解读通用技术日2021:电动化&智能网联化

2021-04-09 11:40:00 作者:黄恒乐

  【太平洋汽车网 技术频道】每年的通用科技体验日又到了。这一回,上汽通用汽车正式对外公布了公司的电动化智能网联化战略布局。因为涉及的信息量很足,因此笔者单劈一篇长文进行解读。

解读通用技术日2021:电动化&智能网联化

 
电动化战略
1
 
当前的布局

  目前上汽通用汽车已经布局了MHEV轻混动(48V电压系统)、HEV混动PHEV插电式混动BEV纯电动四种新能源技术型谱,并以轿车SUVMPV等主流车身形式呈现。

  纯电动大家都知道是什么回事,没有内燃机的就是,所以有些造车新势力的说自己的汽油机是“增程器”因此算是电动车,有点胡扯。混动车分为好几种,笔者简单罗列一下:

混动系统对比
学名别称/
常见系统
自启停制动回收独立驱动
车轮
可充电
Micro Hybrid
微混
自启停系统×××
Mild Hybrid
轻混/弱混
48V轻混
MHEV
××
Full Hybrid
强混
HEV非插混×
Plug-in Hybrid
插混
PHEV插混

  Micro Hybrid 微混 = 自启停系统 = 能让ICE歇10秒的12V混动系统 = 几乎所有车辆都装备了自启停,消费者认知当中不属于混动

  Mild Hybrid 轻混 = MHEV = 48V BSG/ISG电机 = 能让ICE歇3分钟的48V混动系统 = 英朗轻混/科鲁泽轻混/2021款XT5等

  Full Hybrid 强混 = 能让ICE歇3公里的高压强混 = 迈锐宝混动/君越混动等

  Plug-in Hybrid 插混 = 能让ICE歇50公里以上的、可充电的高压强混 = CT6插混/Velite 5/微蓝6插混等

2
 
将来的布局

  1912年,通用汽车制造的首批682辆电动车问世。

  1996年,通用汽车推出EV1电动汽车,成为首家将电动汽车推向消费市场的汽车制造商。

  21世纪,上汽通用在电动化战略上的最重要技术就是Ultium平台,这个电动化平台整合了通用汽车26年的电气化经验,将为中国市场带来灵活智能安全的电动化解决方案。

  上汽通用汽车和泛亚汽车技术中心参与了Ultium平台底层架构的同步设计开发,并依托高度本地化的业务链体系,实现近100%零部件的本土化采购

解读通用技术日2021:电动化&智能网联化

  基于Ultium平台打造的凯迪拉克智能纯电概念车LYRIQ将于2021上海车展首次全球公众亮相,其量产车型将于年内开启预售,明年上半年国内上市。

凯迪拉克Lyriq正式发布

  到2025年,上汽通用汽车将推出10款以上基于Ultium平台的国产新能源车型,覆盖别克、雪佛兰和凯迪拉克三大品牌。

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  长远看到2040年,通用将实现碳中和,这意味着企业直接或间接产生的二氧化碳或温室气体排放总量,通过植树造林、节能减排等形式,以抵消自身产生的二氧化碳或温室气体排放量,实现正负抵消,达到相对“零排放”。。

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3
 
Ultium平台的“灵活”优势

  刚刚我们提到Ultium有灵活、智能、安全三大优势,现在拆分开来聊聊。

  Ultium平台采用了中国本土化技术解决方案,柔性程度很高,从微观到宏观来看,可以提供2种电芯、2种模组、3种电池包。

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  A、电芯:

  电芯是动力电池包的最小单元,目前Ultium有两款可选,而且都不是常见的18650、21700圆柱电芯。下图的是方形电池,采用NCM811高镍配方,这意味着能量密度很高(相对622而言),但热稳定性要接受更大的挑战,后文笔者会聊到如何解决。

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  另一种电芯就是软包,采用NCMA四元配方,能量密度会进一步提升。

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  上汽通用表示,Ultium平台下的电芯支持不同化学配方、电芯封装形式、排列组合,甚至2种不同电量的电芯可以串联可以并联。无论是磷酸铁锂、三元锂电池,还是未来可能应用的锂金属电池、固态电池,都能为其所用。

  这就比较神奇了,因为不同配方的电芯会有非常不同的充放电特性,甚至电压平台都不同(比如磷酸铁锂才3.2V),所以暂时未弄清楚具体是怎么个组合法,笔者打算在月底或下月初再开一篇聊聊Ultium平台的电池。

  想了解更多电池分类的知识,可以点击笔者的劣文查看:

电池研究院:新能源汽车为何总是自燃?

