從2001年開始,重慶長安汽車就是國內最早進入新能源領域的企業之一。系統競爭力是長安汽車成功度過艱難的技術研發前期、過渡產業化推廣期,并最終進入多車市場運營的重要因素。
2022年上半年,長安汽車自主品牌新能源銷量84958輛,同比增長127.3%,其中6月銷量18268輛,環比增長33.1%。整個系統沒有平臺架構是建不起來的,看看構成這個市場數據的新能源汽車譜系:
以平臺劃分,EPA0平臺下的城市交通車型奔奔E星是長安汽車2021年的銷售主力;EPA1平臺下的深藍系列經濟型家用1、新車型將搭載160kW一體式超級集熱器驅動,今年上市;EPA2平臺主要孵化中型跨界風格轎車、中型轎車、高性能跨界SUV、中型MPV四款車型。
據長安新能源電驅總工程師胡松介紹,長安汽車按照三車平臺、寬頻譜、大覆蓋、越級體驗,打造了覆蓋A00到C級車的完整動力配置。
長安實現超電流驅動背后的多點技術突破。
類比發動機是燃油車的心臟,電驅動系統是電動汽車的動力核心。
一體化是電驅動結構的發展趨勢之一,旨在通過深度集成優化系統結構,減少不必要的資源浪費。市場上流行已久的三合一電驅動,集電機、電控系統、減速器于一體。集成設備越多,挑戰就越大。
在長安汽車首屆“開放、共贏、融合、創新”科技生態大會上,其第一代7合1超級集驅亮相。7合1電驅動系統集成了7個部件:整車控制器、高壓接線盒、電機控制器、DC轉換器、充電器、電機和減速器。
2019年,長安汽車開始打造一體機系統的技術預測,從組建千人團隊、設計研發到仿真驗證。四年帶來了七合一超級集熱器驅動的出現。
高質量集成、高效率、低噪音、低成本是產品背后眾多技術突破的支撐。
優化后,電傳動系統的最高效率可達95%。這是因為采用了八層點線繞線電機,電控采用超低主導線;同時,通過拓撲結構,簡化和優化內部布局;確保相對載流面積盡可能均勻,以降低功耗。
降低損耗的細節有:一是在傳統結構上通過低阻分析優化流暢性;應用中高速結構,減少潤滑油用量,使低速時潤滑充分,減少中高速時不必要的機油損失;功能結構中引用了低階模態部分;在軟件方面,采用控制算法來提高效率。
為了提升用戶體驗,長安汽車在三個方面做了NVH性能設計:基于POT和WOT工況設計方案,在設計前期做了整個系統的模態規劃,控制了檔位扭矩和扭矩脈動;提高零件的匹配性,保證軸承剛度與底盤在路徑上的一一匹配;車輛氣密性的協同開發。
根據許多措施,胡松說,裸機在NVH性能方面已經達到了與競爭產品相同的水平。
如何分配空間是一體機結構的關鍵。比如為了適應長安汽車所有車型的布局,結構的支點要基本接近水平角。
為了保證用戶的可靠性,長安汽車對用戶的工況、機械強度/疲勞、熱負荷進行收集和分析,總結出產品的設計速度,并通過實驗驗證進行組合。針對零部件和電驅動總成的可靠性,基于長安的開發系統完成了光伏實驗驗證。
挑戰高集成度領域的技術難點分析
即使已經取得了許多技術突破,長安汽車也面臨著許多挑戰,以在高集成技術的前沿占據一席之地。
首先,集成的零件越多,問題越多。比如薄壁零件和多級干涉會影響整個系統模式。
保證產品設計的穩健性成為關鍵。胡松強調,在整個開發過程中,考慮到旋轉部件的自由模態基準,長安汽車對電機和齒輪機的每一種方案都進行了分析,在臺架實驗中完成了100多輪驗證。
另一個挑戰是優化差速器的潤滑。通過CFD模擬和臺架試驗,需要加強殼體的光滑度,提高液體流速。此外,不僅要在殼體上導油,還要在差速器內部增加儲油措施:比如在一個體積為0.4升的專用儲油槍中,當轉速在1200-1400轉范圍內時,儲油可以減少30%以上的齒輪間循環用油量。
一體機最直接的影響就是電控部分的增加,導致暴露的電路和器件增加。一方面存在內部水分子凝結在外露器件上的風險;另一方面,由于部件增多且分布不均勻,需要更多地分析傳熱路徑,制定合理的布置方案,實現排熱,降低集中供熱的風險。
最后,分攤的維護成本會影響零件的可靠性。由于售后成本較高,一體機會大大提高集成部分的質量要求。
任何產品設計都不可能100%無故障,因此需要針對可能出現的問題設計可檢測的維修方案,并針對這些方案進行具體的成本分析。
胡松說,一體化集成需要在開發過程中測試拆分維護執行的可能性,并且診斷能力應該在開發中期可用。在整個產品開發過程中,長安汽車在產品概念設計的同時,進行產銷協調和統籌規劃,以保證拆分維修方案的實施。
電氣建筑的未來發展趨勢:集成化、高效化和領域控制。
總的來說,電驅動組件集成化、高效化、小型化的趨勢越來越明顯。三合一和全合一兩條技術路線并行,可以滿足不同車型布局的需求。
長安汽車將繼續提高總成的峰值功率密度、效率和充電功率。未來,機械一體化將擴展為一體;促進電力電子的深度集成;以及整車OEM的一體化。
目前基于超集驅動。胡松補充說,為了提高機電耦合的集成度,集中驅動和分布式驅動將逐漸并存。
在電機基礎上推廣應用高效電機技術,嘗試在電機上使用新結構、新材料,如SiC MOSFET。預計第四代SiC MOSFET將在2025年后逐步應用。
快充是市場的普遍需求,高壓架構是實現超級快充的趨勢。800V平臺將成為主流技術路線,其中SiC MOSFET是重要路徑。
域控制也是整個行業的大趨勢。在集成度更高的中央電氣架構下,ECU分布式控制已經走向功能域分布,接下來會向中央計算機+區域化發展。軟硬件的脫鉤已經成為必然趨勢。
面向服務的SOA軟件架構模型將成為新的焦點,網狀結構有效減少了控制器的數量,單個控制器的功能更加強大,高性能、高集成度的中央控制器正等待落地。
技術是第一生產力,集成,高性能,高效率。新能源汽車電驅動系統的發展趨勢日益明朗。一直有市場呼吁降低里程焦慮,提高充電效率。雖然用“軟件定義汽車”作為出行工具,但硬件的實力也是不可或缺的。
比如用科技賦能產品的長安汽車,只有觀察用戶的剛需,才能在擁抱電動化的道路上一直往前走。
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