节油界的性能“天花板”：“雷神”开启混动新时代
发布日期： 2024-02-29 | 作者：开云kaiyun登录网页版
鱼和熊掌如何兼顾？刘国庆表示，这就需要重溯混动的学名：机电耦合装置，能够准确的看出，混动技术的核心关键词在于解耦，从解耦程度来看可分为物理解耦、功能解耦和工况解耦，市场上多数混动系统也已经实现了前两种解耦模式。
工况解耦，也就是区分高速、城区、郊区等不同工况，这正是各个企业在混动系统架构开发过程中需要仔细考虑的关键点。刘国庆强调，吉利的雷神混动电驱变速器DHT-Pro通过 P1 +P2双电机驱动实现了功能解耦，工况上实现了三档场景按需耦合，能够适配吉利旗下的各级车型架构，以达到“扬电动之长，补电动之短”的目标。
大家好，我是来自吉利汽车动力系统的刘国庆，很谢谢盖世汽车的邀请，今天主要介绍的是关于雷神混动系统开发过程中我们对于技术上的思考。我的报告分为两个部分，第一部分是背景介绍，第二部分是雷神混动系统介绍。
2020年国家双碳战略发布的同年的2月份，我们李书福董事长针对吉利集团发展战略提出了两个电气化转型方向，包含两个部分：一是纯电的技术路线，你们可以看到我们集团最近也推出了极氪纯电品牌，全面参与纯电市场，目前已经推出了两款市场热度非常高的产品极氪001/009两款产品。二是节能混动的新能源路线%内燃机领域都是混动，包含增程在内的多种混合动力技术路线，这一部分目前由吉利汽车集团承担，今年针对性制定了落地计划，2023年吉利新能源汽车渗透率占比将继续逐步提升至50%以上，2025年领克全面电气化。吉利动力系统负责承接方向一中节能与混动新能源汽车动力开发的战略落地。从技术布局上全面聚焦动力高效化、驱动电气化、控制智能化、能源多样化。我们负责动力系统的王瑞平副总裁在今年盖世汽车举办的全世界汽车产业峰会上指出了我们对于未来动力市场的预判：混动/增程/纯电 三分天下，协同竞争、长期存在。基于公司的这些战略思考与布局，吉利今年正式投放市场的雷神动力HiX全域智能混动系统。接下来我将对这套系统做简要介绍。
我们吉利动力历经了四代产品迭代，截至今年，我们连续9年获得中国芯十佳动力和3次世界十佳变速器，前两代以技术跟随为主，在3.0产品上，我们开始混合动力量产尝试，总体来说还是通过平台化、通用化电气化，兼容传统动力/BSG/HEV/PHEV/REEV以及E85灵活燃料引用，包括轻混、插电混动和增程已全面推向市场了，第一代混动BSG和PHEV主要在国内市场，领克01 PHEV和HEV已经在欧洲市场上市，增程模式的混动主要使用在在伦敦出租车上，E85针对泰国市场在当地上市。 从第四代开始，全面聚焦混动，包括今年推出的DHE和BHE系列混动专用发动机，以及DHT系列混动专用变速器。
针对吉利全新4.0动力产品，在去年10.31号我们正式对外发布了全球动力科技品牌雷神动力，品牌标签三个V，契合了我们对于吉利动力发展愿景，底层含义是Volt，也表明我们聚焦电气化的决心，面向未来碳中和场景，技术多元化发展，并给用户带来高性能的驾乘体验。
接下来我将就我们雷神混动系统做一些简要介绍，最重要的包含混动系统、变速器、发动机、控制管理系统以及我们在甲醇混动上面的一些尝试。
首先我简要介绍一下混动技术发展现状，1997年丰田首次推出Prius混动到今天，出现了各式各样的混动架构，能够说是神仙打架、百花齐放。影响比较大的总体来说分为4类，丰田PS功率分流型，本田串并联型、E-Power增程型、大众P2构型，我们国内主机厂长期以来基本上跟随或者观望或学习的状态，
