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技术解读 || 变速箱问题使特斯拉差点倒闭,但上汽开发出来并引领全球

电动汽车时代网
2017-03-25
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导语

上周末,当被通知要去参加上汽荣威eRX5的试驾时,有两个问题出现在我脑海里,第一个想知道这款车质感如何,这个需要与车子多接触、多体会,才能判断;另外就是上汽那套EDU系统,虽然EDU全称不了解,但我估计是“电控驱动单元”之类的。

上周末,当被通知要去参加上汽荣威eRX5的试驾时,有两个问题出现在我脑海里,第一个想知道这款车质感如何,这个需要与车子多接触、多体会,才能判断;另外就是上汽那套EDU系统,虽然EDU全称不了解,但我估计是“电控驱动单元”之类的。

(EDU)

评价质感就不说了,话题比较大,今天主要说下EDU,为什么我那么关注EDU呢?

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(E-CVT)

首先,前面说了,EDU是电控驱动单元的意思,也就是其它驱动力通过它的控制,然后再传递输出。一般来说,并联及混联系统有两种及以上动力来源,一个内燃机与多个电动机组合,这时候就需要动力耦合装置来衔接这些源动力并输出给传动轴,比较出名的是丰田的E-CVT、本田的PCU等。丰田的混动之所以让全世界折服,最重要的原因之一就是这套 强大的E-CVT,因为阿特金森发动机可以调教与电动机等配件可以买到,唯独这个传动系统只此一家,因此,电驱动系统对混合动力的重要性也就了然了。

再说另外一个原因,2007年,离特斯拉第一款量产车Roadster上市还有一年时间,特斯拉委托英国Xtrac生产的两档变速器,原本以为非常顺利,但实际跑了40秒就报废了;与此同时,马斯克与CEO艾哈伯德在管理上产生严重分歧,导致创始人兼CEO的艾哈伯德愤然离去。由于2档变速箱技术与成本问题使得Roadster迟迟无法量产,最终,马斯克拍板否定Roadster安装2档变速箱的计划,取而代之的是电动汽车单速变速箱,也就是现在很多电动汽车常用的固定齿比变速箱。2008年,Roadster顺利量产,但性能与当时标定的大打折扣。

(roadster)

记得之前与博格华纳全球CTO交流新能源汽车变速箱问题时,他表示:新能源汽车还处于基础开发阶段,运用多档变速箱肯定是未来趋势,博格华纳在这个技术上已经有布局,现在很多电动汽车都不用,主要是因为单速变速箱能够满足基本用途,还有新能源汽车多档变速箱比较匮乏。

的确是这样的,为了解决电动汽车起步扭矩更强、效能更高的问题,不少厂家给电动物流车安装了传统5速手动变速箱,我也亲自开过,操作是一样的,只不过它不会熄火,以后有机会开的话,可以做个评测跟大家分享。

总而言之,特斯拉这个2档变速箱技术难到什么层度,我们并不清楚,但可以确认两点,第一,特斯拉的2档变速箱当时没搞出来,第二,应用2档甚至多档变速箱,新能源汽车性能更强大。

可能有人会问,为啥用了两档甚至多档性能更强大?

这就要说到电动机的外特性曲线了,一般驱动电机起步阶段是恒扭矩,扭矩最大,这就是为什么电动汽车起步很猛的原因,随着转速的提升,到额定转速之后,电动机转到横功率区间。如果传动部分是固定齿比变速箱,也就是只有一个档,那么到了高转区间之后,扭矩越来越小,功率也同步下降,这时候不仅再提速很困难,而且电动机的工作效率也越来越低。

所以丰田的混动系统速度上了七八十,电机运转乏力,这时候发动机就会启动,如果跑高速的话节油效果不明显,反而在城市里越堵越省油,还有好多插混也是这样,纯电动模式跑到100或者120公里每小时发动机就会介入。

总结下就是,电动机高速运行乏力,而且效率降低。如果再加一个前进挡,多了个速比,同等速度下,电动机的转速更低,效率更高,再加速不会那么吃力,也更省电,续航更多。

通过上面的分析,你们应该清楚了两点,新能源汽车应用多档变速箱是个趋势,其次,EDU对上汽很有意义。那么,再回到文章原点,上汽这套EDU如何呢?工作原理是什么?

