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徐向阳:混动系统技术路线竞争格局和发展趋势

3月25日,由汽车评价研究院、世界十佳混合动力系统评委会主办的“第二届世界十佳混合动力系统评价结果发布暨技术论坛”在机械工业出版社正式举办。数十位行业领导、评委会专家、车企领导、零部件供应商精英等齐聚北京,共同见证世界十佳混合动力系统评价结果的发布,并围绕“混合动力内卷元年挑战与破局”主题展开深入讨论。

在第二届世界十佳混合动力系统评价结果发布暨技术论坛上,评委会主席、北京航空航天大学交通科学与工程学院学术委员会主任、国家乘用车自动变速器工程技术研究中心常务副主任徐向阳发表了主题为“混动系统技术路线竞争格局和发展趋势”的分享。

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评委会主席、北京航空航天大学交通科学与工程学院学术委员会主任、国家乘用车自动变速器工程技术研究中心常务副主任 徐向阳


尊敬的各位来宾、女士们、先生们:

今天,我的重点是讲讲我个人对目前国内混动技术路线竞争格局和发展趋势的看法。刚刚庆文院长的精彩报告很多我们是有共鸣的,我觉得做得非常好。我这里分享两个内容,第一是本次评选情况介绍,第二是我个人的一些看法。

一、第二届世界十佳混合动力系统评价介绍

今年是第二届世界十佳混合动力系统评价活动,这也是第一次将混合动力单独拿出来进行评价,其中参与评选的两款车型是油电混动(HEV),有8款是插电混动(PHEV),还有5款是增程式混合动力产品,从混动技术的层面来讲,它算是串联混动的技术。

本次入围的产品有:

电脑屏幕的照片上有文字

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我们看到,入围的这些系统基本上代表了国内现在混合动力系统的主流技术。2023年,混动系统的产品上市车型非常多,几十个车型里面能够进入到这15个入围车型里面,可以说“入围就是荣耀”。

在整个评选过程中,我们采用了主观评价和客观评价相结合的方法,评价的标准是以产品技术的领先性、重要性以及市场性作为三大核心指标,经过专家主观和客观的评价,通过多轮的投票,大家观点一致以后,最后产生出最终的结果。和往届一样,今年的评选也还是在场地实际进行的,评选开始有一个小范围的技术交流,参与的单位都会对我们的关键技术和产品作介绍,专家有什么问题也可以和各位评委进行交流,我们进行试乘试驾再进行测评,最后我们开会讨论出了这个结果。我们一会儿会宣布结果,我在这里暂时保留一点悬念,一会再把结果正式宣布。

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二、混动系统技术路线竞争格局和发展趋势

接下来,我想讲讲目前我们的竞争格局和发展趋势。

混动系统技术路线竞争格局

其实混动技术路线在不同车系中的发展情况不太一样,日系的丰田本田日产三大车企都有自己的技术路线。丰田就是功率分流THS,本田是著名的IMMD串并联系统,日产就是它的串联增程E-power。美系的通用、福特是以功率分流作为技术的代表,它有单模的,也有多模的。欧系、韩系是以PX并联为主,特别是以传统自动变速器P2+AT/DCT/AMT的技术为主,这是欧系的特点。中国目前是串联(增程)、并联、串并联、功率分流各种技术路线都有,百花齐放。现在的主要技术路线是串并联混动,特别是多挡位串并联DHT(Dedicated Hybrid Transmission)创新方案、技术和产品方面,经过最近这些年的发展,我们实现了从跟随到引领的跨越。我们在插电式混动系统里面确实做到了世界领先,这个领先有几个指标:首先,单论车型销量,我们的插电混动是处于领先水平的,不仅是销量领先,插电混动的专用发动机、机电耦合变速器系统里面的关键技术,以及搭载到整车以后关键的技术指标,比如说有代表性的加速性能、油耗、NVH等关键的技术指标,我们都处于领先水平。

