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作者:王元祺
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若是大家和我一样,暂时还没有将初中电学知识还给体育老师,那么应该会记得在电学中有专门一个章节是《电流和电路》,通过一个由「电池」、「小灯泡」、「开关」和「导线」构成的简单「电路」,研究分析「电流」、「电压」等电知识。
串联式电路
比如我们将「电池」、「小灯泡」和「开关」通过「导线」顺次连接到「电路」中,这种连接方式叫做「串联」。
并联电路
若我们将两个「小灯泡」并列连接在一起,再连接到「电路」中,这种连接方式叫做「并联」。
混联(串并联)电路
当我们将一个「小灯泡」与两个并联的「小灯泡」顺次连接到「电路」中,构成复杂一些的「电路」中时,此时便可以构成一个相对复杂的「混联电路」。
串联、并联电路中,电流、电压、电阻之间的部分关系
不知道大家是否记得在两类「电路」中,「电流」、「电压」和「电阻」(此处为「小灯泡」)的关系,比如:
若是还记得,那会对我们后面解释「功率分流」有一定的帮助,不过不要怕,忘记的话也不会有什么影响。
「串联式混合动力结构」(后简称「串联式」),顾名思义就是「发动机」、「发电机」和「(驱动)电机」(后统称为「电机」)三大部件『串』在一条动力传输路径上,也就是千军万马过一根传动的『独木桥』。
串联式混合动力结构示意图
「串联式」基本的工作原理:「发动机」带动「发电机」(通常为「P1电机」)发电,其电能通过「控制器」(或称「逆变器」)直接输送到「电机」,由「电机」产生驱动力矩,驱动汽车。故此,「串联式」最大的特点就是「发动机」在任何情况下都不参与驱动汽车的工作,「电机」的功率一般要大于「发动机」的功率。
第二代日产e-POWER混动系统示意图
此外,「电池」在整套系统中起到的是平衡「发电机」、「输出功率」和「电机」「输入功率」的作用。我们以「日产e-POWER混动系统」为例:
奥迪A1 e-tron(2010)
不过「串联式」也存在一些缺点,比如必须配备一颗功率较大的「电机」,增加了车身重量。然则……相比结构或技术上的缺点,使得「串联式」备受质疑原因,却是一个哲学范畴的『终极问题』:用油发电,再用电驱动汽车,那么为什么不直接用油呢?这个问题,此后会详细讨论。
所谓「并联式混合动力结构」(后简称「并联式」)就好像「并联电路」中,并列排布的两颗「小灯泡」,「并联式」则是将燃油的动力系统与电驱的动力系统整合在一起,使得汽车可由「发动机」和「电机」共同驱动或各自单独驱动。
并联式混合动力结构示意图(P2电机架构为例)
「并联式」的优点在于:
奔驰S500 PHEV
说完优点来说点缺点:
简单的来说「混联式(串并联)混合动力结构」(后简称「混联式」)是「串联式」与「并联式」的综合与互补。
混联式(串并联)混合动力结构示意图
目前大部分混动汽车其实都会选择「混联式」,其结构的基础控制策略是:
本田i-MMD混动系统(动图)
从目前的混动汽车销量上来看「混联式」的车型偏多,但更多地是由于一些大家熟知的非技术客观原因,我觉得「串联」、「并联」和「混联」都有其应用的场景和政策背景,正如在我所有后市场的文章中强调的一个观点:世界上,没有最好,只有最适合。
按混合动力系统结构形式的分类
关于「混联式」的结构比较复杂,我们会在本章后面的几节中详细展开仔细讨论。我们还是按照顺序一个一个来谈,所以,接下来我们就先来看看「串联式」的特点,并来解释一下时下很流行的带『增程』字眼的汽车,到底是怎么结构。
增程式混合动力结构
为方便理解,我们再复习一下「串联式」的基本结构:将「发动机」、「发电机」和「(驱动)电机」(后统称为「电机」)三大部件『串』在一条动力传输路径上。
