作为国内较早发力新能源的车企,长安早在2017年就推出了自家首款插混车型--逸动PHEV。经过多年的升级迭代,长安已经有了自己的插混名片,那就是智电iDD。而搭载iDD插混系统的UNI-V也凭借着不俗的动力体验,俘获了不少热爱驾驶的年轻人。
不过在销量层面,搭载智电iDD的车型表现并不是很出色,究其原因,主要是因为长安的iDD混动系统属于并联结构,整体更偏向于动力性能,与如今以DM-i为代表的串并联结构相比,在油耗方面没有什么优势。
为了满足市场对低油耗混动的需求,长安便推出了全新的串并联结构插混系统--数智电驱。和其它厂商一样,长安的数智电驱也有1.5L和1.5T两种版本,先期推出的1.5L数智电驱已经搭载在长安启源A05、A06、Q05三款插混车型上。
值得一提的是,采用数智电驱的紧凑型轿车启源A05,起售价仅为8.99万,比秦PLUS DM-i冠军版便宜了近1万元。不仅如此,A05还拥有70-145km的CLTC纯电续航能力,以及4.58-4.6L的亏电油耗表现。在性能参数上,长安的数智电驱已经能够比肩比亚迪DM-i插混了,那么这一切又是如何实现的呢?
熟悉混动的朋友应该知道,混动变速箱根据功能不同可以分为串联、并联、串并联三种结构。目前来看,效果最好的方案当属串并联结构。在串并联结构混动中,不同厂商的方案也不完全一样。例如长城Hi4混动采用的是两挡设计,吉利雷神动力和奇瑞鲲鹏混动则是三挡设计,而长安数智电驱和比亚迪DM-i都是采用单挡设计。
除了按变速箱功能划分之外,欧洲的零部件供应商还根据电机位置不同,将混动分为P0、P1、P2、PS、P3、P4这6种布置方式。其中,P0表示电机在发动机前端,P1表示电机装在发动机与离合器之间,P2表示电机在离合器与变速箱之间,PS表示电机在变速箱内部,P3表示电机在变速箱后端,P4则表示电机在后桥上。说完了混动的分类,下面就一起来看看长安的数智电驱都有哪些不同。
在混动变速箱的设计上,虽然长安的数智电驱和比亚迪DM-i都是单挡串并联结构,并且电机也是采用相同的P1+P3布置方式,但在结构设计上其实是有着不小的差别。
首先,长安数智电驱采用的是同轴设计,如上图左侧所示,发动机、P1电机、P3电机都在一条轴上。而比亚迪DM-i是异轴设计,如上图右侧所示,发动机、P3电机不在一条轴上,所以两者的结构是完全不同的,也不存在借鉴的可能。
其次在变速箱轴和齿轮数量方面,长安数智电驱的部件数量也更少。如上图左侧所示,由于长安数智电驱没有P1电机减速器,并且P1电机直接安装在发动机飞轮后端,所以离合器接合后,发动机、P1电机的动力直接通过2号轴(白色数字)传递至3、4号齿轮(黑色数字)。得益于更简单的结构设计,数智电驱的变速箱只有6个齿轮(黑色数字)和3根轴(白色数字)构成。
与长安数智电驱不同的是,比亚迪DM-i混动保留了P1电机的减速器。如上图右侧所示,P1电机布置在变速箱另一侧,并通过2号轴将动力传递到减速器的1、2号齿轮上,所以DM-i的变速箱总共有7个齿轮(黑色数字)和4根轴(白色数字),部件数量要多一些。至于为什么要这样设计,后面会有详细分析。