  B、模组:

  用N个电芯组合起来,就是模组,这是高压电池包结构的二层,通用Ultium提供了2种模组方案。下图的是方形电池组成的模组,这是12枚方形电芯组成的模组,外尺寸是同一规格的。

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  我们还可以通过剖面看到里面的物理结构和电控单元,那些“400m足球场缩小形状”就是每一枚方形电芯的顶端中部,往前文翻3张图你就能看到原样,看完之后你就知道电芯是横着放进去的。

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  C、电池包:

  用模组拼合,就可以成为高压电池包。Ultium平台提供了三种电池包方案,分别使用8模组、10模组、12模组自由组合。不同数量的模组可以实现不同等级的续航与性能配置,这相当与汽油机时代的1.3T、1.6T、2.0T(这个类比传神不)。

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  因为模组的尺寸完全相同,因此电池包柔性化程度大幅度提升,Ultium平台可以随时替换、升级电池模组,可轻松支持功能的升级和电芯配方的优化。

  D、电驱系统:

  除了电池包的灵活特性之外,Ultium还提供了驱动系统的灵活特性,可以通过在不同轴安装不同动力等级的电机,实现多元化驱动形式,一共3套电驱系统组成7种驱动组合。

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  前驱、后驱、四驱,什么都能做。左驱?别闹。

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  下图就是一台前置的驱动电机,与多数主流车企一样,通用也是高度集成了电驱单元(电动机、逆变器、减速器、冷却系统等)。

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  下图是一台后轴电机。

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4
 
Ultium平台的“智能”优势

  Ultium平台的智能不是某些造车新势力胡乱整的网络K歌概念,这是一种电控技术的升级,把传统的BMS升级为Ultium平台业内首创的无线电池管理系统(wBMS),开发空间和技术灵活性得到大幅提升,配合通用汽车全新一代VIP智能电子架构,将支持更精细化的系统管理和功能的迭代升级。

上汽通用公布电动化及智能网联化战略布局

  为何BMS要用无线的呢?简单啊,大家用过真无线耳机对吧?优势理解一下:方便方便还是方便,没线就不会被自己犯傻夹断线材,与智能终端之间的兼容性也强了一大截。下图是正在进行无线通讯测试的Ultium电池:

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  为什么之前不用无线呢?因为贵且技术不成熟,现在已经解决了,如今无线电池管理系统可以使电池包减少90%的线束,减重的同时增加了体积能量密度,提升了续航里程,带来更低的故障率。配合VIP智能电子架构,无线电池管理系统的远程迭代更新成为日常。

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  此外,在生产端,电池包的生产工艺获得大幅简化,电芯的无线通讯能力提升了电池自动化装配的效率和质量。

  在回收端,无线电池管理系统还为电池的回收带来很多裨益,让电池可实现便捷的二次利用。有兴趣的朋友可以点击我的劣文了解电池回收:

电池研究院:为何双擎喜欢用镍氢电池?

5
 
Ultium平台的“安全”优势

  好了,接下来是全文重点,我们来聊聊电池安全。

  Ultium平台与本土供应共同研发的三元锂电芯优化配方,提升了10%的热稳定性,具备低衰减、长寿命的优势。

上汽通用公布电动化及智能网联化战略布局

  正极采用纳米级包裹,加上定向掺杂过渡金属原子,比基础配方的热稳定性提升10%。

  负极采用最新材料和优化工艺搭建高速离子通道,进一步延长电芯工作寿命并支持全生命周期的快充。

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  依托实时智能监控系统、纳米级航天材料气凝胶、安全阀和排气通道的专利设计、防拉弧设计、集成式全独立液冷系统、气凝胶防火毯等7重保护,Ultium电池实现了行业领先的热稳定性能,且支持全生命周期快充而对电池容量几乎没有影响。

