進入2024年,中國車市此起彼伏的價格戰烽煙不息,但相比卷價格帶來的不確定性,有些車企更愿意來“卷技術”,為用戶創造更多價值。在國內插電混動領域,P1+P3雙電機架構是目前最受認可、最主流的動力形式,長安啟源最新發布的新藍鯨動力數智AI電驅2.0,定位“雙生電混”,真香進化,越用越優,就是P1+P3領域的最新力作。那么它到底“真香”在哪兒?4月8日,長安啟源新藍鯨動力數智AI電驅2.0技術體驗日的直播活動中,筆者和長安啟源數智AI電驅項目總監劉繼偉工程師,進行了深入的交流。本文就來做一個深入解析,這套數智AI電驅2.0相比同級競品,有哪些技術特點和創新之處?對P1+P3電驅總成的發展,啟發和引領了怎樣的趨勢?
“雙生電混”可插混可增程,是怎么實現的?
當別人在卷價格,長安啟源開始卷技術。這次數智AI電驅2.0,一個顯著升級就是引入了“雙生電混”,實現了可插混、可增程。插混和增程哪種技術更先進?一直爭論不休。但這次數智AI電驅2.0讓年輕人不再糾結,不做選擇題,一臺車全都要。
主流P1+P3一般低速用增程(例如DMi設定為70公里/小時以下),到中高速發動機介入直驅,也就是插混模式,但用戶無法自主選擇。這種車企自定義規則,并不能完全滿足用戶需求。例如電池饋電下,當遇到急加速或爬坡等高功率需求時,即使車速并不快,發動機也會介入直驅,破壞了“電感”,帶來了噪音和震動。而從用戶使用習慣來看,對插混車追求的是全程輪端電驅,是“發動機越少介入直驅越好”、開起來“越像一臺電車越好”。
所以,這次搭載在長安啟源A05和Q05上的數智AI電驅2.0,一車兼具兩種混動形態,將插混還是增程的選擇權,交給了用戶,也讓整車的“電感”更強。那么它是怎么實現的呢?
我們先來看硬件。數智AI電驅2.0這套高集成且設計精妙的硬件,為其“雙生電混”奠定了基礎。為了說清楚,我們先來看行業里其他P1+P3電驅采用的做法,以DMi為例,它采用的是平行軸布局,P1電機、P3電機、發動機三根軸,再加一個中間軸,4軸8齒平行排列(不算差速器軸)。如下圖所示。
DMi它為何無法實現全速域的強制增程呢?我們能看到,發動機經過耦合器軸和P1電機通過固定齒比連接(大概1.8:1),但發動機和電機的轉速區間相差很大(發動機上限五六千轉,電機動輒一兩萬轉),發動機轉速較低限制了P1電機的轉速,加上P1電機采用了普通的4對極設計,所以P1電機轉速上不去,限制了功率輸出和發電能力。如果要讓P1電機上到1萬轉,意味著發動機要上到五六千轉,對發動機來說又不經濟。所以中高速區間,DMi通過耦合器將發動機直連中間軸和差速器進行直驅,同時再驅動P1電機。對DMi來說這是最高效的選擇,但也決定了發動機無法全心全意伺候P1電機,實現覆蓋全速域的強制增程。究其根本,P1電機和發動機的轉速差使其無法充分發揮性能潛力,被限制了發電能力。
那么長安啟源的數智AI電驅2.0,如何實現全速域增程呢?從硬件結構看,它采用了發動機、P1發電機、P3動力電機同軸向的串聯布局,相比DMi,這套電驅總成的軸向尺寸相當,但寬度和高度都大幅降低。
第二,傳動系也更精簡,發動機曲軸直連P1電機轉子,組成一根軸,P3電機一根軸,再加一根中間軸,(不算差速器)總計3軸6齒,整個電驅總成重量也比競品減輕了三四十公斤,只需110公斤。
第三,發動機曲軸和P1電機轉子直連,同時非常巧妙地將液壓離合器裝進了P1電機轉子內,離合器耦合,發動機直連輪端(同時也連接P1電機轉子),可同步驅輪端和P1電機,實現插混模式。離合器斷開,曲軸則只連接轉子,轉入增程狀態。