更多的精力放在在攻克变速箱和提升发动机的技术，这也导致混动技术长期声浪很大，浪花很小，毕竟是在中国市场，5年前国内车企在陆续攻克变速箱、特别是DCT变速箱关键技术，借力电动车在电机电池电控技术上的突破的东风，快速崛起以PHEV/REEV为主的混合动力市场快速崛起，大家也知道今年PHEV/REEV市场增速其实就是超过电动车的增速的。当然国内自主品牌混动架构绝大多数都是DCT技术为基础的的串并联结构为主。
那么回到5年前，我们当时已经基于7DCT成功开发出了P0 BSG和P2.5混动，当然我们也对市面上主流的混动系统来进行了一些研究。丰田/本田总体节油率很好，但在高速工况动力性有些欠缺，至少表现不算出色，大众P2包括我们自己的P2.5因为基于传统DCT，动力充足但节油率受一些限制，基本上在20%左右，性价比不高。在这种背景下我们一致在思考怎样让鱼和熊掌兼得，下一代混动应该是如何？那我们从混动技术底层逻辑上去思考这样的一个问题。所谓混合动力架构，学名就机电耦合装置，其核心问题是如何解耦。又包括三个层面，第一个是物理解耦，也就是发动机和电动机物理分开，P2及以上的大多数都能做到，市面上BSG和ISG大多数都能实现；第二层面就是功能解耦，实现发电和助力分开，通过双电机P0/P1+PX能轻松实现。要做到动力和油耗兼顾，则要实现第三个层面，也就是工况解耦，针对不同场景采用不一样的挡位让电机与发动机都可以运行在比较经济的区域，同时能实现扭矩放大。当然P1+P4可以完美的实现这样的功能，但中间能量传递转换损失太大，效率不高。
雷神混动在开发的初衷，从终端客户维度，要实现混动全域场景覆盖，扬电动之长、补电动之短，充分考虑用户使用车辆的各种场景。
混动技术，低油耗，低能耗肯定是基本要求，在深度电气化，电量充足的时候，通过加大电机电池配上发动机的助力，给客户提供达到甚至超越电动车的驾乘体验也轻而易举，反而需要考虑的是，针对车型客户画像，客户能hold住的安全加速度是多少？
我们更多的是考虑到亏电工况，比如高速超车，山路爬坡是否能提供足够的动力，这种考虑并不单是从驾驶性维度，更强调是有电和馈电工况，车辆的驾驶性能是否相近，让客户预判的驾驶性和实际驾驶性一致，客户在踩100次油门，99次动力强劲，1次超出客户预期的动力肉。极端情况是致命的，在电气化时代更是如此，180km/h最高车速是燃油车时代的入门标准，但是不少纯电性能车的天花板，混动在馈电工况，因此馈电工况下保持充足的扭矩储备和功率储备是雷神在设计之初充分考虑的重要因素。
再说到我们的上游客户提的要求：日系混动的油耗，欧系车的动力，全域车型覆盖，动力型式兼容HEV/PHEV/REEV需求，车型上下覆盖A0-D车型覆盖。基于这样一个以上终端客户、上游客户的需求、以及我们从战略和技术维度，经过5年的开发，打造了这款全新雷神混动平台。
雷神混动以DHT为母体，基于平台化，模块化，通过不同的发动机配置，电池配置，电驱配置来实现不同车型的插电和混动应用。
首先我们来看下我们这款混动的最关键的部分，混动变速器DHT-Pro，可实现电驱3档+发动机3档，当然，做三档不是特别难的事情，难点在于兼具多档和空间的紧凑性，总体采用了双行星排+双离合器+双制动器+P1+P2双电机构型，最大轮边扭矩输出可以达到4920Nm，重量仅有120kg，扭质比高达41Nm/kg，整车搭载轴向长度354mm，也就一个14寸笔记本长度，目前是同类产品里面体积最小，扭矩输出最大，设计非常精巧，借用了多档分层同轴俄罗斯套娃All-in-Ring的设计理念，无论是产品本身还是构型，具有高度原创性。
