6月1-2日,由电动汽车资源网主办的新能源汽车行业盛会——“2017第三届中国新能源汽车运营商与车企对接采购交流会暨新能源汽车整车企业与零配件企业技术交流论坛”在重庆悦来国际会议中心盛大开幕,国内数百家新能源汽车企业与行业专家就2017年新形势下的诸多问题展开深入探讨,为行业痛点寻找良方。电动汽车资源网全程报道本次大会。

6月1日上午,大会的主题为“整车企业技术创新及降成本策略”,共有7场演讲。其中,重庆长安新能源汽车研究院副院长/新能源汽车有限公司总工程师梁伟做主题为“插电式混合动力汽车构型趋势分析及控制策略”的精彩演讲。

 重庆长安新能源汽车研究院副院长/新能源汽车有限公司总工程师梁伟演讲

电动汽车资源网整理重庆长安新能源汽车研究院副院长/新能源汽车有限公司总工程师梁伟演讲内容如下:

从新能源汽车发展趋势来看,过去纯电动汽车发展非常快、非常热。在中国整个新能源行业领跑全球的背景下,主要体现也是纯电动汽车的快速发展。对新能源汽车来讲,除了纯电动以外,还有插电式混合动力汽车。未来插电式混合动力必然是一个快速发展的方向,因为它兼具了传统汽车的一些优点。

梁伟的报告分三部分,第一部分为(P)HEV构型及技术趋势分析,第二部分为各技术路线控制策略分析,第三部分为总结。

第一部分:(P)HEV构型及技术趋势分析

一、(P)HEV构型介绍

为什么会讲构型?对于插电式混合动力,构型是一个热门话题。把两种东西结合在一起以后,必然有不同的方式和方法,就产生了构型这个话题。这是欧洲人喜欢用的一种分类方式,把传统动力,就是整车的传统动力,加上电机以后,把这类混合动力的形式用一个数字编号的方式,比如P0一般出现在电机前端,P1就是把电机集成在发动机后端,跟发动机直接连在一起,像以前的中混就是P1构成。P2国际上比较流行,它的位置在发动机和离合器之间。依此类推如果把电机放在动力系统更下,就有了P2.5构型、P3构型、P4构型。

全球各大车企近50款混合动力汽车进行构型分类,主要根据电机数量,分为单电机并联、双电机动力分流、双电机串/并联三大类。  

单电机系统里是以P4构型为主,P2.5和P3在中国搞得比较好,在国际上比较少。双电机系统里面,以丰田为代表的动力分流,是双电机动力分流的一种主流代表。包括丰田、通用、福特都在使用双电机动力分流系统。以本田为代表的就是单个发电机带动发动机进行发电和驱动。很多企业都在计划搞这种构型,这种构型比较适合中国目前整个企业集成能力和水平,它使用两个电机以后,可以实现混合动力的功能,同时取消了传统的变速箱非常复杂的一个子系统。新增的这部分传动系统相对比较简单。

各类构型对比分析

P2构型动力性强、经济性较好,平顺性控制难度大;独立模块轴向尺寸长,布置难度大,需高度集成;机械集成难度居中,系统集成控制难度大;使用单电机系统,成本较优。

动力分流构型动力性一般,经济性好,适合小型车搭载,平顺性好;轴向尺寸小,总布置难度较小;机械集成难度大,系统集成控制难度居中;使用双电机系统,成本挑战较大。

双电机串/并联构型动力性一般,经济性较好(发动机需针对性优化),平顺性较好;轴向尺寸小,总布置难度较小;机械集成和系统集成难度不大;使用双电机系统,成本挑战较大。

二、技术趋势分析

趋势一:混合动力构型加速向高度集成化发展

1、单电机系统:

P2构型开发难度大,大众第一代及第二代为耦合系统独立模块,第三代将耦合系统高度集成到变速器中;

尺寸:有效降低动力总成轴向长度,增加电机功率,同时为发动机排量增大提供了可能,容易实现构型平台化应用;

成本:与变速器共用壳体、减少结构件数量,降低成本,提高机械集成可靠性。

P2.5和P3构型相对简单,一开始就实现了电机与变速器的高度集成。

2、动力分流系统:

丰田:在第一代构型基础上不断优化EVT,减少零部件数量、控制尺寸,做到成本、性能极致平衡,实现多平台搭载。

通用:  

第一代PHEV基于单行星排双电机动力分流系统,可实现2种纯电模式和2种增程模式;

第二代PHEV基于双行星排双电机动力分流系统,可实现2种纯电模式和3种增程模式;

Volt第二代车型通过一系列优化,比第一代系统减重45kg,其动力性经济性已优于丰田THS系统,动力分流构型呈现出高度集成化趋势。

趋势二:为追求极致性能,动力分流构型向复杂化方向发展

通用在丰田构型基础上向两个方向发展:

经济性取向:增加动力分流模式,通过双模进一步提升高速经济性,前置前驱搭载中小型车,实现经济性诉求;

动力性取向:进一步增加构型复杂度,通过多模提升动力性,一般为纵置后驱搭载中大型车,实现动力性诉求。

趋势三:双电机串/并联构型向单电机方向发展

2016年9月CTI会议,GKN展示了其构型规划:动力输出多档化,增强启动性能,降低发动机转速,提升发动机运行效率和NVH性能;去掉发电机,优化为与单电机并联系统类似的构型,降低成本。

从上汽内部获悉,上汽考虑优化EDU构型,从双电机两档变速器系统优化为单电机多档变速器系统,计划2019年量产。

三、各类构型应用特点分析

特点一:不同构型对动力性与经济性的诉求有差异,覆盖车型范围不同

P2构型动力性好,兼顾经济性,覆盖各类车型(A/B/C/S),其中韩国车企偏重于经济性,欧洲车企偏重于动力性;