第四,為了讓發動機轉速和P1電機轉速同步,P1電機采用8層12對極的設計,在6500轉就能輸出1300Hz的頻率(相當于4對極電機19500轉才能輸出的頻率,頻率越高等于轉速和功率越高),從而讓P1電機充分發揮性能潛力,同時工作區間和發動機基本一致,無需高轉速也可高功率輸出,此外同軸設計也減少了齒輪損失。這是其被官方稱為“專用發電機”的原因所在。例如我在饋電下,曾用強制增程模式在高速上開出150公里/小時以上的時速,證明了這套P1電機的發電可靠性。
當然,也得益于它的P1電機采用8層扁線繞組、峰值100kW,P3電機采用10層扁線繞組,峰值158KW的大功率設定。看起來更扁、直徑更大的電機定子,縮短了軸向長度,不僅槽滿率高、功率密度大,同時不難理解,相同轉速下因為力臂更長,可輸出更大扭矩和功率。
工藝難度更高、功率密度更大的P1和P3電機,縮短了軸向長度,才能讓電驅總成實現串聯布局,才能實現發動機曲軸和P1電機轉子的同軸集成(而不像DMi那樣需要一個大尺寸耦合器來連接)。再加上12對極的定子設計,才能讓發動機轉速和P1電機同步,實現增程模式對全速域的覆蓋。如此一環套一環的精妙設計,體現了工程師的天才巧思。
當然,要根據行駛中的動態變化,精確控制調整發動機、電機的轉速和扭矩,控制器的強大算力至關重要。這套數智AI電驅2.0采用了TC380的四核高算力MCU芯片,每核算力300兆赫茲,相比競品兩顆單核芯片的配置,算力提高了至少50%。此外,控制器心臟中的心臟——IGBT功率模塊,也是長安自行設計開發。
就像燃油時代,要把發動機變速箱這些核心技術掌握在自己手里一樣,進入電氣時代,從電機到電控都是長安自行設計開發,匹配度、可靠性以及成本才能做到最優。這也是傳統車企和一些造車新勢力的根本區別。
AI賦能,才能保證越用越優
數智AI電驅2.0版本能實現插混、增程兩種模式隨意切換,除了硬件基礎,也是能量管理策略進化的結果。
目前插混車的能量管理策略,初級階段是基于規則,更高級階段是基于算法優化。所謂“基于規則”,指的是工程師根據經驗以及零部件特性,設計一個直觀、清晰的動力分配規則(例如70公里/小時以上時速發動機介入直驅,電池SOC降到25%或20%開始強制轉入混動模式),參考就是電池SOC和整車功率需求等幾個變量,其好處是規則固定,開發難度小,但壞處是無法在所有工況下都做到效率和安全最優,且規則一旦確定很難更改,動力模式也比較單一。例如DMi的動力模式和能量管理規則,今天和兩三年前幾乎沒有大的變化。
長安啟源的數智AI電驅2.0,名字里加入了“AI”,代表著它摒棄了基于規則的算法,而是采用了更高階的、基于算法優化的能量管理策略。首先,它參考的變量增多了,從簡單的幾個變量值,擴展到了包括導航信息、油門開度、剎車、速度、溫度、車身俯仰角、傳動系統、電機和發動機的轉速、扭矩等500多類數據,依托算法建立起一個數據大模型,在動態行駛中實時計算,實時給出最優解。同時依托用戶數據的積累,可以不斷自我完善進化,給用戶千人千面的駕駛體驗。其次,它在軟件控制上,將整車PCU、ECU、DPEU、IBCU、BMS、TMS、BDC七類控制器聯動,實現了整車級的協同控制。
體現在用戶體驗上,這次升級的“雙生電混”可插混可增程兩種動力模式,就是算法升級的結果。A05與Q05的老車主也可以通過OTA升級獲得。在大模型算法加持下,數智AI電驅2.0為用戶精細化了10大場景:例如,高速行車,混動模式能耗低動力好。城市通勤,增程模式,電感足舒適性高。此外,還提供了山地模式和長途模式,山地模式下油和電可以削峰填谷,精準互補,饋電下降低發動機轉速約500轉,能耗低于競品10%。長途模式則自動高速用油,低速用電(上下高速和服務區時),能耗最優的同時維持電量充足。戶外露營時,提供原地駐車充電以及外放電。在下班途中如果發現快要沒電了,但是一滴油都不想用,還可開啟“強制純電”,用純電多跑10-15公里。而在北方冬季低溫條件下,電車經常出現放一夜電池就饋電的情況,A-ECMS能根據天氣預報,在通知車主并獲得允許的情況下,自動啟動車輛給電池加溫,保證第二天的正常使用。再例如,A-ECMS能量算法,能結合導航信息,智能規劃路線,保證通暢路段用油,低速擁堵路段用電,實現了動力安全和經濟性的兼顧。