增程器系统的定义示意图
而我们将由「发动机」和「发电机」所组成的「辅助发电单元」(Auxiliary Power Unit,APU)称为「增程器系统」(Ranger-Extender,RE后简称「增程器」)。而其最大的作用便是为纯电行驶,提供更多的电能。
蓄水水池原理
在「串联式」结构中,「增程器」与「电池」、「电机」的关系,就好像动力必须经过一个缓存的「蓄水水池」(即「电池」),「水流」(此处为「动力」)必须由「注水口」(即「增程器」)流入「蓄水水池」,最后由「放水口」(即「逆变控制器」)流出到达终点(即「电机」)。
不知道大家是否还记得本专栏中最早提到的那辆混动汽车——「保时捷Lohner-Porsche」。
保时捷Lohner-Porsche原型车设计图纸示意图(手绘)
「保时捷Lohner-Porsche」原型车将2台「DeDion Bouton水冷汽油发动机」(每台动力约为3.5 hp约2.6 kW)装在车身中间,用于驱动两台「发电机」,每台「发电机」能在90V电压下输出20A的电流(每台动力约为2.5 hp约1.84 kW),「发电机」输出的电能直接驱动「轮毂电机」(又称「轮边驱动电机」),而剩余的电能则流入车厢下方的「铅酸电池」储存起来。
保时捷Lohner-Porsche原型车
「保时捷Lohner-Porsche」作为混动汽车的『鼻祖』,其『「发动机」+「发电机」』的组合,恰好符合了「增程器」的定义。「增程器」为「电池」充电,「电池」驱动「轮毂电机」(「P4电机」),堪称最纯粹的「串联式」。
没有捷径的蓄水水池
不能直驱电机的纯粹系统
而解决此类空间(技术)问题,日系主机厂勇敢地站了出来。
第二代日产e-POWER混动系统示意图
日产e-POWER混动系统的工作原理(动图)
开了挂的蓄水水池
仍以『蓄水水池』为例,此时的「注水口」(此处为「发动机」)可以直接与「放水口」(即「逆变控制器」)连接,这就意味着「放水口」的「水流」(此处为「电能」)就来自了两个渠道,即「注水口」(即「发动机」)和「蓄水水池」(即「电池」)。这样带来的好处就是保证了汽车能拥有相对良好的动力性。
日产e-POWER混动系统的工况示意图
如何定义日产e-POWER混动系统?
从主机厂对外的宣传资料来看,其观点为:「日产e-POWER混动系统」更趋近「纯电汽车」。而我对这套混动系统的评价只有四个字——『技术正确』。但这里的『正确』大家不要理解为『是非对错』的『正确』,而是:
岚图FREE增程版的增程式混动系统示意图
赛力斯华为智选SF5的驼峰智能增程系统示意图
此外,更是有互联网科技企业进入了这个的领域,比如搭载「华为DriveOne电驱系统」的「赛力斯华为智选SF5」,其特点是将「增程器」进行更为宽泛的系统整合,并将该系统命名为「驼峰智能增程系统」。限于篇幅,我们将在混动汽车品牌中再展开。
以上车型都有着一些的特征:它们都有将「发动机」、「发电机」和「(驱动)电机」(后统称为「电机」)三大部件『串』在一条动力传输路径上的「串联」结构(部分不限于「串联」)。故此都拥有「增程器」。那么是不是带有「增程器」的混动车型就能被叫做「增程式电动汽车」呢?那我们就先来看定义~~
增程式电动汽车的定义
根据国标(GB/T 19596-2017《电动汽车术语》)的定义:
通用雪佛兰Volt(2016)
通用Voltec混动系统(第二代)示意图
「通用Voltec混动系统」(第二代)包括一台「发动机」、集成了「整车控制器」与「电机控制器」为一体的「电控模块」、「锂电池组」、「充电接口」和一台『混动变速器』等。其中T型「锂电池组」被布置在后排座椅下及车身中部。
通用Voltec混动系统中变速器的结构示意图(手绘)