动力分流构型经济性好,单模动力性偏弱,多模动力性提升,覆盖较多车型(A/B/C/S);

双电机串/并联构型动力性与动力分流构型相当,经济性与P2相当,目前上市车型以A/B级为主。

特点二:不同构型搭载发动机的排量和应用技术不同

不同构型匹配的发动机排量不同,P2构型根据车型的不同,可以匹配不同排量发动机,动力分流构型、双电机串/并联构型以中大排量发动机为主;

P2构型可以匹配市场上主流的发动机技术,欧洲以TC+GDI为主,日韩以NA+GDI+Atkinson为主,动力分流构型、双电机串/并联构型以NA+Atkinson+PFI为主。

2016年北京车展到2017年上海车展,三种主要构型的占比成为HEV主流。

特点三:不同构型搭载变速传动机构类型不同

P2构型依托传统变速器和电机进行匹配,变速器形式不限,适用于掌握了变速器资源的企业(包括P2.5,P3);

P2构型独立模块的动力总成轴向尺寸较长,插电式主要采用动力耦合模块与变速器高度集成方案。

动力分流构型、双电机串/并联构型不依赖传统变速器,以电机为主的专用EVT实现电驱动和传统变速箱功能。

特点四:不同构型搭载电机类型不同

除P2必须使用盘式电机外,其余构型与电机形式没有明显对应关系。

盘式电机主要应用于P2、部分动力分流构型、双电机串/并联构型,采用集中式绕组,外径大、轴向小,转速较低,平均效率较低;

其余构型主要采用柱式电机,采用分布式绕组,外径小,轴向长,转速较高,平均效率高。

特点五:不同构型HEV和PHEV基本可实现关键系统通用化

HEV与PHEV主要包含动力总成、电控系统、电子电器系统和动力电池四个关键系统。

动力总成方面,P2构型需增大电机功率才能实现HEV向PHEV扩展,动力分流构型、双电机串/并联构型基本可实现通用;

电控系统和电子电器系统方面,不同构型间HEV和PHEV可实现通用;

动力电池方面,HEV和PHEV最大的区别是基于纯电续驶里程选择不同电量的动力电池。

小结

全球主要(P)HEV动力总成构型,主要分为单电机并联、动力分流及双电机串/并联三种构型。

效率:从构型原理上分析,动力分流的效率最高,P2构型的动力性最好。

成本:单电机并联系统成本较优,动力分流和双电机串/并联系统成本稍高。

应用范围:单电机并联构型主流方向为P2,运用范围较广,可以适用于大中小和前驱后驱车型;单模式动力分流构型适用于小型车,为追求极致性能,向多模式复杂化方向发展,可以应用于豪华车型;双电机串/并联构型应用有限,有向单电机发展的可能性。

三种混合动力构型都有向高度集成化、小型化、轻量化发展趋势。

不同构型控制难度与集成难度不同。P2构型集成难度一般,控制难度大;动力分流构型集成难度大,控制难度一般;双电机串/并联构型控制难度与控制难度都较简单。

不同构型搭载的发动机、减速器及电机技术不同。

不同构型HEV和PHEV基本可实现关键系统通用化。

第二部分 各技术路线控制策略分析

各种动力系统构型都有控制关键点与难点,比如纯电动模式下的防扭振控制、剩余续驶里程估算;P2构型和动力分流构型的EV-HEV切换、能量管理、动态扭矩分配、制动能量回收;双电机串/并联构型的能量管理、串/并联判断、制动能量回收;四驱构型的轴间扭矩分配。

长安对各种构型的控制关键点与难点进行了系统研究:

纯电动方面,所有关键控制策略均已实现平台化开发和多项目运用,整车性能全面优于国内竞品,部分水平与国际标杆相当；

P2构型方面,所有关键控制策略均已完成产业化开发,目前正在进行方案验证与精细化标定；

串/并联构型方面,已完成关键控制策略开发与实车验证,正在进行方案细化；

动力分流构型方面,关键控制策略已完成理论分析和仿真,具备产业化开发基础。

针对不同构型,长安已搭建了通用的控制器硬件及底层软件平台,并基于该平台建立了可覆盖HEV、PHEV和EV的平台化控制策略,所有新能源项目均基于平台化控制策略进行配置化开发。

第三部分 总结

当前全球的HEV、PHEV构型呈现百花齐放格局,其中单电机并联、动力分流、双电机串/并联三大构型是主流技术方向。它们各有优缺点,当前企业主要根据所掌控的资源选择构型种类。从技术发展趋势上看,P2和动力分流两大构型占优势,双电机串/并联有向单电机发展的趋势。

HEV、PHEV和EV不同构型控制策略既有相似性,又各有特点,当前中国汽车企业开始掌握控制系统集成的难点,部分企业的P2构型, 双电机串/并联构型已完成产业开发,动力分流构型也已经出现具备产业化能力的关键系统供应商。

HEV、PHEV和EV不同构型控制策略通用化率达70%以上,平台化开发可降低开发周期,节约研发资源,提升开发质量,可覆盖HEV、PHEV和EV不同构型诉求。

梁伟最后总结道,目前从构型来讲,是一个百花齐放的格局,什么是最适合中国企业的产品?技术方面都可以实现功能,没有绝对意义上的好,或者哪一个是最好的话题。最适合企业本身的技术特点,本身企业的技术能力的东西,可能是相对现在阶段来说,对于欧洲企业P2构型是最适合的。可能对中国企业来讲,这个话题可能还是一个进行时,大家在不断的论证,大家有不同的想法,或者有什么思路,可以再讨论。经过一两年的时间,适合中国特色的构型可能会越来越清晰。（来源：电动汽车资源网 孙玉瑞 ）

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