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          便宜還省油!長安新混動來了!

          蘿卜報告

          作為國內較早發力新能源的車企,長安早在2017年就推出了自家首款插混車型--逸動PHEV。經過多年的升級迭代,長安已經有了自己的插混名片,那就是智電iDD。而搭載iDD插混系統的UNI-V也憑借著不俗的動力體驗,俘獲了不少熱愛駕駛的年輕人。

          不過在銷量層面,搭載智電iDD的車型表現并不是很出色,究其原因,主要是因為長安的iDD混動系統屬于并聯結構,整體更偏向于動力性能,與如今以DM-i為代表的串并聯結構相比,在油耗方面沒有什么優勢。

          為了滿足市場對低油耗混動的需求,長安便推出了全新的串并聯結構插混系統--數智電驅。和其它廠商一樣,長安的數智電驅也有1.5L和1.5T兩種版本,先期推出的1.5L數智電驅已經搭載在長安啟源A05、A06、Q05三款插混車型上。

          值得一提的是,采用數智電驅的緊湊型轎車啟源A05,起售價僅為8.99萬,比秦PLUS DM-i冠軍版便宜了近1萬元。不僅如此,A05還擁有70-145km的CLTC純電續航能力,以及4.58-4.6L的虧電油耗表現。在性能參數上,長安的數智電驅已經能夠比肩比亞迪DM-i插混了,那么這一切又是如何實現的呢?

          熟悉混動的朋友應該知道,混動變速箱根據功能不同可以分為串聯、并聯、串并聯三種結構。目前來看,效果最好的方案當屬串并聯結構。在串并聯結構混動中,不同廠商的方案也不完全一樣。例如長城Hi4混動采用的是兩擋設計,吉利雷神動力和奇瑞鯤鵬混動則是三擋設計,而長安數智電驅和比亞迪DM-i都是采用單擋設計。

          除了按變速箱功能劃分之外,歐洲的零部件供應商還根據電機位置不同,將混動分為P0、P1、P2、PS、P3、P4這6種布置方式。其中,P0表示電機在發動機前端,P1表示電機裝在發動機與離合器之間,P2表示電機在離合器與變速箱之間,PS表示電機在變速箱內部,P3表示電機在變速箱后端,P4則表示電機在后橋上。說完了混動的分類,下面就一起來看看長安的數智電驅都有哪些不同。

          在混動變速箱的設計上,雖然長安的數智電驅和比亞迪DM-i都是單擋串并聯結構,并且電機也是采用相同的P1+P3布置方式,但在結構設計上其實是有著不小的差別。

          首先,長安數智電驅采用的是同軸設計,如上圖左側所示,發動機、P1電機、P3電機都在一條軸上。而比亞迪DM-i是異軸設計,如上圖右側所示,發動機、P3電機不在一條軸上,所以兩者的結構是完全不同的,也不存在借鑒的可能。

          其次在變速箱軸和齒輪數量方面,長安數智電驅的部件數量也更少。如上圖左側所示,由于長安數智電驅沒有P1電機減速器,并且P1電機直接安裝在發動機飛輪后端,所以離合器接合后,發動機、P1電機的動力直接通過2號軸(白色數字)傳遞至3、4號齒輪(黑色數字)。得益于更簡單的結構設計,數智電驅的變速箱只有6個齒輪(黑色數字)和3根軸(白色數字)構成。

          與長安數智電驅不同的是,比亞迪DM-i混動保留了P1電機的減速器。如上圖右側所示,P1電機布置在變速箱另一側,并通過2號軸將動力傳遞到減速器的1、2號齒輪上,所以DM-i的變速箱總共有7個齒輪(黑色數字)和4根軸(白色數字),部件數量要多一些。至于為什么要這樣設計,后面會有詳細分析。

          在混動系統設計中,串聯和串并聯結構的混動至少要配備2個電機,并且兩個電機經常同時工作,所以電機自身的效率對于整套系統的能耗有很大影響。如今電動車和混合動力系統基本都采用交流電機,在交流電機的效率損失中,銅損的占比很大,也就是電能沒有轉換成電機功率,而是被電機繞組的銅線發熱消耗掉了。