通用Voltec混动系统(第二代)中变速器的结构连接示意图
首先我们来看看其结构连接原理:
通用Voltec混动系统(第二代)中变速器的工作原理示意图(动图)
得益于『两排行星齿轮组+双电机』的复杂构造,「通用Voltec混动系统」可实现「单电机驱动」、「双电机驱动」、「低增程」、「固定速比增程」、「高增程」等多种工作模式:
「单电机驱动模式」(One Motor EV):车辆起步等低速低负载时,「发动机」不工作,「离合器C1」接合,将「行星齿轮组2」中的「外齿圈」固定,「电机B」驱动「行星齿轮组2」中的「太阳齿轮」旋转,「行星齿轮盘」速输出动力,驱动车辆行驶。此时纯电驱动;
「双电机驱动模式」(Two Motor EV):加速爬坡等低速高负载时,「离合器C1」断开,「离合器C2」接合,「电机B」继续输出,「电机A」开始工作为「行星齿轮组2」中的「行星齿轮盘」增速,两个「电机」相互配合,「行星齿轮盘」输出动力,驱动车辆行驶。 此时「发动机」有被反拖的趋势,但由于「单向离合器C0」的单向锁止原理,避免了「发动机」被反拖。此时仍为纯电驱动;
「低增程模式」(Low Extended Range):低速或高牵引力时,「单向离合器C0」接合,「发动机」工作带动「电机A」发电。「离合器C1」接合,「离合器C2」断开,车辆由「电机B」驱动行驶。该模式下「电机B」还起着调节「发动机」的作用,使其能处于高效区。此时仍为纯电驱动,类似于「丰田THS系统」的低速混动模式;
「固定速比增程模式」(Fixed Ratio Extended Range):加速或低负荷充电时,「单向离合器C0」接合,「发动机」工作,「离合器C1」和「离合器C2」均接合,「电机B」和「发动机」同时驱动两组「行星齿轮盘」输出,驱动车辆行驶。此时固定一个速比,类似于「本田i-MMD系统」的「并联式」混动模式,非纯电驱动;
「高增程模式」(High Extended Range):高速巡航时,「单向离合器C0」接合,「离合器C1」断开,「离合器C2」接合,「发动机」工作带动「电机A」旋转发电。「电机B」驱动「行星齿轮组2」中的「太阳齿轮」,带动「行星齿轮盘」输出动力。此时主要由「发动机」驱动,并调节「电机B」保持较高效率水平,类似于「丰田THS系统」的高速巡航模式;
「能量回收模式」:减速或制动的时候,「发动机」不工作,「离合器C1」接合固定「行星齿轮组2」中的「外齿圈」,「离合器C2」断开,「车轮」带动「行星齿轮盘」旋转,「太阳齿轮」随着「行星齿轮盘」转动,「电机B」转为「发电机」对「电池」充电。
通用Voltec混动变速器手绘和实物的对应示意图
通用汽车和丰田汽车混动变速器结构对比
作为提出「增程式电动汽车」的通用汽车,我们却在他们推出的『电动汽车』上看到了许多有意思的逻辑,比如:
通用Voltec混动系统原理分析
不过,无论「通用Voltec混动系统」的工程师如何想让「发动机」发挥更多的作用,都无法阻拦「发动机」成为「增程器系统」的一部分。相比之下,我和几位知乎大咖的观点一致:「日产e-POWER混动系统」才是「发动机」胜利!这句话,你品,你细品~~
两者的经典结构有着很大的差异,根本不是同一条分类树
其次,国标对「串联式混合动力汽车」(Series Hybrid Electric Vehicle)有着明确的定义:车辆的驱动力只来源于电机的混合动力电动汽车。所以,无论从结构还是工作原理来看,「增程式电动汽车」绝对不是「串联式混动汽车」的下属分类,并且他们没有100%的包含或被包含关系。
别谈什么概念了,你就是混动汽车,不是纯电动汽车
看到这里,不知道大家对带有『增程』、『增程式』等字眼的技术和车型是否有了自己的答案和理解。欢迎评论区讨论。至于「增程式电动汽车」的前景到底怎么样?那不妨引用岚图CEO卢放在2020年底的一句话『增程式电动汽车是未来5-10年最好的过渡方案』,那么各位又怎么看呢?同样欢迎大家评论哦~~