EDU构成与原理

(EDU爆炸图)

EDU的零部件构成如上图,主要构成是“双离合器(C1、C2)”、“双电机(TM、ISG)”、液压机构与两档齿轮。其中离合器采用干式离合器,具备免维护、无拖拽损失的特点,响应时间小于200ms。ISG与TM电机均采用具有良好制造工艺的高性能、高质量永磁同步电机。

(EDU传动效果图)

根据行驶状态,整车控制器给出指令,液压机构在两组齿轮切换以同步换挡,其中一档速比为1.912,二挡速比为1.021。C1离合器灵活闭合,改变工作模式。

EDU工作模式

(EDU电气原理图)

上图是上汽插混系统的电气简图,比较简单,除了常规的三电技术,最核心的就是动力耦合装置EDU。由于EDU的存在,这套混动系统具备6种工作模式:

当车载动力电池电量较高时,仅启动TM电机驱动车辆,这是纯电动模式。

当动力电池SOC(电量)下降到一定程度时,整车控制器给出指令,这时发动机点火并驱动ISG电机发电,给动力电池充电,此时,动力电池一方面继续给TM电机供电维持行驶,另一方面增加电池SOC,这就是增程模式,或者串联模式。

当动力需求更多而TM电机无法满足时,C1离合器由常开变为常闭,这时候发动机、ISG电机与TM电机三擎共同驱动车辆,这就是并联模式。

以上是三种驱动方式,下面三种模式则是能量回收与充电;

当不踩踏板自由滑行与踩制动踏板时,制动能量会通过ISG电机或者TM电机进行发电,然后给动力电池充电,这就是能量回收模式,另外,上汽这套能量回收模式分三个等级,等级越大,回收能量越多,汽车滑行距离更短,但是拖拽感较强,影响体验,所以,因人而异吧。

当SOC较低时,发动机驱动ISG电机发电,这时候C1离合器可以闭合也可以断开,TM电机继续驱动车辆,这是行车充电。

当SOC较低,发动机驱动ISG电机发电,C1离合器断开,C2离合器闭合但TM电机处于怠速模式,这是怠速充电。

由于上汽这套系统设计目标是:“电为主,油为辅”,C2离合器常闭,所以仅发动机工作的模式并没有,这样就会避免有些消费者买插混只用油不用电的尴尬,所以,它算真正的节能汽车。

说完这些,你们差不多懂了,其实这套系统并不复杂,不管什么工作模式,EDU最核心的是两档之间的灵活切换,那么液压机构就非常重要了,据相关资料显示,EDU液压模块是德国进口,另外,上汽不仅为EDU做台架实验,还在全工作模式下实验16万公里,所以,它的可靠性是值得信赖的。

最后就是总结了,很多人都知道新能源汽车最核心的技术是三电技术,其实,这个太宽泛了,掌握一个三电技术对主机厂而言是非常容易的,但是掌握不代表精通,通过厂家技术宣传与讲解,你就可以了解到这个厂家的大概技术水平。比如,丰田在混动技术的领先全球都知道,而他们对外宣传除了基本的混动技术,还涉及到稀有化学元素的使用,当一个产品开发涉及到化学元素这什么概念呢?这不是主机厂该干的“应用”级别了,而是“研究”级别,然而我们很多自主品牌都在以掌握三电技术为卖点,实在是唏嘘不已。所以,对于上汽开发的这个EDU,其重要意义上面也说了,我觉得最重要的是上汽这种创新模式的培育。

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