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實戰解讀:比亞迪第三代DM插電混動技術

技術 發布于:2018-12-19 00:24:48

比亞迪DM技術的由來

DM這個縮寫,來自Dual Mode“雙模”之意思,也即是“EV純電動”與“HEV混合動力”兩種模式。即使到如今,比亞迪DM系列產品的變速檔桿鞍座上,依然都會安裝“EV”和“HEV”兩個切換按鈕,這是比亞迪DM技術誕生10年以來的傳承。

實戰解讀:比亞迪第三代DM插電混動技術

想起來,比亞迪第一款DM雙模插電式混合動力車上市之時,正值改革開放30周年。那時候的中國,工業體系已經非常完整,但自主品牌的工業設計與機械制造能力非常薄弱。筆者甚至可以很負責任地說一句,那時候的吉利、奇瑞、長城等自主品牌的車子,質量真的不怎么樣。

實戰解讀:比亞迪第三代DM插電混動技術
太平洋汽車網10年前對F3 DM的上市專題報道

10年過去了,國民心中那種“自主品牌就是劣質產品”的陳舊影響已經破除不少,我們看到了吉利博瑞(設計)與領克03(操控)的精彩表現,我們看到了長城哈弗H6(性價比)的月銷4萬,我們也看到了第三代DM插混技術架構下的比亞迪唐DM、宋DM、元DM、秦Pro DM等等車型,用節能與性能共馨的品質,在新車銷量榜上以技術服眾。

誠然,10年前上市的比亞迪F3 DM并非一款性價比優異的作品,但它堅持了正向研發的科研態度(正向研發投入可是巨額的),在沒有可學習借鑒對象的前提下打造一個專屬于比亞迪品牌的技術平臺。這,就是DM技術與比亞迪品牌的可敬之處。

比亞迪與“電”的緣分,其實源于1992年。那時候年僅26歲的王傳福碩士就已在北京的有色金屬研究院成為研究室負責人,從事電池領域的研發。3年后,王傳福獲得一筆投資,在深圳成立了“比亞迪科技公司”,并迅速獲得了來自三洋的手機電池訂單。 

2000年,比亞迪打敗對手獲得了摩托羅拉的手機電池訂單;2001年,比亞迪獲得了大量技術突破,鎳鎘電池產量2.5億只;2004年,比亞迪全面接手秦川汽車,正式進入汽車生產行業;2006年,比亞迪F3e純電動車研制成功;2008年,第一代比亞迪DM雙模混動技術誕生,搭載于我們剛剛提到的F3 DM之上。

第一代DM技術(下圖)采用雙電機混聯架構,驅動系統狀態切換較少,動力輸出平順性比當時多數汽油自動擋車型要更好,系統擁有比汽油自動擋車型更佳的燃油經濟性。可以說,第一代DM的主攻方向是燃油經濟性。

實戰解讀:比亞迪第三代DM插電混動技術

而讓比亞迪DM技術真正成為國內業界翹楚的,是第二代DM技術(下圖)。這款基于雙離合變速箱打造的混聯式動力,率先搭載于第一代秦DM車型之上,筆者在2013年末也有幸成為第一批試駕秦DM的媒體人之一,在北京金港賽道上跑出5.9秒破百的成績著實讓人感到驚艷。至此,第二代DM技術的主攻方向變成了動力性。

實戰解讀:比亞迪第三代DM插電混動技術

然而,第一代與第二代DM技術都有些偏科,因此比亞迪集中了1000多名技術專家,歷時三年研發出第三代DM雙模混動技術,融匯前兩代DM技術的優點,兼顧燃油經濟性與動力輸出特性。

實戰解讀:比亞迪第三代DM插電混動技術

直至2018年7月,比亞迪成為全球第一家“新能源車銷量超越燃油車”的傳統車企。一路走來,比亞迪的研發方向從來離不開一個“電”字,比亞迪在新能源領域的研發資金也是整個自主品牌汽車行業當中最高的,而DM插電混動技術并不只是內燃機時代跨向純電動時代的一個必要過程,而是滿足消費者對“節能”與“性能”雙重需求的高技術含量產品。

比亞迪第三代DM技術解讀

比亞迪第三代DM插電式混合動力技術把“P0+P3+P4”混動四驅架構帶到唐DM與宋DM之上,秦Pro DM則使用了“P0+P3”混動前驅架構,未來比亞迪第三代DM還將推出“P0+P4”混動四驅架構。