浅谈完「串联式」混动结构的特点,也解释了「增程式电动汽车」的概念,接下来咋们就要聊聊「混联式」中,最为复杂的「功率分流」了。
上一节中谈到「通用Voltec混动系统」(第二代)的基本工作原理,其中有一种叫「高增程模式」,在该模式下,「发动机」发出「功率」的流向十分的复杂:
通用Voltec混动系统(第二代)中变速器高增程模式功率流分析
这种将「发动机」产生的「功率」进行分流的混动结构又被称为「功率分流」(Power Split,简称PS),同时也是最常见的一种「混联式」。而我们包括我们此前提到的「丰田THS混动系统」中的「E-CVT」以及「通用Voltec混动系统(第二代)」中的『混动变速器』属于「功率分流」,只是它们之间又存在一定的区别,接下来我们就由浅入深地来聊聊各种「功率分流」。
丰田E-CVT变速器(第一代)结构示意图
「丰田THS混动系统」作为最早的一批量产「功率分流」的混动系统,通过其独有专利的「E-CVT变速器」将「功率分流」这一混动派系彻底带火了。而其「功率分流」的逻辑也相对比较简单。比如在搭载「E-CVT变速器」的车辆行驶时,「发动机」所发出的「功率」在「行星齿轮盘」上会被一分为二:
一股「功率流」通过「行星齿轮盘」到「行星齿轮」到「外齿圈」,向着「输出轴」流去;
一股「功率流」则通过「行星齿轮盘」到「太阳齿轮」带动「P1电机」进行发电,电能传输到「P3电机」上进行「机械能」的转换,最终也汇合到「输出轴」。
所以其分流原理是:「发动机」的「功率」在输入端的「行星齿轮」上就被分为两个部分,这种「功率」在「输入轴」(或输入端)被分流系统被称为「输入式功率分流」。而其特点是:
通过一排「行星齿轮组」所实现的混动效果确实做到了『花小钱办大事』,所以丰田便为以上提到的这种「功率分流」的技术申请了专利。通用汽车的工程师一看,这还得了!
搭载4ET50混动变速器的雪佛兰Volt(2011)
故此,通用汽车为了绕过丰田的专利,同样研发出了一套基于单排「行星齿轮组」的『混动变速器』,该「变速器」内部代号为4ET50,也就是第一代「通用Voltec混动系统」(powertrain混动系统)。
通用4ET50混动变速器(2010)示意图
与丰田的「E-CVT变速器」相似,同样单排「行星齿轮组」、两个「电机」,不过在连接上有了一些不同,首先「发动机」与「P1电机」直接相连,「输出轴」接在了「行星齿轮盘」,「P3电机」与「太阳齿轮」连接,接下来让我们看看它的分流与丰田的「E-CVT变速器」有何不同。
第一股「发动机」产生的「功率」通过「P1电机」调整从「外齿圈」进入「行星齿轮」,通过「行星齿轮盘」(「输出轴」)流出「变速器」;
第二股「发动机」产生的「功率」带动「P1电机」产生「电功率」传递至「P3电机」,然后通过「太阳齿轮」传递给「行星齿轮盘」(「输出轴」)流出「变速器」
汇总其分流原理则是,「发动机」和「电机」的两部分「功率」在到输出端的「行星齿轮盘」(「输出轴」)汇合,这种将「功率」在「输出轴」合流系统被称为「输出式功率分流」。其特点是:
输入式与输出式功率分流的区别
输出式功率分流会遇到的尴尬
不过相比「输入式」,「输出式」分流逻辑上有着一种比较尴尬的情况,那便是在汽车低速行驶时,由于「发动机」与「P1电机」刚性连接,所以此时「P1电机」在某种意义上正在驱动汽车,而「P3电机」被带着转动产生「电功率」方向回到了「P1电机」所在的「输入轴」,于是问题就发生了,这股「电功率」所要转换的「机械功率」与原本「P1电机」产生的「机械功率」并不同向,也就是说由「P3电机」产生的「电功率」是一股「无功功率」。简单来说就是「P1电机」与「P3电机」叫上劲儿了。