国内的自主品牌企业也把混合动力技术作为自己的技术品牌来做营销,每家公司都有自己的技术品牌,无论是在座的吉利、长安,还是长城、广汽,大家都有自己的品牌在发布。实际上,无论是中国、美国、日本、欧洲,混合动力技术的发展水平跟各个国家的产业链技术积累和产业链基础密切相关。混合动力技术是在整个汽车电动化过程当中将传统汽车产业链进行传承,把内燃机的先进、优势的部分,和电机先进、优势的部分有机结合,是产业链融合的一个最好的解决方案。比如说丰田有爱信,爱信专门做AT的,它对行星排系统研究得很透彻,所以丰田就基于行星排做出了功率分流。那本田为什么是串并联,而且用定轴齿轮?我们知道本田做AT的时候就是采用定轴齿轮,它的技术就来自这儿,它对定轴齿轮做AT、做转速的控制研究得非常透,那它的技术很自然就过渡到这里。至于通用和福特,美国人一直喜欢用AT,所以他们也做功率分流——单个、两个甚至三个行星排做在一起。欧洲人最早开发了DCT,AT和AMT的技术都很好,因此欧洲企业决定做P2,此外还有一个很重要的原因是,欧洲很多地方不限速,车速可以达到200公里/小时,这意味着功率分流等技术受到了很大的限制,P2就可以很好地满足高速行驶的工况。所以不同的技术路线不是随便来的,演变到今天背后是有深层次迭代逻辑的。

从串联的角度来看,国内外具有代表性的串联混动产品,例如最早推出的日产e-power,它是一个串联混动产品,实际上也是一个增程解决方案,在整车上,我们称之为增程。国内做增程动力的,如问界、理想等品牌大家比较熟悉的,代表性的产品有日产、理想、深蓝、岚图、猛士等等,其中也有我们这一届获奖的混动系统。中国在串联混动产品,或者说里面有很多的技术创新,尽管我们说串联混动有它的弱项,比如说高速行驶的时候馈电的噪音可能会大一些、能耗会更高一些,但围绕着这两个缺点,我们中国特色的增程有以下几个贡献:首先,为了减少发动机的介入工作,减少增程的使用,我们做的方案是提升纯电长续航里程。另外,为了解决它馈电以后的动力性不佳的问题,大家都在用大功率的增程器来解决这个问题,在高品质的NVH控制上做了很多的技术创新,所以增程也有比较好的NVH的性能表现。此外就是对产品的独特定义,特别是理想这些年对增程技术的推广,它在产品定义上做了很大的贡献。这是我们中国特色的增程,我称作“中国特色增程”,和西方人做的增程有很大不一样的地方,也是中国做混动开发我们的技术人员对世界混动汽车的贡献与创新。

并联混动产品,主要是在欧洲的采埃孚奔驰大众奥迪等企业根据自身的AT或DCT技术做P2的混动,而国内主要为长城P2的9AT,现在长城叫Hi4-T,此外长安蓝鲸iDD P2是基于他们六档的DCT来做的。并联混动虽然是一个单电机的混动技术,但有一个最大的特点——发动机和电机多档位驱动,特别适合高速行驶的、极限越野的情况,这是并联混动产品的特点。这也是为什么长城在坦克系列里面,无论是300、500还是700,采用的都是Hi4-T的混动,因为坦克玩的就是极限纯越野。

串并联应该是在混动系统里面我们国内研究最多、投入精力最大、创新性最强的一个技术细分领域了,这种产品起源于本田,后面有比亚迪DM-I单档DHT、五菱单档DHT、广汽1.0、1.1单档DHT、钜浪混动两档DHT等,现在所有串并联混动变速器大家基本上是把两个电机用平行轴布置的,我觉的在大的构型方面,这是我们中国人做了一个比较大的贡献,通过把两个电机平行布置,大大缩短了同轴布置方案的轴向尺寸,使其可以更好地在整车上布置,广汽GMC1.0最早发明了这种双电机平行轴布置的构型方案。中国对串并联混动的另外一个大的贡献,就是我们把它做成了多档化,包括广汽钜浪的混动2DHT,还有后出现的坤泰两档,北汽魔方、奇瑞鲲鹏三档,吉利三档基于行星排的DHT及最新的采用定轴的三档Evo的DHT,东风一档和四档的混动系统。采用的变速机构有用行星排的,也有定轴变速机构的,换档的或者换模元件有采用湿式离合器的、同步器、电磁换档离合器或者滑动磁套的,用各种各样的机构来实现它的档位变换以及高效模式的切换。总体来讲,我们在整个串并联混动构型创新方面也是引领了世界。实际上,从性能最优的角度来看,三档和四档的DHT可以实现性能最优,两档DHT性价比最高,一档DHT是最低的成本解决方案。中国市场车型太多了,中国的市场太大,不同级别、不同车型、不同用户定位也不一样,我们需要不同解决方案来满足不同用户的需求,并不是说一档就肯定是最差的,或者三档复杂了、成本高了就不好,我们不能这么来看待一个技术的好和坏。实际上,结合我们用户的需求和产品的定义,把我们最合适的技术用在最合适的产品上,那你的技术路线就是最优的解决方案。