除了结构的精巧，该系统内的每一个组成部件在集成度和体积上都做到了行业的领先水平，比如双电机系统，采用了扁线油冷波绕组技术，最高效率可以达到97%；采用了电子双联泵，能够节省能量21%，；液压控制模块采用了60bar高压控制系统，响应做到了小于100ms。PCM控制器也是高度集成，采用双面Pin-fin直接水冷技术，最高效率可以达到98.9%，是行业顶尖水平。
那我们再用示意图非常直观的说明以下我们这套系统，通过C0实现工况解耦，P1+P2实现功能结构，B1+B2+B3实现三档切换，实现功能解耦。我们这套系统有5个驱动模式，包含纯电、串联、直驱、并联、全功率、能量回收5个模式，1个能量回收模式，每种模式能轻松实现3挡位驱动，累计可以实现20个工作场景，提供了极大的灵活性，实现我们对混动系统的最初构想：针对不同的场景实现功能解耦，让电机和发动机有更大的概率工作在比较舒服的转速与负荷。
首先我简要介绍一下混动专用发动机的开发技术逻辑，本质就是通过开源节流平衡动力与油耗，传统动力动力优先兼顾，混动专用发动机油耗优先兼顾动力。这是一张发动机的油耗MAP图，我们可以用两条曲线λ-free/knock-free把发动机的工况分为三个部分，knock-free以下不受爆震的影响，可以让燃烧相位AI50可以在上止点8-12度理论最佳的位置。
λ-free和knock-free之间，燃烧相位次之，但至少不用通过加浓解决爆震和排温的问题，因为摩擦和散热比例少，因此通常也是发动机最经济的区域，λ-free以上则是燃烧相位最差的工况，主要用于功率和扭矩储备。混动专用发动机最需要的是中间部分的效率，要进一步提升，最关键的只能是用更高的压缩比，这带来的燃烧恶化，λ-free和knock-free往下移，压缩比带来的好处被摩擦吃掉，因此要做的是通过Miller或Atk循环一是改善循环效率，同时改善爆震，但效果有限，这就需要用抑制爆震效果更好的中冷EGR技术，同时采用电子水泵在低转速提供大流量冷却抑制爆震。
但Atk适合自吸发动机，功率密度不高，Miller和EGR都会导致燃烧恶化，因此混动增压发动机最关键的开发工作，要有更好的燃烧系统去支撑，坦白讲，发动机开发这么多年，燃烧系统的开发已经非常成熟，要在这方面去做一些颠覆性的创新是非常难的。
那我们还是回到燃烧系统的本质，燃烧系统的设计其实就是两个核心问题：第一是油都去哪里了，这个主要涉及到排放，机油稀释相关，；第二个是风都去哪了，这就涉及到燃烧的快慢。因此混动发动机的关键是要解决风去哪了，这方面我们颠覆了以前先有结构设计，再在这个边界上去优化气流的思路；而是先放开边界设计气流，再根据气流驭风而行，顺势而为的理念做其他结构和布置工作，开发了吉利雷神高效燃烧系统。
吉利雷神DHE15是世界上首次将增压中冷、高压直喷、深度米勒、中冷EGR量产的混动专用发动机，扭矩达到225Nm 功率110kW，动力基本相当于2.5NA混动水平，即使在极端馈电工况，靠发动机配合三档也可以提供非常好的动力补充，而热效率则做到了行业领先的43.32%。