内部代号5ET50的混动变速器
当然啦,这种尴尬的情况是可以通过加入「离合器」来解决的,不过我们这里不展开,因为通用的混动工程师决定用两排「行星齿轮组」彻底地完善他们对「功率分流」的伟大理想,这也就是之前我们提到的第二代「通用Voltec混动系统」,内部代号5ET50的『混动变速器』。
内部代号5ET50的混动变速器简化示意图
在第一组「行星齿轮组」上,我们可以看到3条「功率流」:
「发动机」的「功率」可以通过「输入轴」进入「变速器」,走「外齿圈」至「行星齿轮盘」分流后直接流向「输出轴」;
「发动机」的「功率」可以通过「输入轴」进入「变速器」,走「行星齿轮组1」的「外齿圈」,至经「行星齿轮盘」分流至「太阳齿轮」,再经过「离合器」将「功率」继续传导到「行星齿轮组2」的「外齿圈」,「机械功率流」仍在「变速器」内部;
「发动机」的「功率」可以通过「输入轴」进入「变速器」,走「外齿圈」分流后走「太阳齿轮」至「P1电机」发电,电能带动「P3电机」,「电功率流」仍在「变速器」内部;
「行星齿轮组1」有两股「功率流」仍在「变速器」内,最终的去向就要在「行星齿轮组2」上继续追寻:
我们先从「P3电机」入手,从「P1电机」来的「电功率」带动「P3电机」转动,「功率」从「行星齿轮组2」的「太阳齿轮」进入,走「行星齿轮盘」最终流向「输出轴」;
在看来自「离合器」的「机械功率流」,它经「行星齿轮组2」的「外齿圈」到达「行星齿轮盘」,直接流向「输出轴」。
将分流的原理进行再次简化后,可以看出两股「功率流」在连接着「输入轴」的「行星齿轮盘」(「行星齿轮组2」)上汇合,最终通过「输出轴」流出「变速器」,这恰恰又是一种「输出式功率分流」。
经典的复合式功率分流示意图(动图)
至于为什么要用那么复杂的『混动变速器』,那展开就是一本书了,这里先给到一个结论:「复合式功率分流」可使得「电机」有很长的一段低功率流区域,在这个区域行驶时,车辆的效率(即燃油经济性)很高,而这段区域是单一的「功率分流」无法达到的。
三类功率分流的节本说明示意图
有时你不得不承认,丰田真把「功率分流变速器」(Power Split Device,简称PSD)玩出了实际效果,不过『山外有山,人外人』,通用汽车的『混动变速器』,其复杂程度并非几千字可以概述,但往往复杂不代表好用,越是复杂,对于电控逻辑的要求越高,同时也带来了维修成本的提升。故此,我与同事在赞叹其机械美学之余,也会带着几分望而却步的敬畏。直白点说:结构挺好看,谁修谁完蛋。
解释完「混联式」中原理比较的复杂的「功率分流」,我们来看看以「本田i-MMD混动系统」为代表的另一类「混联式」——「定轴式混合动力系统」(或叫平行轴式混合动力系统)。
本田i-MMD混动系统工作原理(动图)
此前我们详解过「本田i-MMD混动系统」的基本结构,这里我们简单回顾一下其5种工作模式:
纯电模式:此模式的工作原理很简单,「电池」给「P3电机」供电,「P3电机」单独驱动车辆行驶,「发动机」、「P1电机」不工作,「离合器」处于断开状态;
串联模式下,功率传输流程距离长
这套混动系统与使用「行星齿轮组」的「功率分流变速器」最大的结构区别便是:无法在「串联」、「并联」两个模式之间做无缝转换,而两种模式的切换完全取决于「离合器」的开合。换言之,『混动变速器』内的「功率」要么以「机械功率」传递,要么以「电功率」传递,没有中间档。
这种『非黑即白』的选择模式也带来一个技术难点——如何克服「串联模式」下,传动效率较低的问题。由于在「串联模式」下由于「发动机」输出的「功率」必须通过两台「电机」传输,也就是要进行『「机械功率」转「电功率」再转「机械功率」』的多次能量形式的转换,无法避免的有能量损失。
本田i-MMD混动系统部件/工况对照表