實戰解讀:比亞迪第三代DM插電混動技術

這三款架構都相比二代DM多了BSG皮帶啟動/發電機,進一步提升燃油經濟性和系統輸出平順性,而靈活的混動架構組織形式也進一步表現出比亞迪第三代DM插電式混合動力技術在不同造車平臺的兼容性。

實戰解讀:比亞迪第三代DM插電混動技術

那么,我們平常所說的Px混動構架是何方神圣呢?筆者畫了一張解析圖,方便各位理解:

實戰解讀:比亞迪第三代DM插電混動技術

按照“電機位置”分類,唐DM的“P0+P3+P4”混動架構擁有三臺電機,分工更加明晰;從“電機介入程度”來說,這是一套實打實的“強混”系統;按照“動力聯合方式”分類,這是一套高階的混聯式混合動力系統。

全新一代比亞迪唐DM 動力系統
動力名稱動力位置動力作用/優勢動力數據
P0電機發動機前端皮帶上BSG,實現自啟停、能量回收、扭矩輔助25kW
內燃機變速箱輸入端前2.0TI汽油機(奧托循環)151kW320N·m
P3電機變速箱輸出端純電驅動強,動能回收強110kW250N·m
P4電機非內燃機驅動的軸上實現“全時電四驅”,加速與越野性能增強180kW380N·m
綜合最大輸出441kW950N·m


“P0+P3+P4”混動架構能讓每一個位置上的電機/內燃機都在最恰當的時刻、發最恰當的力,因而可以在全新一代唐DM之上同時實現:

1、智聯創世版0-100公里加速最快4.3秒,普通版也能觸達4.5秒;

2、工況油耗1.6L/100km;

3、響應速度僅有20ms的全時電四驅系統;

4、純電續航80km-100km。

五大工作模式

既猛又省的駕駛體驗,需要“P0+P3+P4”的詳細分工,P0電機負責自啟停、能量回收、扭矩輔助;P3電機和P4電機分別驅動前后輪,實現電四驅,兼顧動力與經濟。同時,系統也需要在不同工況下使用不同工作模式,來調配動力與節油需求,因此第三代DM技術衍生出以下五種工作模式:

實戰解讀:比亞迪第三代DM插電混動技術

Gif圖跳得太快?

那我們一個個來理解:

純電四驅模式:

這是一個僅僅使用電池組電量的純電消耗模式,也是唐DM節油的最重要模式,更是插電式混合動力系統與生俱來的優勢(通過充電樁補電,比燒油便宜很多)。

唐DM裝備了20kWh(普通版)/24kWh(智聯創世版)的大容量電池組,純電續航里程分別為80km與100km。更值得用戶欣喜的是,純電模式下的唐DM依然擁有迅猛的動力輸出,畢竟前后電機的輸出極值分別高達110kW/250N·m與180kW/380N·m。

實戰解讀:比亞迪第三代DM插電混動技術

皆電此前使用唐DM普通版(亦可稱為“唐DM80”)做了一次以高速路況為主的純電續航測試,成績為81.6km。跑到剩余電量為16%時,內燃機介入發電。此時若是長按EV按鍵,還是可以繼續使用純電模式至6%電量,以此看來唐DM普通版的純電續航極限應當在90km左右。

如果放到現實使用場景上面來,在城市里使用,擁有80-90km純電續航的唐DM可以不必天天找充電樁,2-3天充一次即可一直用純電通勤,周末則用混動模式跑長途。

并聯四驅模式:

并聯四驅模式是唐DM最狂暴的模式。請看筆者畫的下圖,前驅動輪的動力來自內燃機(紅色)與P3電機(藍色)的動力輸出,其中“從內燃機到P3”之間有一臺DC直流發電機沒有畫出來,后驅動輪的動力來自P4電機(橙色)的動力輸出,此時唐DM就迸發出441kW(600PS)最大功率,峰值扭矩直指950N·m。

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別以為這個模式除了“傾盡全力消耗能量獲取駕駛快感”之外就沒了勤儉持家的品性。即使在全力加速階段,BSG電機依然可以反轉發電(上圖最下方的綠色能量流),為電池組補充電量。

引擎直驅模式:

唐DM的“引擎直驅”(這四字是筆者自己編的)模式也是一個非常重要的模式,用于高速路的巡航工況中,此時電動機的效率非常低,但汽油機的效率非常高,因此不能繼續用混動模式,否則燃耗將非常難看。

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如上圖,汽油機的動力直接經過雙離合變速箱到達前輪,P3電機不再工作,而BSG電機依然是發電狀態,一直為唐DM儲備更多電能,為更節能的純電動行駛或更狂暴的并聯四驅極限加速做準備。

串聯驅動模式:

串聯式混動經常被用于制造增程式混合動力車型(REEV)。把REEV歸類在PHEV之下,是國家現行的分類規則,畢竟REEV依然需要內燃機工作;把REEV歸類在BEV之下,是部分西方的規則,畢竟只有電動機直接驅動車輪(前輪藍色、后輪橙色),稱之為“純電動”亦無過錯。

實戰解讀:比亞迪第三代DM插電混動技術

唐DM串聯驅動模式的節能方法是提升“Well-to-Wheel”油井到車輪效率,讓效率在40%以下的汽油機發電給電池組儲備,當需要能量時,由轉換效率高于90%的P3與P4驅動電機發揮到前后車輪之上。

更重要的是,汽油機不僅可以讓P3電機反轉發電,還能讓P0電機同時反轉發電。

能量回收模式:

能量回收模式下,前后兩組車輪都沒了電機顏色(藍/橙),此時唐DM進入滑行狀態,內燃機關閉,“P0+P3+P4”三臺同時反轉發電,最大化回收能量。

實戰解讀:比亞迪第三代DM插電混動技術

綜上所述,比亞迪第三代DM技術的五大工作模式幾乎覆蓋了日常用車的全部狀態,做到經濟性最優。相比第二代DM技術,第三代DM技術的發電效率提升25%,節油效率提升15%,這也是其工信部工況油耗1.6L/100km的來源。

第三代DM的技術提升

以上我們描述了第三代DM技術的五種工況模式,但這些模式可以在日常駕駛當中手動切換嗎?沒有這個必要。比亞迪并不需要用戶去學習記憶這五種模式的使用場景和具體原理,用戶僅需通過自己的充電條件和動力需求,自動或手動控制車輛使用“EV純電動”與“HEV混合動力”兩種能源使用模式,即可完成所有操作。

除了能源使用模式之外,第三代DM技術在全新一代唐DM之上還擁有節能運動沙地泥濘雪地共計五種駕駛模式可選,足以應付所有鋪裝路面與部分非鋪裝路面。

實戰解讀:比亞迪第三代DM插電混動技術

完成這些實際使用場景的鋪墊之后,我們來了解一下第三代DM在技術上面的提升吧:

A、三大技術管理體系

A1、扭矩管理

內燃機與驅動電機的扭矩各有輸出特性,混合在同一套系統上,將會帶來扭矩輸出上的不線性,這在一臺大馬力車上表現得更加明顯。

比亞迪結合整車動力學模型以及BSG架構,令第三代DM技術實現了發動機與電機扭矩分配的精準控制,實際駕乘感受特別平順,在越野路面上行走也不會擔心扭矩輸出會因為某項動力突然爆發而產生不必要的風險。

A2、能量管理

剛剛我們提到了第三代DM技術的五種工作模式,代表能量流的箭頭就指示了唐DM插混系統的工作情況。比亞迪利用先進的能量流測試平臺及數字化仿真平臺,通過大量的多工況實車測試,讓整車能量流控制得到了更加精準的優化。

體現到日常行駛中,優勢便是能量流自動調配,該凸出燃油經濟性時,盡可能多用電;該凸出動力輸出特性時,盡可能把三套動力源的輸出傾瀉到四個車輪之上。

A3、熱管理

插混車的熱管理系統邏輯非常復雜,其中就涉及到多套散熱系統,包括空調、中冷器、高壓電池包散熱、發動機散熱。這些系統之間的散熱功能是否可以共用,哪些散熱系統的散熱優先次序更高?都是一道難題。