此外,智能控制的范疇不僅局限于能耗,甚至還能帶來更好的駕駛體驗。其全球首創的iEM高階智慧動力控制系統,通過對“加速度”的閉環控制和扭矩補償的方式,減少了油門和剎車的操作頻率(讓油門變化率減少70%,制動頻次下降60%)。舉個例子,當你從平路開到山路上,一般人的反應是加大油門開度,以保持足夠的爬坡動力。而iEM算法會識別工況、路況和車身狀態,自動提供扭矩補償,不用加大油門,讓車輛依然保持恒定的加速度行駛。舉個本人親身感受的例子,在iEM的作用下,我曾在高速上的一個長下坡路段(大概5%坡度),車輛保持98公里/小時的時速行駛了大約十幾分鐘,期間我沒踩油門和剎車,發動機和電機都幾乎處于停機狀態且沒有能量回收,類似于手動擋的空擋滑行。這段長時間且平穩地滑行,讓整車的能耗顯著降低。相比一般電車松開油門就啟動能量回收的規則設定,iEM做出了更節能、更平順的選擇。
所以,針對高速行車、市區通勤、長途出行、山地行駛、戶外露營、低溫環境、停車充電、缺油少電、全家出游、常用常新等全場景用車需求,數智AI電驅2.0能不斷進化,越用越優。可插混可增程以及上述場景,只是這套大模型進化的初級階段,未來我想還會有3.0、4.0乃至更高版本,會解鎖更多的體驗。
將電驅開發和整車的智能控制集于一身,是軟件定義汽車的生動寫照,也是行業內未來電驅總成的進化方向。當然,只有車企自主開發電驅,才能實現這樣的效果,靠“買買買”是不成的。
駕值觀
關于P1+P3,其實大家很關心的一個問題,還是動力安全。在跟劉繼偉工程師的交流中得知,之所以某些P1+P3出現動力安全問題,其實并不是硬件儲備不足,不是大家常以為的發動機或電機馬力不夠,更多還是算法控制的問題。例如,電池SOC值計算不準,導致瞬間電量過低,車主反應不及。再例如,基于規則的算法下,對電池SOC、工況的變化可能無法精準識別并做出提前量,假如當車輛默認此時發動機應該全力運轉補充電池時,車主卻一腳大油門,讓發動機轉為強力驅動輪端,電池補能不及時,導致電量越用越低。也就是說系統依據規則給出的能量管理,跟實際駕駛需求之間,一些場景下會有沖突。這就是基于規則算法的局限性。要徹底解決,還是要依靠成熟、可靠、持續進化的算法大模型,將用戶各種極端場景都充分考慮到,早發現、早解決,將風險消弭于未發生之前。
劉工告訴我,跟大家的想象不同,車輛日常駕駛的功率需求并不高。A05保持120公里/小時的速度巡航,功率需求只有27kW,如果開空調和音響,再加一兩個千瓦。Q05則只需31kW(之所以燃油車發動機需要高功率,是因為作為唯一動力源,發動機需應付急加速、爬坡等大功率需求,因此超過2/3的動力只是作為儲備)。所以,劉工告訴我,有大功率雙電機和高效發電的加持,在高環上連續跑170-180公里/小時的極限工況,對長安啟源的產品來說只是基操,是出廠前可靠性測試的常規功課,他們的高環極限測試平均每天要跑22個小時(拋去吃飯、換人、上廁所的時間),每次會一口氣持續跑三四個小時。對長安這樣的傳統車企來說,動力安全是不可觸碰、不能妥協的紅線。
我覺得,正是工程師這種較真的精神,在電機、電控、傳動、算法上堅持全鏈路自研,才賦予了長安啟源的這套數智AI電驅2.0,強大的可靠性、高性能和自進化能力,越用越優也讓它未來擁有廣闊的想象空間。相比卷價格,只有卷技術才能讓消費者真正獲益,才能真正推動行業走向進步,推動中國品牌走向世界。