针对未来出行趋势,这家公司推出了一系列尖端技术

随着混合动力及氢燃料电池技术的应用不断深入,更具效率的增压技术在更大程度上被行业所需要。

在这一背景下,科技公司盖瑞特(Garret)在2021上海车展期间展示了一系列基于电气化动力总成需求而开发的新一代电动增压技术。盖瑞特是一家总部位于瑞士的汽车技术解决方案供应商,其前身是霍尼韦尔交通系统部门,2018年拆分后独立成为目前的新公司。

盖瑞特最新的电动增压技术具备高度工程化的技术特点,其研发目的主要为了满足汽车制造商对降低油耗及尾气排放的需求,同时兼顾车辆的动力性能提升。

从工作机制来看,盖瑞特48V/400V一体化的电动增压器集成高速电机,可为轻度混和动力以及深度混和动力汽车提供电力辅助增压。其复杂的电机控制系统可以超过每分钟20万转,同时具备能量回收功能,可显著增强发动机在全工况下的瞬态响应性能,并进一步降低油耗表现。

盖瑞特中国乘用车业务总经理王成龙表示,上述解决方案的技术难点在于,由于位于涡轮轴位置的电机体积非常小,没有足够空间布置位置及转速传感器,因此盖瑞特将直接通过软件来实现控制功能。

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通过软件发出的明确指令,电机能够非常精确地达到发动机匹配所需的转速,并由此产生发动机所需的气流,从而起到精确增压的效果。

根据不同车辆所标定的性能需求不同,上述电动增压器可实现多种功能。盖瑞特方面称,如果汽车制造商采用偏重性能的应用策略,那么在采用上述技术后,可用2.0升发动机替代以往的4.0升V8发动机,油耗表现方面则预计可节约1%-3%。

“在高速巡航的时候,还可以将多余的废气能量转换成电能回收,补偿电池或电驱系统。这都是通过盖瑞特自有的能量管理软件来控制实现的。”王成龙介绍称。

他透露,这项源自F1赛事的电动涡轮增压技术将在年内由一家欧洲豪华乘用车品牌率先实现量产。但出于保密原因,盖瑞特方面未提及该品牌的具体名称。

另一方面,盖瑞特还推出了和涡轮增压器组合使用的电动空压机,后者可通过电力为轻度混和动力和深度混和动力汽车提供额外动力。

和电动涡轮增压器类似,电动空压机也内置了高转速电机,可以驱动压轮极速响应,消除涡轮迟滞,并让发动机实现更大扭矩。

针对氢燃料电池汽车动力系统,盖瑞特同样开发了分别用于乘用车和商用车的电动空压机,以帮助燃料电池提升燃料电池堆的功率密度和效率,并通过膨胀端的特有设计实现能量回收,节约能耗并降低使用成本。

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目前,盖瑞特的氢燃料乘用车用400V空压机和商用车用700V空压机均使用了无油空气轴承,满足氢燃料系统的特定需求。

相较第一代产品(搭载于已实现量产的本田Clarity轿车),盖瑞特新一代电动空压机的体积缩小了近30%,更容易被布置,同时通过减少使用贵金属材料令应用成本下降。

此外,新一代产品的转速电机在转速方面从10万转提升到了15万转,其功率消耗也将在第一代电机20千瓦功耗的基础上下降25%。

“我可以给大家一个概念,燃料电池电堆输出的功率假如说是100千瓦, 总电量还要支持空压机自身的消耗。所以我们希望尽量的把它的功耗降低,把电留给车辆运行使用。”王成龙解释道,“这5千瓦现在意味着什么? 大概目前市场上的行情大概1千瓦电堆的成本大概在5000-8000元,如果4-5千瓦就是节约几万元的初始成本。”

同时,新一代的产品还可以选择有能量回收功能的膨胀端设计,可将电化学反应产生的高温废气转化成电能,以实现能量回收。这一设计可令能耗再降低30%。

盖瑞特在上述场合同时展示了第二代及第三代电动空压机。王成龙表示,第三代产品将针对10万台级以上车型。

“首先,因为目前二代氢燃料二级电动空压机是分体式的,装在一个数量级相对较少的车型上很难做成集成,需要为每个车型单独开模,导致成本增长。此外,我们希望尽量将产品通用化,中间可以通过高压的电缆来连接。如果数量级到10万台以上就可以支持,我把它做成集成式。”他解释道。

在同一场合得到展示的,盖瑞特VNT技术则通过调整喷嘴环上的小叶片(截面)开口,来控制流经涡轮的废气流量,使之与不同转速的发动机始终达到最佳的适配效果,发挥最高效率。

