新四缸机!研判赛力斯AITO问界M5低能耗/高性能技术

2021年12月23日,在华为冬季旗舰新品发布会上,AITO品牌正式推出科技豪华智能电驱SUV——AITO问界M5,预售价25-32万元。采用增程式油电混合技术的AITO问界M5,不仅引入了华为提供的鸿蒙操作系统、7千瓦OBC、150千瓦以及200千瓦“3合1”电驱动系统,最重要的是换装了热效率41%、压缩比15:1、取消轮系的增程专用直列四缸发动机!

新能源情报分析网评测组在AITO问界M5的上市发布会上注意到,WLTC续航里程超1100公里这一产品力意味着更低的能耗同时,最大输出功率165千瓦的“3合1”前置电驱动系统,与新出现的最大输出功率200千瓦的“3合1”后置电驱动系统,又使得整车呈现出高性能的产品力。

然而,无论低能耗(长续航),还是高性能(全时电四驱),都因为这台性能强悍的新状态四缸机应运而生。新能源情报分析网评测组对搭载新四缸机的AITO问界M5所具备低能耗/高性能产品力,研读和判定整车综合技术状态。

AITO问界M5的新外观和新内饰的设定就是要让“外在好的地方被看得见摸得着,内在的好更加完美”。华为提供的鸿蒙操作系统,不是单纯的提升了车机互联便利性和操作流畅度,而是智能座舱与整车驱动方面衔接的更“自然”。

用于测试的AITO问界M5四驱性能版显示屏中央是行车数据、左侧是行车状态能量流、右侧则是多媒体显示区域。官方强调,AITO问界M5的WLTC续航里程超1100公里,由全电续航里程和燃油续航里程叠加而来。在实际用车过程,WLTC续航里程计算策略是动态的,与车内外温度、驾驶习惯甚至燃油品质直接关联。

在笔者接到AITO问界M5时,动力电池SOC值为93%-全电续航里程168公里;剩余燃油可行驶里程820公里,综合续航里程988公里。

备注:由于动力舱盖开启,显示红色“预警”状态

应用增程混动技术的AITO问界M5与其他电动汽车最大不同的是,新状态直列四缸1.5T发动机仅作为高效发电源泉,可以源源不断地输出电能用于驱动、用于外部充电(V2V)并同时给驾驶舱制暖系统提供能源。在全部测试过程中,驾驶舱制暖系统适中设定在29摄氏度、3挡出风量的十分舒适的温度状态。

当然,AITO问界M5应用电驱动技术,使其驾乘感受与电动汽车完全一致。不过为了达到WLTC续航里程超1100公里的低能耗产品力,就要引入控制策略更加完善和精准的高热效率并无轮系的增程专用新四缸机了。

一、新四缸机的不同工况的技术状态:

因为新四缸机的引入,使得AITO问界M5具备向左低能耗;向右高性能,且将不同的两种产品力融合且兼得。由于官方并未对AITO问界M5换装的新四缸机的技术给出详细介绍,根据15:1的压缩比、41%的热效率等参数看,肯定为增程混动技术进行了硬件与软件层面的优化。

AITO问界M5的增程混动驱动技术方案,是通过新四缸机输出的功率用于与其关联的发电机,发电机产生的电量,或直接用于前后电机驱动(驱动模式)或直接存储至动力电池(怠速发电模式)或用于前后电机驱动或者充电(行车发电模式)。

实际上,通过多种技术手段降低新四缸机自身运行的能耗、提升净输出功率,是达到低能耗的手段之一;使用高效油冷技术的发电机在保持现有尺寸与重量同时提升发电功率密度及发电效率;或保持现有发电功率同时降低自重、直径或长度,也是达到低能耗的手段之一。