在混动系统设计中,串联和串并联结构的混动至少要配备2个电机,并且两个电机经常同时工作,所以电机自身的效率对于整套系统的能耗有很大影响。如今电动车和混合动力系统基本都采用交流电机,在交流电机的效率损失中,铜损的占比很大,也就是电能没有转换成电机功率,而是被电机绕组的铜线发热消耗掉了。
交流电机的铜损不仅由导线自身的电阻产生,还与集肤效应有关。什么是集肤效应呢?举个简单的例子,我们把电流比作水流,电线比作水管。那么集肤效应就是指水经过水管时,水流并没有在水管内均匀流动,而是集中在水管的外层边缘。
如果电流只集中在导线的外层边缘,那就意味着导线有效面积减少。而在电气系统中,导体电阻=电阻率×长度/横截面积(R=ρ×L/S),集肤效应的出现意味着电机铜线中的横截面减少了,因此铜线的电阻变大,电机整体效率下降。
为了减少集肤效应产生的铜损,工程师们想到了一个很好的办法,那就是把一根大铜线分解成多根小铜线。于是原来集中在一个大铜线外层边缘的电流,就均匀分摊到了多个小铜线的外层边缘,这样一来就增加了铜线整体的有效横截面,并降低了电阻。
在汽车上,各大厂商通常采用扁线绕组,也就是把铜线做成扁平状,然后一根根插进定子铁心槽内。由于单根的扁平状铜线长得像发夹,所以也被称作“发夹绕组”。前面提过,一根粗铜线分解成多根细铜线,集肤效应的影响就会变小。同理,在一个铁心槽内插入更多的发夹绕组,那么电机的效率就越高。
在多层发夹绕组应用中,特斯拉走在了行业前列。2021年特斯拉为Model Y长续航全轮驱动版配备了全新的3D7电机,并在2022款Model Y后驱版上普及了该电机,3D7电机最大亮点就是采用了10层发夹绕组设计。相比之下,同时期的电动车都还在采用6层绕组的电机,只有少数车型用上了8层绕组。
凭借更高的电机效率,2022款Model Y后驱版在电池容量不变的情况下,NEDC续航比采用3D6电机的2021款标准后驱版增加了20km,可见10层发夹绕组电机对续航是有帮助的。
数智电驱10层发夹绕组电机
而长安,则是中国品牌里第一个量产10层发夹绕组电机的厂商,并将该电机应用在数智电驱的P3驱动电机上,这也使得P3电机的最高效率达到了97.8%。至于具有驱动/发电一体功能的P1电机,则是采用8层发夹绕组设计。虽然P1电机规格略逊于P3,但放在目前也是领先的,像是我们非常熟悉的比亚迪DM-i混动,还是6层绕组电机。
内置离合器的P1电机转子
前面提过,为了简化混动变速箱的结构,数智电驱省去了P1电机减速器。所以为了与发动机6000rpm左右的转速匹配,P1电机的转速设计为6500rpm。P3电机的转速则设计为13000rpm。与比亚迪DM-i电机16000rpm的转速相比,长安数智电驱的电机转速整体要低一些。
熟悉电机的朋友应该知道,电机的转速越高,所能产生的功率也就越大,功率密度自然会更高。为了弥补低转速电机功率密度方面的不足,长安便增加了P1、P3电机的极数。这是因为,电机的扭矩与有效体积成正比,而电机极数越多,电机的有效体积就越大。那么电机的极数又是什么呢?