          交流電機的銅損不僅由導線自身的電阻產生,還與集膚效應有關。什么是集膚效應呢?舉個簡單的例子,我們把電流比作水流,電線比作水管。那么集膚效應就是指水經過水管時,水流并沒有在水管內均勻流動,而是集中在水管的外層邊緣。

          如果電流只集中在導線的外層邊緣,那就意味著導線有效面積減少。而在電氣系統中,導體電阻=電阻率×長度/橫截面積(R=ρ×L/S),集膚效應的出現意味著電機銅線中的橫截面減少了,因此銅線的電阻變大,電機整體效率下降。

          為了減少集膚效應產生的銅損,工程師們想到了一個很好的辦法,那就是把一根大銅線分解成多根小銅線。于是原來集中在一個大銅線外層邊緣的電流,就均勻分攤到了多個小銅線的外層邊緣,這樣一來就增加了銅線整體的有效橫截面,并降低了電阻。

          在汽車上,各大廠商通常采用扁線繞組,也就是把銅線做成扁平狀,然后一根根插進定子鐵心槽內。由于單根的扁平狀銅線長得像發夾,所以也被稱作“發夾繞組”。前面提過,一根粗銅線分解成多根細銅線,集膚效應的影響就會變小。同理,在一個鐵心槽內插入更多的發夾繞組,那么電機的效率就越高。

          在多層發夾繞組應用中,特斯拉走在了行業前列。2021年特斯拉為Model Y長續航全輪驅動版配備了全新的3D7電機,并在2022款Model Y后驅版上普及了該電機,3D7電機最大亮點就是采用了10層發夾繞組設計。相比之下,同時期的電動車都還在采用6層繞組的電機,只有少數車型用上了8層繞組。

          憑借更高的電機效率,2022款Model Y后驅版在電池容量不變的情況下,NEDC續航比采用3D6電機的2021款標準后驅版增加了20km,可見10層發夾繞組電機對續航是有幫助的。

          數智電驅10層發夾繞組電機

          而長安,則是中國品牌里第一個量產10層發夾繞組電機的廠商,并將該電機應用在數智電驅的P3驅動電機上,這也使得P3電機的最高效率達到了97.8%。至于具有驅動/發電一體功能的P1電機,則是采用8層發夾繞組設計。雖然P1電機規格略遜于P3,但放在目前也是領先的,像是我們非常熟悉的比亞迪DM-i混動,還是6層繞組電機。

          內置離合器的P1電機轉子

          前面提過,為了簡化混動變速箱的結構,數智電驅省去了P1電機減速器。所以為了與發動機6000rpm左右的轉速匹配,P1電機的轉速設計為6500rpm。P3電機的轉速則設計為13000rpm。與比亞迪DM-i電機16000rpm的轉速相比,長安數智電驅的電機轉速整體要低一些。

          熟悉電機的朋友應該知道,電機的轉速越高,所能產生的功率也就越大,功率密度自然會更高。為了彌補低轉速電機功率密度方面的不足,長安便增加了P1、P3電機的極數。這是因為,電機的扭矩與有效體積成正比,而電機極數越多,電機的有效體積就越大。那么電機的極數又是什么呢?

          大家都知道,磁鐵有N極和S極之分,在磁場中同極相互排斥,異極相互吸引,電機的運轉就是利用了上述的磁場特性。而前面提到的極數就是指電機里面的磁極,磁極也有N極和S極之分。由于電機的N極和S極都是成對存在的,所以又把1個N極和1個S極叫做一對磁極。

          P3電機的轉子

          數智電驅P1電機設計成了12對磁極,P3為6對磁極。隨著電機極對數的增加,P1、P3電機功率密度均有提高,其中P3電機的功率密度達到了7kW/kg。要知道,像DM-i混動這樣的高轉電機,功率密度也只有6kW/kg。得益于較高的電機功率密度,以及變速箱結構優化,數智電驅的變速箱重量僅110kg,相比目前主流的混動變速箱139-149kg的重量輕了不少。