可变截面涡轮增压配合米勒循环,是目前主流的技术路线之一。这一技术搭配在降低油耗的同时,可实现更好的发动机瞬态响应和动力表现。

“未来3-5年,VNT技术在欧洲的占比将会非常高。在中国,我们盖瑞特武汉工厂明年年初完成二期扩建项目后,会引进全国乃至全球首条高速全自动VNT生产线,为更多国内(合资和自主品牌)诸多车型配备相关产能。”王成龙说。

在智能互联领域,盖瑞特同样针对网络安全及车辆健康问题,推出了成熟的解决方案。

为了成功将黑客阻挡在车外,盖瑞特开发了一套严密的汽车网络安全系统,其工作原理相当于在驾驶者与黑客之间筑起了一道能够识别攻击并进行区别化处理的“防火墙”。

通过入侵探测与防御软件(IDPS),上述系统一旦探测到异常命令,就会立即通过防御软件终止已知威胁,并将相关信息发送至安全运营中心(SOC)。在该中心,此类信息经由机器诊断或人工分析,最终被发送给汽车制造商。后者则可据此对汽车进行软件升级,从而达到补救和防范的目的。在此过程中,用户也将通过手机收到关于黑客攻击的通知。

目前,盖瑞特的入侵探测与防御软件具备50种以上的先进算法及跨总线检测能力,易于和车端硬件集成,适用于CAN、CAN FD和以太网,可被用作一种全生命周期安全管理和配置工具。

而在安全运营中心,数据库内的黑命令和白命令名单已覆盖绝大多数黑客攻击行为,仅有少数行为会作为未知威胁进入人工分析环节。在此之前,所有存在疑问的异常指令都会被先行拦截。这意味着,针对一个有疑问的命令,拦截的优先级要高于执行,因此一个正在发生的黑客攻击行为即使无法立即得到定义,也将被挡在汽车之外。此外,先进的机器学习能力也将帮助安全运营中心不断扩充其安全规则。

盖瑞特智能网联汽车业务亚太区总经理吴军表示,目前在盖瑞特设立于全球的测试团队内部,拥有“蓝军”和“红军”,可针对网络攻击进行模拟测试。同时,盖瑞特也会与类似 密歇根大学交通研究院这样的第三方测试团队开展合作,以强化其安全系统的可靠性。

除安全问题外,盖瑞特还观察到,车辆维护精准度受限是汽车电子系统的复杂化所带来的另一个问题。调查数据显示,目前全球50%的零部件更换行为存在错误,且具有明显的过度维护趋势。

盖瑞特所提供的智能车辆健康管理软件可有效解决上述问题。该系统可基于整车厂已有的诊断工具和售后维护系统,依据目标对象的物理机理,性能数据以及机器学习,识别失效模式或故障的根本原因。一旦发现异常状况,该模型可快速推理、精确诊断故障根源并指导维修。

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这一创新的解决方案采用了车辆大数据分析和云端物理模型之间的数字交互诊断模式。对共享出行的运营商而言,该技术可以帮助其及时发现质量下降的零部件,预测可能存在的运营风险,提升车辆利用率和客户满意度。

对整车品牌的售后服务体系而言,上述方案可以快速高效的为维修服务团队提供数字诊断依据,缩短车辆维修所需时间,降低整体运营成本、而对于终端车主而言,该软件则能够消除那些不易察觉的车辆故障,为行车安全加上一道数字科技的防护罩。

针对商用车队的运营管理与售后市场,盖瑞特推出了早期预警系统(EWS)软件,针对车队运营商已有的车载信息系统硬件做进一步补充和提升,将物理模型和人工智能(AI)技术集成到售后市场管理工具中,可检测所有网联车辆系统的故障,并应用人工智能学习预测网联车辆系统在未来的运行健康状况。

盖瑞特早期预警系统可以涵盖所有智能网联汽车系统,包括后处理和排气系统、电池系统、交流发电机和起动机、车身和底盘、刹车、冷却、燃油、润滑、轮胎、变速器等。

此前,此类系统已被应用于航空领域。以一架波音777客机为例,上述系统可对其85%的飞行器子系统进行监测,并将有效降低未知原因故障(NFF)的发生率。

另外,盖瑞特还开发了基于模型预测控制算法的先进控制软件,将其自主开发的增压系统控制和健康管理算法整合进电子控制单元(ECU)从而帮助车辆提升性能表现,同时降低油耗和排放水平。

吴军证实,盖瑞特的车辆健康管理服务目前已通过多家汽车制造商的主力车型实现量产,其中包含乘用车、商用车以及电动车,而网络安全服务也将于明年通过国内客户推向市场。

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