大家都知道,磁铁有N极和S极之分,在磁场中同极相互排斥,异极相互吸引,电机的运转就是利用了上述的磁场特性。而前面提到的极数就是指电机里面的磁极,磁极也有N极和S极之分。由于电机的N极和S极都是成对存在的,所以又把1个N极和1个S极叫做一对磁极。
P3电机的转子
数智电驱P1电机设计成了12对磁极,P3为6对磁极。随着电机极对数的增加,P1、P3电机功率密度均有提高,其中P3电机的功率密度达到了7kW/kg。要知道,像DM-i混动这样的高转电机,功率密度也只有6kW/kg。得益于较高的电机功率密度,以及变速箱结构优化,数智电驱的变速箱重量仅110kg,相比目前主流的混动变速箱139-149kg的重量轻了不少。
数智电驱PCU单元
在电控方面,数智电驱工作电压在300-400V之间,视电池容量不同,不同车型具体工作电压会有一定差异。由于数智电驱的电压并非特别高,所以它依然采用IGBT功率器件,而非高端电动车上用到的SiC。不过,数智电驱的IGBT控制频率达到了1300hz,一般行业内主流水平是1066hz。在三相交流电机的控制中,转速=60x频率/磁极对数(n=60f/p),式中的频率(f)就是指IGBT的控制频率,也就是说,IGBT的频率越高,电机的转速就越高。
Pin-Fin散热器液冷过程
另外,为了提高IGBT的可靠性和耐久性,数智电驱也优化了Pin-Fin散热器的结构。在电控单元中,Pin-Fin散热器安装在IGBT的底部,并浸泡在冷却液中。当电控单元运行时,IGBT产生的热量会通过Pin-Fin散热器传递给冷却液,而为了增加换热面积,Pin-Fin散热器上设计了很多的翅片,冷却液经过翅片时可以带走更多的热量。
左:传统圆柱翅片 / 右:数智电驱椭圆形翅片
而作为散热器的核心部件之一,翅片的设计直接决定了散热器的性能。为了提升散热能力,数智电驱将Pin-Fin散热器的圆柱形翅片,改成了椭圆形。再加上精心的排布,冷却液在翅片间流通的速度更快,整体的散热效果更好。
在发动机设计上,数智电驱所搭载的1.5L四缸混动专用发动机采用了阿特金森循环,并且将压缩比提升至14:1。
同时为了减少发动机颗粒物排放,并提升汽油的雾化燃烧效果,这台自吸发动机不仅采用了直喷技术,还将喷油压力提升至350Bar。要知道,热销的比亚迪秦PLUS DM-i,为了降低成本,其搭载的1.5L发动机都还是传统的进气歧管喷射,喷油压力也要小得多。
在热管理和减摩方面,这台发动机采用了电动水泵,可以按需精确调节冷却液流量,同时,它还使用了0W-16的低粘度机油,进一步降低了发动机的运行阻力。在一系列技术加持下,这台1.5L混动专用发动机最大热效率达到了41%,虽然账面数据不是目前最高的,但是它的高效率区间非常大。最重要的是,这台发动机无需安装GPF颗粒物捕捉器,即可满足国6b排放,以及RDE道路测试。
说完了数智电驱混动的结构设计和技术亮点,我们再来看看搭载数智电驱的启源A05开起来如何。我们所体验的车型均为纯电续航145km的A05高配版,其中,1.5L发动机拥有110马力、143牛·米的动力。P1、P3电机分别拥有136马力、210牛·米,以及215马力、330牛·米的动力。相较于同级别的插混来说,数智电驱的电机马力、扭矩要略大一些。
另外需要说明的是,由于不同续航车型的电池电压不同,所以数智电驱的P3电机不一定能达到最大功率。比如纯电续航70km的启源A05,电机最大功率为190马力,纯电续航145km的版本则是215马力。
在封闭的场地内,我们利用官方提供的设备对启源A05进行了加速测试,在外界气温20℃,车上乘坐2名成年人,并将系统切换成运动模式的情况下。A05的0-60km/h加速时间为3.9秒,0-100km/h加速为6.9秒。在搭载1.5L插混系统的车型中,A05的加速性能已经算比较快了。作为对比,长续航版的秦PLUS DM-i加速为7.3秒,相比启源A05略慢一点。