比亞迪利用3D仿真技術,對第三代DM系統的高溫冷卻、低溫冷卻、電機電控冷卻、電池熱管理、空調等5大系統都進行了升級優化,實現了更加高效的動力表現。

此外,得益于比亞迪自主研發的高壓大功率IGBT模塊,改善車內功率變流裝置的表現,大幅提升了整車的電氣性能,讓三大技術管理體系優化升級。

實戰解讀:比亞迪第三代DM插電混動技術

B、兩大技術支撐

B1、電機高效性

第三代DM系統中的驅動電機最高轉速達到15,000rpm,電機功率密度相比前作提升12.5%,最高效率達97%。相比傳統汽油動力的30%-40%熱效率,電動機的效率提升明顯。 正因如此,第三代DM一直踐行盡可能多用電少燒油的原則,因此可以把能量利用效率盡可能提高。

比亞迪第三代DM新增的BSG電機兼顧啟動、發電功能。這款BSG電機的電壓范圍為360V至518V,最大功率25kW,與發動機的減速比為2.5:1,發動機和BSG電機可以長期處于高效轉速區間,減少了能量的損耗,使得搭載第三代DM的車輛發電系統總效率最高達到87%,相比上一代提高21%。

B2、電機快速響應

第三代DM技術采用了比亞迪第三代永磁同步電機,動力響應速度快至20毫秒,僅為燃油發動機響應時間的十分之一。表現到日常駕駛體驗上面來,那就是傳統內燃機汽車大腳油門提速需要等待發動機轉速上升、渦輪介入、持續提升轉速、換擋、持續輸出動力,而DM混動產品的提速直接就讓大功率P3與P4電機給執行了,車子不需要等待渦輪增壓器在猴年馬月突然覺悟過來才開始給你充足動力。

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C、四大提升

C1、動力性提升

第三代DM技術主要從內燃機、電動機、混動變速器、整車動力學模型優化幾個方面提升車輛動力性:

1、對內燃機進氣增壓器匹配、ECM控制策略和冷卻系統進行優化,提升低速扭矩、響應性和穩定性;

2、通過對前、后驅動的電驅系統、散熱、電磁性能優化,提升峰值扭矩和功率,提高電機的輸出能力;

3、通過系統變形仿真、齒輪箱動力學仿真并結合大量測試,提升混動變速器承載能力;

4、通過整車動力學模型仿真并結合大量測試,提升單體引擎性能,讓整套動力系統爆發最強動力。

目前搭載比亞迪第三代DM技術的車輛,最高能夠實現總輸出功率441kW(600PS),總輸出扭矩950N•m,相比第二代DM技術分別提升19%和16%。

C2、平順性提升

由于BSG電機的加入,車輛在啟停、怠速、換擋、加速等方面平順性得到極大改善。BSG電機可提前拉升發動機轉速,在啟動時越過發動機低速抖動區間再點火,顯著改善了自動啟停時的平順性。在升降擋過程中,BSG電機也將主動控制發動機轉速,使其與車速、擋位相對應,改善行駛中換擋平順性。 

與第二代DM技術相比,第三代DM技術完全避免了雙離合變速箱反拖過程,大大降低了起步階段發動機在低轉速區間的抖動狀況。關于BSG與平順性相關的內容,在本文后方有更詳細的解讀。

C3、經濟性提升

得益于BSG電機的大功率及與發動機更為合理的減速比, 車輛低效區間油耗得到有效降低。第三代DM技術通過對發動機、驅動電機、混動變速器、控制策略及系統架構等多方面的優化,減小機械摩擦、改善物理結構、優化檔位變換,統籌多控制單元,實現A狀態電耗優化8%,B狀態油耗優化15%,綜合油耗優化11%。

比亞迪第三代DM技術經濟性提升主要體現為兼容純電行駛和混合動力行駛:

1、在純電行駛狀態下,不必啟動發動機,完全可視其為一輛無需耗油的純電動車;

2、在混動狀態下,因為BSG電機架構的加入,改善了發電效率和換擋時轉速、扭矩的響應速度,可使發動機在大部分時間工作于經濟轉速,提高燃油經濟性;

3、在油耗更高的B狀態下,第三代DM技術也能進一步節省能源。比如全新一代唐DM在B狀態下百公里油耗也只有7.6L,秦Pro DM B狀態下百公里油耗只有4.3L。

C4、NVH優化提升

比亞迪通過建立先進實驗室,利用先進測試技術,從仿真分析到試驗驗證,對近150項NVH項目進行全方位、多路徑優化,制定出高水平的NVH標準。

以全新一代唐DM為例,主駕噪音分貝僅為46.1dB,低于正常交談的聲量水平。根據全球AVL數據庫測評數據顯示,唐DM在3000-6000rpm這一主要轉速區間內的噪音表現優于行業水平。 

