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看清混動天書,從“黑話”開始|技術流

文 | 嗷嗷胡

随着自主品牌這波DHT混動興起,消停多年的混合動力領域,變成了“晉西北打成一鍋粥”。

DHT廣義上指“專用于混動的電氣化變速器”,這差別于之前直到現在廣泛應用的,“傳統多擋位AT/DCT變速器+P2單電機”式的混合動力。正是由于“專用”這個核心特點,它們的基本結構和原理,與我們熟悉的任何一種機械式變速器都全然不同了。

那麼在了解各家的DHT混動之前(見《隻為混得更好,DHT宇宙殺瘋了》),其實有必要複習一下混合動力的一些基礎名詞,以及更新一下對這些“老朋友”的新時代新了解。

不在阿裡,也看P幾

三句話不離P幾的,除了阿裡還有車企。但凡說到混動,很難躲開P0~P4這些電機字首。這裡的P指的是position,即電機在整個傳動系(power train/PT)中所處的位置。

混動混動,既然是混,則必然是要加入電機。這個加入的位置在哪裡,會決定該電機的“能與不能”,也就決定了該混動系統的原理和表現。除去一些例外,電機可以有P0、P1、P2、P3和P4五個位置,混動系統可以選擇其中一個布置電機,也可以多個位置形成多電機/發電機。

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P0指的是位于發動機動力輸出軸的另一端,即縱置發動機的前端,或橫置發動機的變速箱對側。48V輕混系統中的一類,BSG電機,就屬于P0位置電機。其中的B指belt皮帶,因為發動機輸出動力一側需要連接配接傳動軸,于是另一側則是連接配接着皮帶傳動的空調壓縮機等附件,BSG電機通常是取代了原來位于該位置的啟動電機。

因為和動力輸出軸之間隔着整個發動機,P0電機隻能用于發電或輔助啟動,以及一定程度的動能回收,但無法對正常的行車産生較大影響。是以同為48V輕混,如果使用的是ISG電機(P1),通常可以短時間近似純電行駛(延長滑行距離);而使用BSG電機(P0)的48V輕混,則無法做到這一點。

一般來講,像DHT這樣高度電氣化的混動技術,P0電機基本可以忽略(DHT也很少需要P0)。

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BSG電機的位置

P1、P2、P3電機,分别位于“發動機(輸出軸/傳動軸)—離合器(含液力變矩器等)—變速器(擋位)—驅動軸/車輪(減速器、差速器)”四者的三個中間位置。這幾樣東西的間隔,使得這幾個位置電機各有功能上的差異。

P1電機因為在離合器之前,和發動機之間無法分離,其轉動情況無法與發動機解耦。通俗來說就是發動機隻要在運作則電機必然轉動,你轉我也轉,我轉你也得轉。是以P1電機無法單獨工作,即隻有P1電機的混動系統無法實作純電驅動(前面說到的48V ISG電機隻是在滑行時“近似”純電行駛)。

但另一方面,同樣因為在離合器之前,P1電機很适合作為或兼任發電機。尤其在多電機/雙電機的混動系統中,無論離合器是否斷開,無論傳動系下遊的電機和擋位什麼工作狀态,發動機始終都在帶動P1電機,隻要需要就可以發電。

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這是i-MMD,增程模式要求離合器斷開後兩端都要有電機/發電機

這其實就是增程式混動和DHT混動中的串聯模式,要實作這樣的“燃油發電-電機驅動”,必然需要離合器斷開之後,離合器兩側都有電機/發電機:燃油一側要有發電機發電,中間離合器斷開,車輪一端有電機驅動。

是以今天湧現出的新DHT混動系統中,P1位置電機經常是不可或缺的。

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注意離合器的相對位置,鲲鵬DHT是在最左側離合器閉合時,框内電機相當于P1位置

P2電機位于離合器和變速器之間,有時會被包含在變速器殼體内,形成所謂的“HAT/Hybrid AT”。之前很長一段時間,各傳統品牌推出混合動力車型(尤其是插混)大多采用這種方式,有時會配合P3或P4電機。

因為在離合器之後,隻需斷開離合器,P2電機就可以單獨驅動實作純電模式。因為它在變速器的各個擋位之前,是以哪怕純電驅動時,也可以利用多個擋位來兼顧不同車速工況。是以電機無需很強動力,可以減少體積和成本。不過也因為電機動力終究要經過擋位再到車輪,即便是純電驅動,也要面對和解決換擋頓挫對平順性的影響。