在系统运行逻辑方面,数智电驱和本田i-MMD、比亚迪DM-i相同。在中低速行驶时采用串联模式,如上图左侧所示,它的发动机只负责带动P1电机发电、不直接驱动车轮,车轮完全由P3电机负责驱动。在中高速行驶和急加速时,系统又会切换成并联模式,如上图右侧所示,车轮既可以由发动机、P3电机单独驱动,又可以由二者共同驱动。
由于A05的电池容量、电机功率都比较大,所以只要你选择纯电模式行驶,即便车速达到120km/h,P3电机依然可以只靠电池提供的电能来驱动车辆,而不会消耗任何燃油。所以在电量充足的情况下,A05的驾驶体验跟普通家用电动车是完全一样的。
在主观感受上,虽然A05实测6.9秒的加速能力对家用车来说已经算比较快了,但实际开起来动力是很温顺的。比如在地板油加速时,这辆车的前轮根本不会出现打滑、响胎的现象。
在动力系统噪音方面,即便我左脚踩住刹车、右脚踩死油门,用弹射起步的方式让发动机强制启动为电池充电,系统运转声也不扰人。甚至在急加速时,车速达到60km/h发动机开始驱动车轮后,系统运转声也被其它声音掩盖了,动力系统运转相当安静。
在市区道路上行驶时,无论是在限速区间内进行超车还是急加速,它的动力输出力度总是让人感觉不多不少,既不会给人带来较强的突兀感,又不会让人觉得动力肉。再加上A05的油门、刹车踏板行程都比较短,右脚只要轻轻一点就行了,所以整个车开起来让人觉得很悠闲。
值得一提的是,数智电驱的软件标定跟普通车型也不一样。具体来说,普通车型油门深度通常对应着发动机扭矩,我们控制油门其实就是控制发动机输出扭矩。随着路况的变化,比如在爬坡时我们要额外多踩油门,在长下坡路段要松油门,并且踩刹车。
数智电驱的独特之处在于,它额外增加了一个“智能驱动”模式,在这个模式下油门并不是控制扭矩,而是整车的加速度。具体来说,当车辆开始爬坡时,即便你没有深踩油门,系统也会自动调整动力输出保持加速力度不变,这样驾驶员就不需要频繁操作油门、刹车,间接提高了舒适性。
如果你不习惯油门控制加速度,只要在系统界面选择“智能驱动”以外的模式,那么系统就会切换成油门控制扭矩。
除了驾驶模式标定之外,数智电驱的动能回收控制思路也跟其它新能源车不太一样。当动能回收力度设定为标准模式,并松开油门滑行时,电机的动能回收过程几乎难以被察觉,车辆滑行过程可以用丝滑来形容。
更有意思的是,A05还会根据平路和坡道自动调整动能回收力度。在动能回收力度设定为标准模式的情况下,即便你在长下坡路段不带刹车,系统也会保持车速稳定,并且不会产生拖拽感,车辆滑行依然顺畅。整体来说,A05的这套1.5T数智电驱系统在舒适性方面表现十分出色,它的动力输出全程都没有任何波动,让人感觉非常平稳。同时这套动力又足够的顺畅、安静,所以与A05短暂接触了几个小时后,整个人都变得心平气和了。
上:CLTC / 下:WLTC
续航方面,我试驾的A05在满油满电的情况下,表显CLTC纯油续航1146km,纯电续航144km,总续航1290km。切换成WLTC工况后,表显纯油续航1029km,纯电续航115km,总续航就是1144km。
在开始进行油耗测试前,这辆车的电池电量还有92%。为了让发动机尽量参与工作,我把系统设定为保电80%,车辆也调成了常用的“舒适模式”。
最后在外界气温25℃,车内空调21℃,并且车上乘坐3名成年人的条件下。我驾驶A05一共行驶了52.7km,平均车速30km/h,表显平均油耗为4.2L/100km。要知道,我们试驾的地点是重庆,高低起伏的地势对油耗测试并不理想,如果表显油耗准确的话,那么这个成绩已经很不错了。
如果说之前UNI-V那套并联结构的iDD插混是20多岁的年轻小伙,性格有些暴躁的话,那么全新的“数智电驱”插混系统就像一个30多岁的人,虽然也属于青年,但是心智成熟、言行举止得体。更重要的是,他终于懂得如何精打细算。当然,30多岁的人生活也不是完全没有“激情”,只要钱包允许,数智电驱就可以在后桥再加1个大马力P4电机。在红绿灯路口,30多岁的他依然能躁动起来。
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