讲完发动机，接下来对我们雷神动力X system，这是我们全栈自研一套针对混动应用的智能控制管理系统，采用了模块化设计，不仅可以支持我们现有的P1+P2，还能轻松实现从P0-P4任意组合的混动架构，包含七大核心动力域控制系统的核心是能量管理策略，概要来说分三个层面的互动：第一层面是与混动系统互动，雷神混动在硬件上提供了最大的自由度，从软件层面要做的就是实时以最快的速度找到最优的驱动方式，这里面不仅是能耗最优，还要兼顾动力性、舒适性等多方面，涉及到最优效率控制、三档速比自由调整、最佳功率分配、SOC控制等。第二个层面是与人的互动，雷神控制管理系统可以根据司机的习惯、意图和道路情况，主动在节能、运动、舒适模式切换，提供更好的驾驶体验。第三部分就是与环境的互动，雷神控制管理系统可根据实时导航信息和周围路况信息，自动调节滑行能量回收扭矩，主动识别驾驶员的需求。
对于控制管理系统，地基还是功能安全，特别是现在动力系统电气化程度越来越高，雷神动力控制系统在功能安全方面满足行业最高标准ASIL D等级，我们动力系统软件开发流程方面也通过了ASPICE L3的行业最高等级。
对于动力系统而言，功能安全关键是在于扭矩监控系统的开发，混动系统难点在于传动链多，每条路径上完全用传感器来监控是不现实的，我们通过当前驱动模式以及挡位，结合轮速和电机转速的速差，以及离合器前后端的速度变化趋势开发相应的算法和策略进行失效监控，提升动力总成系统的安全性，同时在多动力源系统中，从传统EGAS三层的轮端扭矩安全细化到单个动力源的扭矩安全，确保在某个动力源出现故障的情况下，系统能关闭该动力源，并将动力需求转移到其他动力源，实现动力双备份，最大限度地保证了整个混动驱动系统的安全性和可靠性。
最后简要介绍下我们对于未来碳中和方面做的一些探索，未来汽车碳中和核心问题本身不在用内燃机还是用电，而在于用什么样的能源载体储存和运输。这方面甲醇液态属性，基本无毒，易合成，还有不错的单位体积内的包含的能量，来源广泛，是作为储存清洁能量的非常好的载体。但甲醇的腐蚀性、自清洁能力差、气化潜热大，导致其在内燃机的应用上在可靠性、冷启动和排放方面挑战非常大，国外在20多年前进行过一些尝试，基本都放弃了，吉利经过17年持续技术攻关，目前已经完全从燃料端、润滑油、零部件、启动策略从系统上解决了甲醇内燃机的问题，我们也是全球唯一量产甲醇的企业，已经批量投放3万多台。
我们今年将雷神混动和甲醇技术结合起来，推出了新新一代醇电混动车，每公里醇耗小于3毛钱，没行驶1万公里，可以减碳0.8吨。目前我们继续在甲醇动力这块无人区进行研发探索，比如甲醇灵活燃料的开发等。同时吉利也在不断探索与实践，成立专门的公司成立从绿色甲醇制备、运输、储存、加注到甲醇车的市场运营一整套完善的循环商业运行模式，提前为未来碳中和场景布局。
今年我们雷神产品从4月份投放，陆续发布了5款混动、4款插电共9款产品，未来将有20余款雷神电混产品投放市场。图中是我们最近刚推向市场的长纯电续航插电HiP 三款产品：吉利帝豪L HiP 吉利品牌星越L HiP和领克09 EM-P。可以这几款车无论是A级车，还是C级车，无论是油耗还是动力，馈电还是满电状态车辆性能都很优秀，以09 EMP为例满电和馈电百公里加速分别是5.9s和6.1s，差异很小，最高车速能达到230km/h，而馈电油耗WLTC油耗仅有7.5L/100km。
（以上内容来自吉利汽车动力总成研究院雷神混动系统总工程师刘国庆于2022年12月9日，由盖世汽车主办的2022第三届混动技术发展论坛发表的《吉利雷神混动系统介绍》主题演讲。）