上汽通用公布电动化及智能网联化战略布局

  1、实时智能监控系统:三重传感器,24小时不间断、高频率监测,自动控制温度,这是监控的中枢。

  2、电芯间隔热墙:航天级隔热材料新一代气凝胶,有效降低电芯之间的温度传递。

  3、抑制热扩散专利设计:独特的“安全阀+快速排气通道”设计,快速降温,抑制电芯热失控时的热量扩散,也就是降低“链式反应”的可能性。

  4、模组集成式液冷系统:模组底部集成独立液冷板,与传统整包式液冷板设计相比,新系统的换热效果提升10%左右。

  5、后置大面积防爆阀:一旦热失控立即进行快速散热,为整包降温。

  6、乘客舱保护:电池包上盖内置气凝胶防火毯,防止热量向乘员舱扩散,毕竟热都是往上走的。

  7、防拉弧设计:高压元器件在电芯热失控后可以防止拉弧(气体放电)。

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  此外,Ultium电池还会在遇险时主动放电确保救援安全,受到剧烈碰撞5秒内完成主动放电,跟飞机迫降放油是一个道理,可以提升冗余度。我在此前的文章中提到过,满电的高压电池包是非常危险的,就是一个装满了汽油的铁桶。

  接下来聊一下物理结构。Ultium平台可以全方位满足电压、电能、物理防护、电力系统负载端绝缘的电动车五安全的设计标准。

  通用对其进行了非常多的严苛测试,在满足国家法规和C-NCAP等要求的基础上,增加底部球击工况、过铁轨工况等复杂工况场景的测试。下图的Ultium高压电池包正在台架上接受振动测试。

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  上汽通用还使用了高于国际和国内的柱撞标准,模拟从A柱到C柱连续多位置进行柱撞,因为侧撞面是整车最薄弱的部位,吸能的缓冲空间极狭窄,多数车企不敢做这种操作。

解读通用技术日2021:电动化&智能网联化

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  全新电池物理防护架构采用高强度的井字形框架结构,超高强度钢占比37.5%,高强度钢占比约61%,整包的抗挤压性能为国标要求的3倍,此外还有IP67防尘防水和IP6K9K高压喷水防护的密封等级。

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  下图:

  1、电池包内的横梁与上盖总成侧边防护梁采用1500MPa超高强度钢材。

  2、托盘总成采用10000MPa底部防护。

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  因为拥有如此硬核的电池壳体,整车的抗扭刚度提升约45.8%,对整车安全有促进作用的同时,也可以提升操控极限。

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电池性能测试台架

  Ultium平台达到了行业系统功能安全最高等级ASIL-D,不过这个等级代号大家可能比较陌生。

  这个标准来自2011年发布的《道路车辆功能安全标准》 ISO 26262,为汽车上电子/电气系统的功能安全设计提供指引。

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  ISO 26262标准当中,其中一个步骤是对系统进行危害分析和风险评估,标准为“汽车安全完整性等级”(ASIL,Automotive Safety Integration Level),从低到高分为A、B、C、D四个等级,跟各位学校和公司绩效评级是相反的,ASIL-D在车辆安全当中是最高级。

  关于电池安全技术,本文没办法详细聊完,大家可以点击笔者放在下方的劣文进行深入解读:

电池研究院:为何汽车需要48V电压系统?