          數智電驅PCU單元

          在電控方面,數智電驅工作電壓在300-400V之間,視電池容量不同,不同車型具體工作電壓會有一定差異。由于數智電驅的電壓并非特別高,所以它依然采用IGBT功率器件,而非高端電動車上用到的SiC。不過,數智電驅的IGBT控制頻率達到了1300hz,一般行業內主流水平是1066hz。在三相交流電機的控制中,轉速=60x頻率/磁極對數(n=60f/p),式中的頻率(f)就是指IGBT的控制頻率,也就是說,IGBT的頻率越高,電機的轉速就越高。

          Pin-Fin散熱器液冷過程

          另外,為了提高IGBT的可靠性和耐久性,數智電驅也優化了Pin-Fin散熱器的結構。在電控單元中,Pin-Fin散熱器安裝在IGBT的底部,并浸泡在冷卻液中。當電控單元運行時,IGBT產生的熱量會通過Pin-Fin散熱器傳遞給冷卻液,而為了增加換熱面積,Pin-Fin散熱器上設計了很多的翅片,冷卻液經過翅片時可以帶走更多的熱量。

          左:傳統圓柱翅片 / 右:數智電驅橢圓形翅片

          而作為散熱器的核心部件之一,翅片的設計直接決定了散熱器的性能。為了提升散熱能力,數智電驅將Pin-Fin散熱器的圓柱形翅片,改成了橢圓形。再加上精心的排布,冷卻液在翅片間流通的速度更快,整體的散熱效果更好。

          在發動機設計上,數智電驅所搭載的1.5L四缸混動專用發動機采用了阿特金森循環,并且將壓縮比提升至14:1。

          同時為了減少發動機顆粒物排放,并提升汽油的霧化燃燒效果,這臺自吸發動機不僅采用了直噴技術,還將噴油壓力提升至350Bar。要知道,熱銷的比亞迪秦PLUS DM-i,為了降低成本,其搭載的1.5L發動機都還是傳統的進氣歧管噴射,噴油壓力也要小得多。

          在熱管理和減摩方面,這臺發動機采用了電動水泵,可以按需精確調節冷卻液流量,同時,它還使用了0W-16的低粘度機油,進一步降低了發動機的運行阻力。在一系列技術加持下,這臺1.5L混動專用發動機最大熱效率達到了41%,雖然賬面數據不是目前最高的,但是它的高效率區間非常大。最重要的是,這臺發動機無需安裝GPF顆粒物捕捉器,即可滿足國6b排放,以及RDE道路測試。

          說完了數智電驅混動的結構設計和技術亮點,我們再來看看搭載數智電驅的啟源A05開起來如何。我們所體驗的車型均為純電續航145km的A05高配版,其中,1.5L發動機擁有110馬力、143牛·米的動力。P1、P3電機分別擁有136馬力、210牛·米,以及215馬力、330牛·米的動力。相較于同級別的插混來說,數智電驅的電機馬力、扭矩要略大一些。

          另外需要說明的是,由于不同續航車型的電池電壓不同,所以數智電驅的P3電機不一定能達到最大功率。比如純電續航70km的啟源A05,電機最大功率為190馬力,純電續航145km的版本則是215馬力。

          在封閉的場地內,我們利用官方提供的設備對啟源A05進行了加速測試,在外界氣溫20℃,車上乘坐2名成年人,并將系統切換成運動模式的情況下。A05的0-60km/h加速時間為3.9秒,0-100km/h加速為6.9秒。在搭載1.5L插混系統的車型中,A05的加速性能已經算比較快了。作為對比,長續航版的秦PLUS DM-i加速為7.3秒,相比啟源A05略慢一點。

          在系統運行邏輯方面,數智電驅和本田i-MMD、比亞迪DM-i相同。在中低速行駛時采用串聯模式,如上圖左側所示,它的發動機只負責帶動P1電機發電、不直接驅動車輪,車輪完全由P3電機負責驅動。在中高速行駛和急加速時,系統又會切換成并聯模式,如上圖右側所示,車輪既可以由發動機、P3電機單獨驅動,又可以由二者共同驅動。