上图为问界M5的动力舱各分系统技术状态特写(拆除防尘罩)。需要特别注意的是,电子水泵设定在新四缸机缸体下部(绿色箭头所指)。

红色区域:新状态的直列四缸1.5T发动机本体部分

黄色区域:与新四缸机关联的发电机

蓝色箭头:集成在发动机上的冷却EGR系统

白色箭头:与新四缸机、发电机、“2合1”高压电控、OBC、前后电驱动系统以及驾驶舱制暖系统共享一套散热管路补液壶

黄色箭头:动力电池热管理循环管路补液壶

最大输出功率92千瓦的新四缸机,目视可见完全取消了机械水泵、V型皮带和机械空调压缩机,彻底地取消了全部轮系。

而设定在新四缸机缸体的智能控制的电子水泵,具备控制温度的分层散热能力,已达到降低自身能耗,尽可能将功率分配给发电机用于发电。

1、驾驶舱制暖系统启动、新四缸机未启动的热管理状态:

这台用于测试的AITO问界M5几乎“满油满电”状态,无论电动优先还是燃油优先、亦或自动模式,新四缸机在原地开启制暖系统时均不会启动。开启驾驶舱制暖/制冷功能时,均由装载电量40度电动力电池供电。

将驾驶舱温度调节至29摄氏度、2挡出风量、怠速运行2分钟后,通过热成像仪判定这台新四缸机涡轮增压器至1号三元催化器、冷却EGR系统以及缸盖的表面温度都维持在-3摄氏度至12摄氏度。唯独驾驶舱新四缸机、发动机、高压电控、OBC、以及前后电驱动系统共用的循环管路补液壶表面温度约为46.9摄氏度。

黄色箭头:新动力系统及驾驶舱制暖系统共用循环管路补液壶表面温度约为46.9摄氏度

白色箭头:集成增程器上的冷却EGR系统表面温度约为8-10摄氏度

绿色箭头:动力电池热管理控制系统循环管路补液壶表面温度约为0-3摄氏度

此时电驱动-驾驶舱制暖系统共用的循环管路处于一个小循环状态,及通过“X通”阀体与温度传感器,PTC控制模组加热冷却液用于提升驾驶舱温度。

2、驾驶舱制暖系统启动、新四缸机启动后的热管理状态:

以电动优先+弹射模式行驶约130公里后,动力电池SOC值降至20%、停车时新四缸机启动自行启动进行怠速充电,驾驶舱制暖持续运行。

通过热成像仪可见,电驱动-驾驶舱制暖系统共用循环管路补液壶表面温度稳定在50-60摄氏度(红色箭头所指)

并且1条呈绿色的管路直接关联至冷却EGR系统。

涡轮增压器及1号三元催化器表面温度提升至210-223摄氏度区间(绿色箭头所指),集成在增程器上的冷却EGR系统表面温度约为10-20摄氏度范围。

白色箭头:从冷却EGR系统通过橡胶管路至电驱动-驾驶舱制暖循环系统补液壶

绿色箭头:从冷却EGR系统通过金属管将冷却气流导入节流阀体

黄色箭头:从三元催化器通过金属管将高温废气导入冷却EGR系统

单从新四缸机智能控制电子水泵,暖风补液壶、涡轮增压器、冷却EGR系统和节流阀体关联循环系统来看,AITO问界M5引入的是针对增程系统的整车层面高效一体化多能效技术的热管理控制技术(策略)。

即在电动优先状态,驱动用于驾驶舱制暖/制冷所需电量来自动力电池;电驱动-驾驶舱制暖系统循环系统处于小闭环状态;

动力电池SOC至降至(全电优先、燃油优先和自动模式)不同阈值时,新四缸机启动通过发电机输出电量或用于驱动或用于充电。

当新四缸机启动并持续运行一段时间后,EGR冷却系统开始工作,配合智能控制电子水泵工作,将三元催化器导入的高温废气经过冷却后再次导入燃烧,从而进一步降低油耗及排放;同时通过高温废气对冷却液加热,提升制暖效果。

