混动技术大全图解(看清混动天书从)
文 | 嗷嗷胡
随着自主品牌这波DHT混动兴起,消停多年的混合动力领域,变成了“晋西北打成一锅粥”。
DHT广义上指“专用于混动的电气化变速器”,这区别于之前直到现在广泛应用的,“传统多挡位AT/DCT变速器 P2单电机”式的混合动力。正是由于“专用”这个核心特点,它们的基本结构和原理,与我们熟悉的任何一种机械式变速器都全然不同了。
那么在了解各家的DHT混动之前(见《只为混得更好,DHT宇宙杀疯了》),其实有必要复习一下混合动力的一些基础名词,以及更新一下对这些“老朋友”的新时代新理解。
不在阿里,也看P几
三句话不离P几的,除了阿里还有车企。但凡说到混动,很难躲开P0~P4这些电机前缀。这里的P指的是position,即电机在整个传动系(power train/PT)中所处的位置。
混动混动,既然是混,则必然是要加入电机。这个加入的位置在哪里,会决定该电机的“能与不能”,也就决定了该混动系统的原理和表现。除去一些例外,电机可以有P0、P1、P2、P3和P4五个位置,混动系统可以选择其中一个布置电机,也可以多个位置形成多电机/发电机。
P0指的是位于发动机动力输出轴的另一端,即纵置发动机的前端,或横置发动机的变速箱对侧。48V轻混系统中的一类,BSG电机,就属于P0位置电机。其中的B指belt皮带,因为发动机输出动力一侧需要连接传动轴,于是另一侧则是连接着皮带传动的空调压缩机等附件,BSG电机通常是取代了原来位于该位置的启动电机。
因为和动力输出轴之间隔着整个发动机,P0电机只能用于发电或辅助启动,以及一定程度的动能回收,但无法对正常的行车产生较大影响。所以同为48V轻混,如果使用的是ISG电机(P1),通常可以短时间近似纯电行驶(延长滑行距离);而使用BSG电机(P0)的48V轻混,则无法做到这一点。
一般来讲,像DHT这样高度电气化的混动技术,P0电机基本可以忽略(DHT也很少需要P0)。
BSG电机的位置
P1、P2、P3电机,分别位于“发动机(输出轴/传动轴)—离合器(含液力变矩器等)—变速器(挡位)—驱动轴/车轮(减速器、差速器)”四者的三个中间位置。这几样东西的间隔,使得这几个位置电机各有功能上的差异。
P1电机因为在离合器之前,和发动机之间无法分离,其转动情况无法与发动机解耦。通俗来说就是发动机只要在运行则电机必然转动,你转我也转,我转你也得转。因此P1电机无法单独工作,即只有P1电机的混动系统无法实现纯电驱动(前面说到的48V ISG电机只是在滑行时“近似”纯电行驶)。
但另一方面,同样因为在离合器之前,P1电机很适合作为或兼任发电机。尤其在多电机/双电机的混动系统中,无论离合器是否断开,无论传动系下游的电机和挡位什么工作状态,发动机始终都在带动P1电机,只要需要就可以发电。
这是i-MMD,增程模式要求离合器断开后两端都要有电机/发电机
这其实就是增程式混动和DHT混动中的串联模式,要实现这样的“燃油发电-电机驱动”,必然需要离合器断开之后,离合器两侧都有电机/发电机:燃油一侧要有发电机发电,中间离合器断开,车轮一端有电机驱动。
所以今天涌现出的新DHT混动系统中,P1位置电机经常是不可或缺的。
注意离合器的相对位置,鲲鹏DHT是在最左侧离合器闭合时,框内电机相当于P1位置
P2电机位于离合器和变速器之间,有时会被包含在变速器壳体内,形成所谓的“HAT/Hybrid AT”。之前很长一段时间,各传统品牌推出混合动力车型(尤其是插混)大多采用这种方式,有时会配合P3或P4电机。
因为在离合器之后,只需断开离合器,P2电机就可以单独驱动实现纯电模式。因为它在变速器的各个挡位之前,因此哪怕纯电驱动时,也可以利用多个挡位来兼顾不同车速工况。因此电机无需很强动力,可以减少体积和成本。不过也因为电机动力终究要经过挡位再到车轮,即便是纯电驱动,也要面对和解决换挡顿挫对平顺性的影响。
领克01 HEV、鲲鹏DHT由于使用的是双离合变速器,拥有两个离合器和两根动力轴,因此该位置电机被放置于其中一根动力轴上,于是被称为P2.5电机。本质上这也是P2电机的一个特殊分支。
注意鲲鹏的左侧电机并不是标准意义上的P1:其上游还有一个离合器
P3电机在整个变速器之后,靠近车轮的一端,它显然能够支持纯电驱动。因为工作在变速器下游,它无法再利用变速器挡位来调节自身的运转,要实现单独驱动车辆(纯电or增程模式)就需要更强的动力,而这意味着更大体积和更高成本。
但也是因为离开了变速器,P3电机可以彻底避免切换挡位所带来的影响,还可以在混动模式下,通过自身转速和扭矩的调整,帮助减少内燃机一侧带来的换挡冲击。
至于P4本质上其实已经和“混”关系不大,它位于非内燃机驱动轴的另一根轮轴上。如果车辆本身并非机械四驱,则P4电机和发动机完全没有了机械连接,也就不存在“怎么混”的问题。