          由于A05的電池容量、電機功率都比較大,所以只要你選擇純電模式行駛,即便車速達到120km/h,P3電機依然可以只靠電池提供的電能來驅動車輛,而不會消耗任何燃油。所以在電量充足的情況下,A05的駕駛體驗跟普通家用電動車是完全一樣的。

          在主觀感受上,雖然A05實測6.9秒的加速能力對家用車來說已經算比較快了,但實際開起來動力是很溫順的。比如在地板油加速時,這輛車的前輪根本不會出現打滑、響胎的現象。

          在動力系統噪音方面,即便我左腳踩住剎車、右腳踩死油門,用彈射起步的方式讓發動機強制啟動為電池充電,系統運轉聲也不擾人。甚至在急加速時,車速達到60km/h發動機開始驅動車輪后,系統運轉聲也被其它聲音掩蓋了,動力系統運轉相當安靜。

          在市區道路上行駛時,無論是在限速區間內進行超車還是急加速,它的動力輸出力度總是讓人感覺不多不少,既不會給人帶來較強的突兀感,又不會讓人覺得動力肉。再加上A05的油門、剎車踏板行程都比較短,右腳只要輕輕一點就行了,所以整個車開起來讓人覺得很悠閑。

          值得一提的是,數智電驅的軟件標定跟普通車型也不一樣。具體來說,普通車型油門深度通常對應著發動機扭矩,我們控制油門其實就是控制發動機輸出扭矩。隨著路況的變化,比如在爬坡時我們要額外多踩油門,在長下坡路段要松油門,并且踩剎車。

          數智電驅的獨特之處在于,它額外增加了一個“智能驅動”模式,在這個模式下油門并不是控制扭矩,而是整車的加速度。具體來說,當車輛開始爬坡時,即便你沒有深踩油門,系統也會自動調整動力輸出保持加速力度不變,這樣駕駛員就不需要頻繁操作油門、剎車,間接提高了舒適性。

          如果你不習慣油門控制加速度,只要在系統界面選擇“智能驅動”以外的模式,那么系統就會切換成油門控制扭矩。

          除了駕駛模式標定之外,數智電驅的動能回收控制思路也跟其它新能源車不太一樣。當動能回收力度設定為標準模式,并松開油門滑行時,電機的動能回收過程幾乎難以被察覺,車輛滑行過程可以用絲滑來形容。

          更有意思的是,A05還會根據平路和坡道自動調整動能回收力度。在動能回收力度設定為標準模式的情況下,即便你在長下坡路段不帶剎車,系統也會保持車速穩定,并且不會產生拖拽感,車輛滑行依然順暢。整體來說,A05的這套1.5T數智電驅系統在舒適性方面表現十分出色,它的動力輸出全程都沒有任何波動,讓人感覺非常平穩。同時這套動力又足夠的順暢、安靜,所以與A05短暫接觸了幾個小時后,整個人都變得心平氣和了。

          上:CLTC / 下:WLTC

          續航方面,我試駕的A05在滿油滿電的情況下,表顯CLTC純油續航1146km,純電續航144km,總續航1290km。切換成WLTC工況后,表顯純油續航1029km,純電續航115km,總續航就是1144km。

          在開始進行油耗測試前,這輛車的電池電量還有92%。為了讓發動機盡量參與工作,我把系統設定為保電80%,車輛也調成了常用的“舒適模式”。

          最后在外界氣溫25℃,車內空調21℃,并且車上乘坐3名成年人的條件下。我駕駛A05一共行駛了52.7km,平均車速30km/h,表顯平均油耗為4.2L/100km。要知道,我們試駕的地點是重慶,高低起伏的地勢對油耗測試并不理想,如果表顯油耗準確的話,那么這個成績已經很不錯了。

          如果說之前UNI-V那套并聯結構的iDD插混是20多歲的年輕小伙,性格有些暴躁的話,那么全新的“數智電驅”插混系統就像一個30多歲的人,雖然也屬于青年,但是心智成熟、言行舉止得體。更重要的是,他終于懂得如何精打細算。當然,30多歲的人生活也不是完全沒有“激情”,只要錢包允許,數智電驅就可以在后橋再加1個大馬力P4電機。在紅綠燈路口,30多歲的他依然能躁動起來。

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