当动力电池SOC值保持在一个较为平衡的阈值,新四缸机间歇性的启动(即怠速滑行时为动力电池充电),涡轮增压器中高温废气也将对冷却系统的冷却液进行保温用于驾驶舱空调制暖。

显然,新四缸机的核心,缸体集成的智能控制的电子水泵是一个重要热量转运中心,将高温分系统的热量通过冷却液转移至最耗电的驾驶舱制暖系统;在新四缸机低温状态,通过涡轮增压器高温废气将热量导入冷却EGR系统,快速提升暖机速度。并在增程器运转一段时间后,开启冷却EGR系统,将高温废气引入再燃烧,从而降低油耗。

二、低能耗!更加严谨且完善的驱动模式及控制策略:

在笔者看来,WLTC里程超1100公里,就是AITO问界M5所适配的新四缸机低能耗的具体表现。15:1的高热值是一种让潜在车主摸不到看不清的技术指标,取消轮系由集成缸体可变流量电子水泵替代是较为抽象的技术展现,更低的能耗-更小的用车成本才是车主能切身感受到。

为了更全面的体验AITO问界M5新四缸机的低能耗-精准控制策略,选择全电优先+运动模式。之所以选择这种更耗电的驾驶策略,就是要让动力电池SOC值降至较低阈值,观察并感受新四缸机启动后的发电/馈电状态。

选择长上坡的京承高速出京方向的最内车道,车速保持110-120公里/小时匀速行驶,遇到前方慢车则全负载加速超越。在据驾驶员用显示屏左侧的能量流动区域,可以清晰地读取加速、制动及怠速滑行时新四缸机(发电机)、前后电驱动系统以及动力电池之间能量流实时转化状态。

动力电池SOC值处于45%,全电驱动加速时动力电池输出电量至前后电驱动系统。

动力电池SOC值处于40%,新四缸机间歇性启动并在怠速滑行时行车发电,用于动力电池充电。与此同时前后电驱动系统馈电,为动力电池充电。

此时AITO问界M5处于能量回收+行车发电双重馈电状态。

动力电池SOC至升至30%,在全负载加速时,1组由新四缸机(发电机)输出的电量直接用于前后电机驱动、1组由动力电池输出的电量用于前后电机驱动。

此时问界处于类似于PHEV车型的并联状态。

动力电池SOC至升至30%,在全负载加速时,1组由新四缸机(发电机)输出的电量直接用于前后电机驱动、1组由动力电池输出的电量用于前后电机驱动。

此时问界处于类似于PHEV车型的并联状态。

从13:16分至14:17分,AITO问界M5的动力电池SOC至从21%升至38%(燃油优先+节能模式),在满足必要的驱动用电需求同时,分配了合理电量用于动力电池充电。

需要注意的是,全部测试过程并没有彻底对AITO问界M5的能量分配策略进行体验。可以确认的是高速行驶新四缸机间歇/持续启动运行时(SOC至从21%升至36%)来自动力舱传递过来的震动。最大75千瓦最大发电功率以及装载电量40度电的动力电池,满电满油状态可以选择自动+节能模式组合,以后驱为主,四驱为辅,满足低能耗/长续航的实际用车需求。

三、高性能!砂石+冰雪+冰面全时电四驱系统扭矩再分配控制策略:

AITO问界M5长宽高分别为4770*1930*1625mm、轴距为2880mm、整车风阻系数为0.32Cd;四驱版车型“3合1”前置电驱动系统最大输出功率165千瓦、“3合1”后置电驱动系统最大输出功率200千瓦、中置的动力电池装载电量为40度电;采用全铝合金底盘、前双叉臂及后梯形多连杆独立悬架,节能、舒适、运动和定制个性化共4种驾驶模式。