P4电机可以理解为另一根轮轴上的“第二发动机”,只不过是电机而非燃油机,可以说是名副其实的“双擎”。多数P4电机只是为了实现四驱和补充功率而存在,它几乎可以被加在任何一种混动系统内。丰田混动中的E-Four电子四驱车型、魏牌强调动力的摩卡DHT-PHEV,都是在原有混动基础上增加了P4电机。
丰田E-Four,注意后桥往车头方向只有橙色电缆连接
另外下图中的PS,指的是含PowerSplit功率分流装置(通常是行星齿轮组结构)的电机。实际上这类混动系统中,大多彻底摒弃了传统的机械挡位(甚至都不是单挡),因此P几的命名方式其实部分(主要是P1~P2部分)因为模糊化失去了价值。
对于应用行星齿轮组的混动系统,如丰田THS、吉利雷神Hi·X DHT Pro、通用Voltec等,电机的位置需要具体情况具体分析。尤其后两者还拥有离合器控制的多种动力传递路径,不同工作模式下电机在“P几”也在变化。
插电与否的历史问题
“混动只有两种,两田和其他”,以前民间一直流传着这样的说法。从实用主义的角度,这种说法确有道理和价值。THS和i-MMD,正是先后崛起的两大DHT混动代表——尽管它们出现时还没有“DHT”这个说法。
不过倘若深究,其实背后还有些其他“巧合因素”:比如通用和福特同样寄希望于行星齿轮PS混动,但都没有取得市场成功;比如其他主流合资乃至自主品牌对于混动的追求并非进入主流,而是用插电式混动获得环保法规方面的回报,也就自然不会花心思去研究DHT混动。
这也就形成了过去的混动基本格局:要么是两田的DHT非插电混动,省油但没绿牌缺政策;要么是其他品牌的非DHT插电混动,有绿牌有政策但体验差。于是就有了“两田好、非插混好,其他品牌不行、插混不行”的结论。
HEV和PHEV,本质区别只是电来自哪
实际上,混合动力HEV、插电式混合动力PHEV的区别,只限定了“是否(可以)插电”。差的那个“P”即“Plug-in”,是否能够插入充电枪、接入电网充电而已。至于用的是哪一种“混”的方式,完全没有限定。
是现实环境和车企们的主观选择,刚好形成了“HEV多为DHT混动、PHEV多为非DHT混动”的过往格局,而不是二者先天有什么本质上的优劣特性。
最近消费者已经慢慢厘清了这个曾经的认知局限。同样是“两田混动”,插混版的THS和i-MMD近两年已经挂着绿牌上路了;同样是“非插混”,也曾有一些品牌是基于非DHT的P2架构打造HEV,只是销量不多知名度不高罢了。
而在今天,自主品牌纷纷推出的DHT混动更加说明了这一点。首先是油耗和性能表现,这些新的DHT混动都能追上甚至超越“两田混动”的表现(当然也要考虑到后者已经出现多年);其次是即便是插混,两田和自主品牌的DHT插混版,也都做到了远超非DHT混动/插混的综合表现。
所以“混动只分两田和其他”的说法已经过期了,不如更新为“混动只分DHT和非DHT”。对于今天的混动车型,首先需要关注的是它的混动结构是否属于DHT。至于插混与否,很多时候只是针对牌照指标、充电条件、纯电不同需求的消费群体罢了。
串?并?混?
如果求知欲再高涨一点,混合动力究竟是“串/并/混联”,难免进入到你的大脑检索范围。
单纯的串联是最简单的。所谓串联,自然是发动机与电动机在同一条“线”上。发动机动力完全输出给电动机,再由电动机全盘传递给车轮——这就是标准的增程式混动。理想ONE、日产e-POWER、岚图FREE都是大家熟悉的典型,不必多说。
日产e-POWER增程混动,动力只走一条线串联
单纯的并联也不难解释。
所谓并联,即发动机和电动机可以各自单独工作,当然也可以二者合作。只要满足这一点即属于并联,所以P2、P3、P4电机都属于并联。虽然它们在拓扑图上看上去是和发动机“串”起来的,但那只是因为电机的环形结构,相当于“套”在了发动机输出轴上,本质上还是可以各自工作的并联。
单电机并联混动,注意红色传动轴是穿过了蓝色电机的,本质是并联
至于混联,绝大多数无法归属于上述两种的混动,都属于混联。混联顾名思义,既可并联、也可串联、还可串联并联同时兼具。今天的DHT混动多采用双电机或多电机,最典型的P1 P3架构下,P1因为随时与发动机同转而属于串联,而P3则是可单独工作、可混合叠加的并联。
另外,复杂混动系统中,有多个离合器可以控制并改变动力传输的路径,从而让同一个混动系统的某个电机在不同模式下,在并联或串联的角色间切换。
比如在鲲鹏DHT中,当离合器1闭合、2打开、3闭合,上方电机是单独通过1或3挡,并联接入到内燃机的2挡动力中的;而当离合器1闭合、2和3打开,还是这个电机,又变成了串联增程中的驱动电机。
所以《只为混得更好,DHT宇宙杀疯了》里我说没必要解释鲲鹏的挡位……太复杂了
在今天混动系统复杂化的大背景下,串并混联几乎是每一家的共同选择。单纯的串联只出现在增程式混动车型上,单纯的并联则基本退出了历史舞台,只有少数极端追求性能的混动车型会继续采用。
串并混联将会成为主流,也意味着这个词将不再有参考价值——大家都是混联,那么就要看究竟是“怎么混”的了。
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