,稱為EDU。

EDU的結構

先上結構圖:

榮威EDU結構圖

兩個電機,ISG電機主要用於發電,TM電機是主驅動電機,但是,在不同的工況下,兩個電機都可以切換成電機或發電機。

紅色圈子中是一個2檔AMT(機械式自動變速箱),這個AMT正是EDU的特殊之處,它的作用後面再細述。

發動機、ISG發電機和TM電機同軸佈置。發動機直接與ISG電機連接,並通過常開離合器C1連接AMT。另一端,電機TM通過常閉離合器C2與AMT連接,動力最終經AMT傳遞至車輪。

動力分配

在榮威的插電混動車型,動力的來源有兩個,發動機和電池。發動機的動力流向有兩個,其一是通過ISG發電機發電轉化為電能,其二是經離合器C2,再經AMT流向車輪。電池可以由外接插電充電,也可以由兩個電機充電,電能由電機轉化為機械能經AMT流向車輪。具體如下圖:

EDU動力分配

根據兩個離合器C1和C2的不同狀態,可以實現三種不同動力模式——純電、串聯和並聯。

1 純電驅動

C1斷開,C2結合,發動機不工作。此時將由電池供電驅動電機TM,將電池的動力傳遞給車輪。

純電模式

2 串聯模式

串聯模式,

也稱為增程式,C1斷開,C2結合,發動機工作。此時發動機驅動ISG電機發電,電能再分兩路,一路向動力電池充電,一路向電機TM供電,由電機TM驅動車輪。

串聯模式

3 並聯模式

C1、C2均結合,發動機工作。此時可以輸出最大扭矩,發動機直接將動力輸送至車輪,動力電池供電給ISG電機和TM電機,兩個電機同時輸出動力。

並聯模式

融入AMT的意義

榮威EDU與普通混聯變速系統的差異在於融合了一個2檔AMT,而這麼做的意義正是為提高能源利用率。

這個2檔AMT佈置於動力傳遞的倒數第二站,也就是說,無論是哪種模式工作,最後輸出的動力都是先經過AMT,再輸出到傳動軸。如果我們將下圖紅圈部分視為一個輸出動力的整體,相當於傳動能源汽車的發動機,那也這個AMT也就是傳統能源汽車中的變速箱。因此,這個AMT的作用跟傳統動力汽車中的變速箱是類似的,使動力單元運行在最佳工況,從而提高效率、降低油耗。

EDU動力流向

- 純電模式:起步時,AMT切至低速檔,提高扭矩,勻速行駛時,切至高速檔,降低能耗。

- 串聯模式:如果需要給電池充電,動力部分分散給電池後,可以切至低速檔,適當提高扭矩;如果不需要給電池充電,可以切至高速檔,全力行駛。

- 並聯模式:通過切換高低檔,讓發動機和電機運行在高效率區域。

為什麼AMT只有2個檔位?如果僅僅從提高效率、優化油耗的角度出發,這個AMT的檔位數當然是越高越好。但是,混聯變速系統本身已經具有很高效率,因此,在這個場合2個檔位已經足夠了。再者,檔位數的增加將會極大增加系統邏輯和控制程式的複雜性,最終的結果極有可能是得不償失。除此之外,更重要的是AMT天生具有換擋動力中斷問題,檔位數增加必然引起更多的換擋動作,最終將會大大降低行駛舒適性。

各個工況時的EDU狀態

1 怠速、熱車

車輛處於靜止狀態,發動機工作,驅動ISG電機發電並向動力電池充電。此時,C1斷開、C2也斷開。

2 起步

可以由純電模式緩和起步,也可以用並聯模式大扭矩起步。

3 勻速行駛

勻速行駛時不需要很大扭矩,因此:

- 動力電池電量充足,可以由純電模式驅動。

- 動力電池電量不足,可以由串聯模式驅動,發動機驅動ISG電機發電,電能部分向動力電池充電,部分驅動TM電機輸出動力。

- 動力電池已經低於規定值時,C2斷開,TM電機停止工作,發動機動力一部分驅動車輛,一部分通過ISG電機給動力電池充電。

4 制動

制動時將會啟動能量回收:

- 純電和串聯模式下制動,僅TM電機發電。

- 並聯模式下制動,ISG電機和TM電機同時發電。

5 倒車

由動力電池供電給TM電機,電機反轉驅動車輪,如果電池電量不足,啟動串聯模式,由發動機通過ISG電機發電,再供電給TM電機。

最後

融合了AMT機構的EDU具有更高的效率和更為優秀的油耗表現,事實上,榮威混動車型的性能表現確實也可圈可點。

而AMT的融合,極大增大了系統、邏輯、程式的複雜性,同時、也面臨了更高的製造難度。榮威這這套混動系統上付出的努力不可謂不深,這種對技術的追求,值得起我們的尊敬。

兩個電機同時輸出動力。

並聯模式

融入AMT的意義

榮威EDU與普通混聯變速系統的差異在於融合了一個2檔AMT,而這麼做的意義正是為提高能源利用率。

這個2檔AMT佈置於動力傳遞的倒數第二站,也就是說,無論是哪種模式工作,最後輸出的動力都是先經過AMT,再輸出到傳動軸。如果我們將下圖紅圈部分視為一個輸出動力的整體,相當於傳動能源汽車的發動機,那也這個AMT也就是傳統能源汽車中的變速箱。因此,這個AMT的作用跟傳統動力汽車中的變速箱是類似的,使動力單元運行在最佳工況,從而提高效率、降低油耗。

EDU動力流向

- 純電模式:起步時,AMT切至低速檔,提高扭矩,勻速行駛時,切至高速檔,降低能耗。

- 串聯模式:如果需要給電池充電,動力部分分散給電池後,可以切至低速檔,適當提高扭矩;如果不需要給電池充電,可以切至高速檔,全力行駛。

- 並聯模式:通過切換高低檔,讓發動機和電機運行在高效率區域。

為什麼AMT只有2個檔位?如果僅僅從提高效率、優化油耗的角度出發,這個AMT的檔位數當然是越高越好。但是,混聯變速系統本身已經具有很高效率,因此,在這個場合2個檔位已經足夠了。再者,檔位數的增加將會極大增加系統邏輯和控制程式的複雜性,最終的結果極有可能是得不償失。除此之外,更重要的是AMT天生具有換擋動力中斷問題,檔位數增加必然引起更多的換擋動作,最終將會大大降低行駛舒適性。

各個工況時的EDU狀態

1 怠速、熱車

車輛處於靜止狀態,發動機工作,驅動ISG電機發電並向動力電池充電。此時,C1斷開、C2也斷開。

2 起步

可以由純電模式緩和起步,也可以用並聯模式大扭矩起步。

3 勻速行駛

勻速行駛時不需要很大扭矩,因此:

- 動力電池電量充足,可以由純電模式驅動。

- 動力電池電量不足,可以由串聯模式驅動,發動機驅動ISG電機發電,電能部分向動力電池充電,部分驅動TM電機輸出動力。

- 動力電池已經低於規定值時,C2斷開,TM電機停止工作,發動機動力一部分驅動車輛,一部分通過ISG電機給動力電池充電。

4 制動

制動時將會啟動能量回收:

- 純電和串聯模式下制動,僅TM電機發電。

- 並聯模式下制動,ISG電機和TM電機同時發電。

5 倒車

由動力電池供電給TM電機,電機反轉驅動車輪,如果電池電量不足,啟動串聯模式,由發動機通過ISG電機發電,再供電給TM電機。

最後

融合了AMT機構的EDU具有更高的效率和更為優秀的油耗表現,事實上,榮威混動車型的性能表現確實也可圈可點。

而AMT的融合,極大增大了系統、邏輯、程式的複雜性,同時、也面臨了更高的製造難度。榮威這這套混動系統上付出的努力不可謂不深,這種對技術的追求,值得起我們的尊敬。