功率分流型混动DHT产品主要由丰田、雷克萨斯车型应用,经过了几代的技术发展,丰田也做了很多的创新,在功率分流的变速器基础上,增加了两档或者四档的AT,这样来扩大它的速比范围,增大轮端扭矩的输出。通用和福特也是做双模、多模的功率分流来增加它的档位,来解决它的动力性问题。目前包含1-3个行星排,单模、复合功率分流,有单模/双模的输入,横置/纵置解决方案,或有功率分流加多档的变速器。我认为从性能的指标来讲,未来多模功率分流的性能可能会优于单模的功率分流,同时为了解决它的动力性问题,单模型功率分流加上一个多档位的变速器,我想在混动系统里面会得到比较好的应用。

人手上拿着纸

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混动系统技术路线发展趋势

发展趋势1:混动市场与电动长期战略并存

从2020-2023年纯电动、PHEV的同比增长速度看,2021年和PHEV的增速基本一致,大约在160%左右,但从2022年开始,PHEV插电混动的增速明显要比化的增速高。从市场渗透率的角度来看,2022年和插电混动市场占有率差别是14%,到了2023年就差11%,差距缩小了3%。

我个人判断,未来PHEV增速会继续高于纯电动的增速,市场比例未来趋于1:1的水平,2027年以后HEV会快速增长

原因是什么?我们的混动技术从机电耦合机构或者混动变速器的角度来讲,我们可以用在插电混动,也完全可以用在HEV,当政策优惠取消以后,比如说税收等等政策退坡到2027年取消以后,HEV的低成本、低价格优势就会显现出来,所以2027年以后HEV会进入到一个快速增长的阶段。据我了解,现在很多汽车企业已经开始在布局HEV的车型,明年开始陆陆续续会有一些HEV车型进入市场。所以PHEV或者HEV的增长,带来的效果是乘用车缓慢实现对传统内燃机汽车的替代。

但是传统燃油车在出口市场当中仍是一个主力,我们不能说传统燃油车就没了,我们的传统燃油车该造还是造,因为还需要满足出口的需求。比如奇瑞一年出口的上百万辆车几乎全是燃油车,用的都是传统变速器,这是一个非常大的市场。去年长安刘总跟我说,长安的DCT也出口了70万台,所以传统燃油车出口市场实际上还拥有很大的规模。

我觉得从市场角度来讲看未来的发展,混动绝对不是一个过渡期的技术,刚才李院长也论证了很多,他也提出了很多的疑问,但我认为混动就应该和、电动化长期战略并存,这是一个很清晰的答案,我觉得不需要疑问。李院长还比较客气地问了10个问题,我实际上就可以直接给出答案了。

发展趋势2:从混动变速器总成构型创新向基于整车的混动系统架构创新

在混动变速器总成的构型上,前期我们做了很多的创新,在串并联混动上、功率分流上做出了一些贡献,但主要的核心还是集中于混动变速器,或者称为混动机电耦合机构上的创新,比如把电机布置为更适合车辆的布置,或者用更多的档位来满足整车的动力性、改善它的经济性等。但是现在,中国人在混动技术上引领世界的一大创新,就是长城做出了Hi4的混动构型,把一个串并联的混动系统的两个电机拆分成了两个驱动系统,一部分在前桥,一部分在后桥,通过轮端耦合,相当于把变速器本身的机电耦合和轮端的耦合结合在一起,很好地实现了四驱功能,用两个电机实现了串并联的功能,又实现了很好的四驱,我觉得这是在混动构型上中国人一个很大的创新,是从总成构型创新向基于整车混动架构创新的一个巨大跨越,这也是我们非常自豪的地方。