比如整套「本田i-MMD混动系统」传输效率在大部分情况下都能达到 95% ,但在「串联模式」下,虽然此时的「发动机」在最佳工况高效率进行运作,但整体传输效率却还要降低5%,即在90%左右,这个效率只能说是中规中矩,与 「CVT变速器」(无级变速器)处于同一水平。
故此,在车速超过70公里/时的高速巡航工况时,「本田i-MMD混动系统」则会选择切换至「并联模式」,「发动机」与「电机」共同驱动汽车,整套系统的传输效率恢复到最佳状态。看到这里大家会问,既然「并联模式」的效率更高,那「本田i-MMD混动系统」为什么不增加「并联模式」的范围呢?其中的原因大致有2点:
「阿特金森发动机」的限制:考虑到「阿特金森发动机」的热效率和燃烧稳定性,故此,转速一般只能保持在1200~3000转/分钟。另外,「阿特金森循环」在高扭矩的效率不如「奥托循环」,所以,一般只能用于低、中扭矩区域。更多关于「阿特金森发动机」可查看往期内容;
Honda CR-V Hybrid(2019)
「挡位」限制:目前「本田i-MMD混动系统」只给「并联模式」配备了一个「挡位」(「传动比」为 0.803),相当于传统「变速器」里的6挡,所以,系统将「并联模式」的介入时机定在70公里/时。
搭载两个凸轮的VTEC发动机的结构
既然知道了局限在哪里,那么我们就可以着手解决。比如「本田i-MMD混动系统」从「发动机」进行调整,选择搭载「VTEC系统」(Variable Valve Timing and Valve Lift Electronic Control System ,即「可变气门正时和升程电子控制系统」)的「发动机」,旨在使「发动机」能在「阿特金森循环」与「奥托循环」中切换,以满足「扭矩」匹配的要求。
然而考虑到「发动机」的经济性,「本田i-MMD混动系统」仍然将「阿特金森循环」用于多数的工况。而目前国内的车企在提升「混动专用发动机」「热效率」的同时,开始在自己的「DHT」(Dedicated Hybrid Transmission,即「混合动力专用变速器」)增加更多的「挡位」,以便整个系统更快速地进入「并联模式」的经济工况。
长城柠檬DHT示意图
这里我们要先来解释一下什么叫「DHT」?简单地理解便是我们此前提到的所有将双「电机」融入「变速器」的『混动变速器』总称。而搭载「DHT」的混动系统我们称其为「DHT混动系统」,目前主流的「DHT混动系统」都具备以下特点:
长城柠檬DHT混动系统组成部件示意图
长城柠檬DHT结构示意图
聚焦回『为「DHT」增加「挡位」』的问题上,以「长城柠檬DHT」为例,通过上图我们可以看到,其「DHT」拥有2个「挡位」。
在低车速急加速时,由于有「1挡」的存在,故此,长城汽车官宣在40公里/时左右时,「发动机」即可介入动力输出,使得汽车能快速进入「并联模式」。如此一来,这套混动系统在保证动力充沛的同时,又保证「发动机」的经济性。
中高车速全负荷加速时,则可以切换至「2挡」,此时,由于「发动机」的「功率」被放大,释放出更大的扭矩,长城汽车官方宣称『可比单档串并联架构的轮端力矩大1000N·m左右』。
长城柠檬DHT混动系统多种模式(动图)
『两挡直驱』应该算是「长城柠檬DHT混动系统」最大的特点之一,当然,常规的「纯电模式」、「串联模式」和「动能回收模式」也不会少。而从混动控制的逻辑与工况对应后,我们大致可以归纳如下:
长城柠檬DHT混动系统的串联模式
若你问我,为什么没有「发动机直驱模式」?其实是有的,不过这种工况发生的情况比较少。因为通常在高速巡航时,才会有机会(非必须)让「发动机」单独去驱动「车轮」,但只要对「功率」和「扭矩」的需求有一点点变化,整个系统就有强烈的趋势,去切换到其他的模式,比如:
很难出现的发动机(2挡)直驱模式