實戰解讀:比亞迪第三代DM插電混動技術

D、三大升級

D1、熱管理升級

第三代DM技術在電池熱管理、整車熱管理方面進行優化。經過單體、電池包仿真實驗,開展高效電池熱管理系統級仿真優化,實現全氣候工況下,整車的超長續航與超強耐久性。

D2、充電功率升級

第三代DM系統中車載充電機OBC功率提升翻倍,由上一代3.3kW提升至6.6kW,充電速度提升一倍,充電時間縮短至4小時。

D3、OTA自進化

基于全球首創的汽車智能開放平臺DiLink智能網聯系統,第三代DM還可以實現OTA遠程升級,具備智能自進化能力,并且還能使用自適應旋轉屏幕100%兼容安卓市場上的100萬款APP應用。

實戰解讀:比亞迪第三代DM插電混動技術

第三代DM技術小彩蛋:BSG電機

比亞迪第三代DM技術的微油耗口碑證明,混合動力的省油,不局限在使用阿特金森循環發動機這種放棄動力性的技術。

關于節油的細節,筆者還想多為BSG電機說幾段。其實,筆者曾在《蓄電池裝車100周年 新A8L做了道精妙算術》一文中重點解讀過BSG的節油妙用,但奧迪BSG的戲路非常窄,其回收的電能只能儲存在獨立設置小容量的48V鋰電池組之中,且不能通過電機發力到車輪之上。

誠然,比亞迪唐DM的BSG電機也不能直接驅動車輪,但由于比亞迪BSG電機反轉發電所得的電能是直接充給20kWh動力電池組的,因此這些回收電能可以通過P3/P4電機再回車輪之上。這便是第三代DM技術的另一項節油秘技。

測試比亞迪唐DM,原來成為“迪粉”是這樣一種體驗

另一方面,比亞迪非常罕見地使用了功率高達25kW的BSG電機(平常的BSG只有10-15kW),這讓內燃機自啟停的流暢度有了提升,也能讓BSG電機將汽油機拉升至任意轉速以避免動力系統反拖的沖擊與噪音。

更重要的是,這臺大功率BSG電機擁有最高94%的動能回收發電效率,換算一下便是23.5kW的發電功率,也就是說唐DM的BSG輔助電機發電功率比一臺知豆滿載荷加速的驅動電機最大功率還要高……

測試比亞迪唐DM,原來成為“迪粉”是這樣一種體驗

因此,即使在某些高載荷工況下(比如高速巡航),唐DM依然能處于“發電量>用電量”的充電狀態,并能在接下來的低速巡航/低速蠕行工況下盡可能使用純電驅動,繼續刷油耗下限。

BSG雖小,大功率BSG卻可以完成多數自啟停系統或者小功率BSG電機完全不可能完成的事情,給一臺插混車的燃油經濟性、平順性、靜謐性帶來“遠高于BSG系統制造成本”的共享。

編輯結語

經過了半天的技術講解和半天的試駕體驗,筆者對亞迪第三代DM技術有了更多深刻的認識。

目前世界上有三種主流的插混實現方式:一種是以比亞迪為首的主流PHEV實現形式,P3與P4電機可以獲得極大的功率,性能走向為重;一種是以豐田為首的動力分流式PHEV實現形式,變速箱內部的電機與行星齒輪部件極為精密,加速能力孱弱,節能走向為重;最后一種是增程式混合動力系統,但如今連業界先鋒雪佛蘭沃藍達都放棄純粹的增程式了(二代沃藍達的汽油機可以直連車輪),目前只有理想智造ONE等車型在苦苦堅持,這種形式的理論節能能力非常強,但實踐起來困難重重。

實戰解讀:比亞迪第三代DM插電混動技術

世界上暫時還沒有完美的PHEV插混系統,比亞迪第三代DM技術也并不能稱為世界上最完美的PHEV。不過,這套迭代了整整10年的PHEV給了我們一個非常有“改革開放40周年正能量”的啟示:結構極為復雜的插混系統不止德國、日本、美國能造,當今中國不僅能造,而且在節能性與動力性雙重指標上,一點都不比德日美同行差。

(圖/文:皆電 黃恒樂)

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黃恒樂

簡介:男,識字。

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