电池研究院:让电池命丧黄泉的锂枝晶

 
智能网联化战略
1
 
当前的布局

  现在数不清的造车新势力在整PPT的时候都喜欢自诩“智能汽车领导者”,实际上美国阿波罗15号登月飞船带上去的LRV月球车就已经用上了通用自家的车载通讯技术,而LRV当然也是通用参与研发的。

  1996年,通用推出了新的数字化导航OnStar。没错,就是今天的安吉星,它才是汽车卫星导航的鼻祖,现在那些所谓智能汽车要拜祖师爷的话记得别拜错了。

  首批OnStar在凯迪拉克Deville、Seville、Eldorado三个车系上运用,当时也只有豪华品牌用得起卫星导航。

………………………………………………

  2009年,安吉星在中国开启了车联网服务;2015年,上汽通用在中国首推车载4G LTE连接服务,目前安吉星与4G车联网已经渗透到上汽通用旗下雪佛兰、别克、凯迪拉克三个子品牌之上。

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  卫星导航时代的来临,跳出了永远不可能精准的离线地图领域,实时地、主动地校对当前方位,真正做到时效与精度不拉胯。在这里说一个安吉星的真实段子吧:

  有位通用车主酒驾之后撞上护栏,单方面事故,然后那货下车打电话叫人来顶包,好让保险的人来拖车定损。

  与此同时,安吉星服务台即使询问车里情况,发现没人应答,以为车主晕过去了,立刻就报110和报120了。后来警察比顶包的人来得还早,人民警察出警速度一级棒。不过车主就这样被抓了……

2
 
未来的布局

  2025年之前,上汽通用汽车旗下三大品牌(雪佛兰、别克、凯迪拉克)的所有新车型都将应用这一全新的电子架构,基于该架构的产品和技术将持续为消费者带来更迅捷、安全、智能的出行新体验。

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3
 
什么是“VIP”?

  那个……此VIP非彼VIP。

  全新一代VIP电子架构 = New Generation Vehicle Intelligence Platform = 全新一代车辆智能平台

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  VIP智能电子架构具有高速网络数据传输能力、整车级OTA更新功能、航空级网络安全以及无限可持续拓展潜力。它打通了“”,为软件定义汽车及汽车智能化提供了有力支持。

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  简单来说,全新一代VIP电子架构是通用旗下车辆的内部运算和通讯架构,是整套车载电子系统的物理基础。新架构的通讯速度为1.28GB/s,每小时的数据处理能力为4.5TB,可谓智能汽车信息沟通的高速公路。

上汽通用公布电动化及智能网联化战略布局

  上汽通用汽车旗下三大品牌所有新车型都应用全新一代VIP智能电子架构之后,可以加速推进全新一代VCS虚拟座舱系统的应用、继续大规模OTA远程升级、V2X的运用场景更多元化等等,通过不断提升车联功能和服务的体验,使车辆“常用常新”。

4
 
全新一代VCS虚拟座舱

  上汽通用汽车正加速推进智能座舱系统的应用,集成了行业领先的硬件配置交互技术,从功能、交互到服务带来智能高效、无缝连接的多维体验和丰富功能。

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  全新一代VCS虚拟座舱配备了高性能车规级SoC、33英寸环幕式超视网膜屏、双景深激光AR-HUD、新一代智能语音助手等硬件和技术,提供无感停车、智慧补能、异地出行、通勤规划等场景服务,并与百度地图、QQ音乐、爱奇艺等互联应用合作。

上汽通用公布电动化及智能网联化战略布局

  全新一代虚拟座舱采用的硬件配置颇为硬核,就拿车规级SoC来说吧,来自高通的8195芯片是骁龙865的车规级版本,而后者是高通进入5G时代之后的第一款完全体SoC,内置5G基带、原生支持全速率WiFi6、支持低功耗蓝牙5.1,功耗不变前提下性能提升20%。

  这款高配车规级芯片会给豪华品牌车辆提供强大的算力。

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  下图的33英寸超视网膜屏有很高的动态对比度和分辨率,是一块超宽柔性屏,具体到2022年率先在凯迪拉克品牌新车上投放。

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  人机交互软件不用驾乘人员付出多少学习成本,直接运用了图层式卡片界面,支持自定义排布,融合国内主流APP。

解读通用技术日2021:电动化&智能网联化

  双景深激光AR-HUD是HUD抬头显示的升级版,可以直接将HUD信息投到行车视野中,这在W223奔驰S级上也能见到。通用采用了“双景深”功能,将本来二维的显示信息做得更加立体化,驾驶者可以获得更加直观的信息。