但是混动构型创新仍然是未来竞争的关键点,不过目前混动构型的创新基本接近天花板,接下来,品质、成本、能效的竞争会越来越重要,谁能够未来在这三个方面做好,谁就会在未来的混动竞争中占领竞争优势。

发展趋势3:电机/电控/机电耦合核心零部件技术——高品质、低成本

我们围绕着电机电控和机电耦合核心部件的技术去进一步做深度优化,实现高品质和低成本,比如机械结构集成和电力电子的深度集成、性能深度耦合、基于数字孪生和AI技术的远程智能检测等途径,从而实现更高的集成度、更高的效率、更低的噪声、高可靠性和智能化。

比如说,NVH一直是我们做混动系统的一个核心问题,围绕着混动系统独有的多路径、变工况、多源激励、结构耦合震动等这个复杂的耦合震动系统,应从零件端、部件端、整车系统去进行全路径震动噪声的优化,零部件层面上的优化包含齿面宏微观参数的优化、电机槽机的优化、机械的优化等,在总成上去做到静声效果更好。此外,发动机和机电耦合系统集成在一起后,通过持续优化将整个系统的振动相互解耦,从而降低NVH。以上这些举措,是在核心零部件方面如何持续优化NVH的技术路径。

再比如说高能效问题的解决,高能效的关键的是能量管理,随着智能网联技术的应用,如何充分利用智能网联信息,使得混动系统的能量管理策略能够持续优化、能效不断做到提高,进而降低能耗,这是我们下一步竞争的核心点。我们前期也做了很多的研究,通过持续优化能量管理策略,我们可以轻松地将整车油耗降低15%甚至更高,所以我认为下一步解决高能效问题的核心竞争力是要在智能化方面下功夫,智能化主要是能量管理策略,我们前期也做了很多的研究,对于可以应用于智能能量管理策略上可用的技术和方法进行了梳理。比如利用瞬时工况信息和驾驶人信息,随着智能化慢慢利用全局工况信息和自动驾驶汽车信息,逐步去提高智能化的技术和水平,使我们的能耗快速地去降低。国内现在基本上可以做到第二阶段,前向工况信息和驾乘人信息的融合,有一些已经可以利用导航信息等去优化我们的路径,按照驾驶员的驾驶习惯去对它的能量管理策略进行优化,我们很多企业,比如说广汽、吉利前期都做了这个方面的创新。

发展趋势4:基于智能网联的混动智能能量管理策略——高能效

根据不同自动化程度,我们如何处理能量管理和智能网联化之间的关系,我们已经进行了研究,这幅图可以为我们在后续的优化方面提供参考。

总体来讲,未来混动系统的发展,还是要通过构型创新、系统集成化和智能的能量管理来持续地优化我们的品质,降本提效,提高我们的竞争力,使混合动力有更持久的生命力。

穿着蓝色西装的人

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五点总结

  1. 电动化和低碳化的背景下,混动和纯电动会长期并存,特别是对于传统造车企业来讲,混动系统应该是传统企业电动化转型的核心竞争力。
  2. 企业基于各自的技术和产业基础、产品定义和对客户的需求理解,采用的技术路线选择不同。混合动力系统技术路线百花齐放,在竞争中发展,推动行业的技术进步和市场占有率的提高。
  3. 串并联混合动力系统的技术和产品,我们实现了从跟随到引领的转变。国内混动产品的竞争日益激烈,多技术路线发展,应该是我们国内企业满足不同车型和客户需求的必然选择。过去,我们只有单一的混动产品,但现在,随着市场规模的不断扩大,我们的客户群也越来越多,用一个混动产品去满足所有客户群的需求已经不太行了,还是要再去做持续的创新,按照产品定义去做新的产品开发。
  4. 混动是一个增量市场,尽管竞争日趋激烈,但是由于自主产品和市场形成只是近几年的事情,因此对整个混动产品企业而言,市场机会仍然很大,特别是技术进步会带动整个行业快速发展。
  5. 混动构型创新、电机电控电传和关键零部件的持续优化、智能能量管理策略和控制技术,是未来混动系统竞争的关键,竞争的核心就是高品质、低成本和高能效。

最后,提前祝贺十佳混动系统获奖的产品和企业,预祝颁奖活动能够取得圆满成功。

谢谢大家!

声明:本文为“汽车评价”原创,欢迎关注,如需转载,请注明出处。

标签: 亚洲龙 混动

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