作为一家悬架零部件供应商、传统整车制造厂、造车新实力的赛力斯,在整车设计与生产环节,坚持以科学为导向的严谨研发和量产流程。

上图为AITO问界M5的前悬架各分系统技术状态细节特写。全铝材质的副车架(红色箭头所指)将“3合1”前置电驱动和电子转向机完整支持,全铝材质转向节(黄色箭头)、全铝材质下摆臂(绿色箭头)以及上A摆臂(蓝色箭头)方案,优先满足的是强度与可靠性。

全铝材质多连杆独立悬架,不仅满足了轻量化,更是驾驭激烈驾驶时车身姿态的先决硬件条件。

选择燃油优先+个性模式(针对转向、制动和能量回收进行细致调整),在砂石与冰雪构成的复杂路况,全负载加速时后置电驱动系统最输出扭矩、随即前置电驱动系统激活。

红色箭头:后置电驱动系统最先启动卷起的砂石飞溅状态

黄色箭头:前置电驱动系统随后启动卷起的砂石飞溅状态

在持续加速过程中,根据四条车轮与地面摩擦力不均衡,AITO问界M5的电四驱系统持续在前后桥间进行扭矩再分配。

在纯粹的冰面构成的复杂路况,全负载加速时,后置电驱动系统仍然最先分配到足够扭矩,不过前置电驱动系统激活的时间较石路面(加速)延迟更长。

在反复进行在冰面全负载加速过程中,出现另一种电四驱控制策略:

最先是后置电驱动开始加速后突然停止、前置电驱动系统激活后再次停止,此时车辆受惯性影响向前滑行同时,前后电驱动系统同时分配扭矩保持车身姿态可控。

笔者有话说:

需要注意的是,AITO问界M5之所以具备低能耗/高性能产品力,新状态的高热效率、取消轮系插混专用1.5T四缸发动机功劳卓著。而匹配的最大发电功率75千瓦的发电机,是否采用高效油冷技术目前还不确定,但明显“缩小”的体积是可以确认的。精准的发电、驱动、充电策略,引发的WLTC里程超1100公里-低能耗,展现出赛力斯设计团队驾驭增程混动技术的经验更加充沛。

165千瓦前置电驱动系统与200千瓦后置电驱动系统,决定了电四驱控制策略以偏后置为主,赋予AITO问界M5的操控性更加运动同时,相应提升复杂路况的主动行车安全性。

补足了电动汽车冬天开启驾驶舱制暖系统后能耗增加续航里程缩短的最大短板,AITO问界M5还可以保持更低的能耗,这也代表着纯粹的增程混动驱动技术的成熟,偏后驱的全时定四驱控制策略,在军用市场更具影响。

2021年珠海航展展示的VU-T10履带式无人装甲车,就是采用增程式油电混合驱动技术,只不过两驱电驱动系统是对向布置而不是纵向设定。但是,基于增程混动技术的驱动策略、行车发电策略以及怠速发电策略与赛力斯AITO问界M5十分仅此。

2代山猫高机动车族采用的增程混动技术方案,对直列四缸发动机和发电机的体积、自重以及热管理要求更高。而赛力斯AITO问界M5所适用的取消轮系、高热值、插混专用新状态四缸机,将全车热管理控制技术进行了整合。不单是提升了发电效率,还有助于降低外溢的热量,提升战场生存几率。

基于增程混动技术方案的车型可以通过设定轴间电机达到4x4、6x6、8x8甚至10x10。目前美军、日军、德军以及英军都在增程混动车型平台配置全时电四\六驱技术,并投入到实战环境进行测试。

增程混动平台下的电四驱系统可以做到前后桥检扭矩分配精准,在不考虑能耗的前提做到全时电四驱设定;在强调长距离续航里程的前提做到完全两驱设定。

笔者更愿意看到AITO问界M5展现的制造成本,增程混动方案的可靠性以及全时电四驱的技术优势,不仅在民用市场获得成功,在专用市场更可以成为被借鉴的典范。

新能源情报分析网评测组出品

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