解读通用技术日2021:电动化&智能网联化

  延续去年首次开启的大规模OTA升级的成功经验,上汽通用汽车今年还将继续实施大规模OTA远程升级

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  未来,通用还将支持多模块的OTA并行刷新,不但速度更快,而且能够保证功能升级的协同和可靠性。

5
 
自动辅助驾驶技术

  在车载通讯技术部分,上汽通用2020年推出了业内首批搭载V2X(Vehicle-to-Everything)通信功能的量产车型,这是全面投放智能汽车的一个良好开端。

解读通用技术日2021:电动化&智能网联化

  车联网是智慧出行生态的关键组成部分,上汽通用汽车正在努力推进“2025车联网战略”。

  2020年由别克品牌率先发布的量产版V2X(Vehicle to Everything)技术能够实现车与车(V2V)、车与道路基础设施(V2I)之间的信息交互及共享能力。同时,别克V2X技术未来还将融合高级驾驶辅助系统(ADAS)的功能。

  在技术应用初期,别克V2X技术提供车与车通讯相关的紧急制动预警EBW、车辆失控预警CLW、异常车辆提醒AVW、交叉路口碰撞预警ICW以及车与道路基础设施通讯相关的限速预警SLW、闯红灯预警SVW、道路危险状况提示HLW、绿波车速引导GLOSA共8项功能。

  未来,V2X智能交通技术将配备在更多车型上,并随着智能基础设施的不断完善,实现更完整的“车-路”和“车-车”感知。

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  同样是在2020年,通用推出了Super Cruise超级智能驾驶系统,率先在凯迪拉克CT6上搭载。今年,增强型Super Cruise超级智能驾驶系统将在凯迪拉克车型上首发,增加指令变道等更多辅助功能。

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  未来5年内,Super Cruise超级智能驾驶系统将覆盖凯迪拉克品牌大部分车型,并逐渐应用于别克和雪佛兰品牌未来新车型。

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  车道居中智能巡航功能将应用到三大品牌超过80%的车型上,并在Ultium平台车型实现100%全覆盖。

上汽通用公布电动化及智能网联化战略布局

  新一代智能泊车辅助系统将通过更全面的感知技术,支持更多种类车位识别,同时引入遥控自动出入库模式,以应对中国复杂的泊车场景。

解读通用技术日2021:电动化&智能网联化

  未来,上汽通用汽车还将引入功能更强大的下一代智能驾驶系统,实现Door to Door出行等更多功能。

 
零事故 零排放 零拥堵

  通用汽车集团的公司愿景的“零事故、零排放、零拥堵”,这就意味着必须实现电动化与智能网联化。

解读通用技术日2021:电动化&智能网联化

  通用将设计与制造“电动智能网联汽车”作为终极目标,希望成为EICV行业的领导者。

解读通用技术日2021:电动化&智能网联化

  这就涉及到相关领域的投资与研发,以下是本文总结:

  1、电动化:

  到2025年,上汽通用汽车将推出10款以上基于Ultium平台的国产新能源车型,覆盖旗下三大品牌。

解读通用技术日2021:电动化&智能网联化

  2、智能网联化:

  2025年前,全新一代VIP智能电子架构将应用于上汽通用汽车旗下三大品牌的所有新车型。

  全新一代VCS虚拟座舱系统将于2022年率先搭载于凯迪拉克车型,并陆续推广到旗下三大品牌。

  基于VIP智能电子架构的增强型Super Cruise超级智能驾驶系统将在凯迪拉克车型上首发,并逐步推广到别克雪佛兰未来新车型上。

  今年将继续实施大规模OTA升级,未来支持多模块的OTA并行刷新。

解读通用技术日2021:电动化&智能网联化

  3、总投资:

  预计到2025年,上汽通用汽车在电动化和智能网联化新技术领域的规划投入将超过500亿

解读通用技术日2021:电动化&智能网联化

  当“软件定义汽车”的时代已经来临,百年通用是否依然是行业的执牛耳者,就看接下来的市场表现了。一家以“零事故、零排放、零拥堵”为集体理想的公司,总比那些以上市割韭菜为理想的公司要来得有志气。

(图/文/摄:太平洋汽车网 黄恒乐)

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