雷神智擎Hi·X混动系统包含两款DHT和两款混动发动机
无独有偶,最近吉利汽车也发布了新一代的混动平台「雷神动力平台」,而下属模块中包含一套混动动力总成——「雷神智擎Hi·X混动系统」,其中的「DHT Pro」通过独特的双排「行星齿轮组」实现了「3挡」布局。
雷神智擎Hi·X混动系统中的DHT Pro示意图
吉利汽车官方资料显示,「DHT Pro」在20公里/时的速度下便可进入「并联模式」。且在「1挡」的大速比加持下,实现弹射起步,让起步加速的能力提升50%。此外,「DHT Pro」将「电机」、「变速器」和「控制器」等多个部件进行高度集成,能够承受的最大输出扭矩达到了4920N·m。
同步器换档结构(长城柠檬DHT100)示意图
虽然「雷神智擎Hi·X混动系统」与「长城柠檬DHT混动系统」同属于『多挡位传输』的「DHT」,但的确存在着一些区别:「长城柠檬DHT混动系统」属于『同步器换档结构』,而「雷神智擎Hi·X混动系统」属于『行星齿轮组换挡结构』。这里不展开详解,我们放在单品牌介绍中再细聊。
市售的部分DHT产品参数对比(点击放大查看)
来到本章的最后一节,我们来审视一个很难回答的问题『到底如何评判一套混动系统』。我觉得可以从两个宏观角度去看,一个从技术角度,一个则从消费者的角度。
从技术的角度去看,我们会从不同的维度去评判,比如是否拥有『高效率发动机技术』、『高效率电驱动技术』、『动力源之间耦合的完备性』、『动力流的动态控制优化算法与技术』、『各工况区间下的匹配度』等。可能看似比较复杂,所以我们举两个简单的例子。
这里所说的『匹配度』是指在各种工况下,『轮端功率需求』与『动力源输出功率』之间的匹配度。换句话来说就是考察「发动机」、「发电机」和「电机」的「输出功率」与轮端的功率需求是否能匹配。当匹配度不够时,就会有一些问题需要我们想办法去解决,比如说:
单排行星齿轮组的功率限制
急加速时,轮端的功率需求过大,动力总成的功率较弱,就会导致轮端响应延迟;
Honda CR-V Hybrid(2019)
其实在我们之前的文章中也有提到过这些问题,比如「P2电机架构」的馈电问题。而像「本田i-MMD混动系统」这样的「混联式」(定轴/平行轴式)就有着一些结构优势。比如,在平坦道路上巡航时,「发动机」的「转速」和「扭矩」之间的关系下图中(右下角)的黑线所示,显然并非最优解,特别是『发动机直驱模式』时,「发动机」的运行状态与最小「BSFC曲线」向较低扭矩区域分开。
本田i-MMD混动系统提升完备性的作法之一
所以,此时便可通过对「电池」进行充放电来进行「发动机」负荷调整,以将「发动机」工作点固定在高效区。上图我主要标注了『assist工况』逻辑,也就是轮端的功率需求逼得「发动机」要离开高效区时,「电池」放电,带动「电机」驱动,以此来弥补「发动机」的「功率」,以此保持「发动机」持续处于高效率区间。此外,我们也需要考虑系统中『动力源之间耦合的完备性』。
这种『完备性』指的是当各动力源进行各种耦合时,是否能使「发动机」的高效区特性和「电机」的高效区特性进行互补与融合,从而避免「发动机」或「电机」的工作点落入低效区。当完备性不够时,又会有一些问题需要我们想办法去解决,比如说:
无法使发动机与电机完全解耦的结构
而从消费者的角度去看,判定一套混动系统的维度,更多地是从『(燃油)经济性』、『动力性』、『平顺性』、『NVH』、『保电能力』以及『馈电状态下的经济性』和『馈电状态下的NVH』等维度考虑。这些维度的具体比较,我们会放在单个品牌的混动介绍后,做一个综合性的评价,目前还在进行详细的资料收集和对比,以上图为鉴。
老铁,你对混动的前景如何看?欢迎留言。
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