領克01 HEV、鲲鵬DHT由于使用的是雙離合變速器,擁有兩個離合器和兩根動力軸,是以該位置電機被放置于其中一根動力軸上,于是被稱為P2.5電機。本質上這也是P2電機的一個特殊分支。

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注意鲲鵬的左側電機并不是标準意義上的P1:其上遊還有一個離合器

P3電機在整個變速器之後,靠近車輪的一端,它顯然能夠支援純電驅動。因為工作在變速器下遊,它無法再利用變速器擋位來調節自身的運轉,要實作單獨驅動車輛(純電or增程模式)就需要更強的動力,而這意味着更大體積和更高成本。

但也是因為離開了變速器,P3電機可以徹底避免切換擋位所帶來的影響,還可以在混動模式下,通過自身轉速和扭矩的調整,幫助減少内燃機一側帶來的換擋沖擊。

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至于P4本質上其實已經和“混”關系不大,它位于非内燃機驅動軸的另一根輪軸上。如果車輛本身并非機械四驅,則P4電機和發動機完全沒有了機械連接配接,也就不存在“怎麼混”的問題。

P4電機可以了解為另一根輪軸上的“第二發動機”,隻不過是電機而非燃油機,可以說是名副其實的“雙擎”。多數P4電機隻是為了實作四驅和補充功率而存在,它幾乎可以被加在任何一種混動系統内。豐田混動中的E-Four電子四驅車型、魏牌強調動力的摩卡DHT-PHEV,都是在原有混動基礎上增加了P4電機。

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豐田E-Four,注意後橋往車頭方向隻有橙色電纜連接配接

另外下圖中的PS,指的是含PowerSplit功率分流裝置(通常是行星齒輪組結構)的電機。實際上這類混動系統中,大多徹底摒棄了傳統的機械擋位(甚至都不是單擋),是以P幾的命名方式其實部分(主要是P1~P2部分)因為模糊化失去了價值。

對于應用行星齒輪組的混動系統,如豐田THS、吉利雷神Hi·X DHT Pro、通用Voltec等,電機的位置需要具體情況具體分析。尤其後兩者還擁有離合器控制的多種動力傳遞路徑,不同工作模式下電機在“P幾”也在變化。

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插電與否的曆史問題

“混動隻有兩種,兩田和其他”,以前民間一直流傳着這樣的說法。從實用主義的角度,這種說法确有道理和價值。THS和i-MMD,正是先後崛起的兩大DHT混動代表——盡管它們出現時還沒有“DHT”這個說法。

不過倘若深究,其實背後還有些其他“巧合因素”:比如通用和福特同樣寄希望于行星齒輪PS混動,但都沒有取得市場成功;比如其他主流合資乃至自主品牌對于混動的追求并非進入主流,而是用插電式混動獲得環保法規方面的回報,也就自然不會花心思去研究DHT混動。

這也就形成了過去的混動基本格局:要麼是兩田的DHT非插電混動,省油但沒綠牌缺政策;要麼是其他品牌的非DHT插電混動,有綠牌有政策但體驗差。于是就有了“兩田好、非插混好,其他品牌不行、插混不行”的結論。

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HEV和PHEV,本質差別隻是電來自哪

實際上,混合動力HEV、插電式混合動力PHEV的差別,隻限定了“是否(可以)插電”。差的那個“P”即“Plug-in”,是否能夠插入充電槍、接入電網充電而已。至于用的是哪一種“混”的方式,完全沒有限定。

是現實環境和車企們的主觀選擇,剛好形成了“HEV多為DHT混動、PHEV多為非DHT混動”的過往格局,而不是二者先天有什麼本質上的優劣特性。

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最近消費者已經慢慢厘清了這個曾經的認知局限。同樣是“兩田混動”,插混版的THS和i-MMD近兩年已經挂着綠牌上路了;同樣是“非插混”,也曾有一些品牌是基于非DHT的P2架構打造HEV,隻是銷量不多知名度不高罷了。

而在今天,自主品牌紛紛推出的DHT混動更加說明了這一點。首先是油耗和性能表現,這些新的DHT混動都能追上甚至超越“兩田混動”的表現(當然也要考慮到後者已經出現多年);其次是即便是插混,兩田和自主品牌的DHT插混版,也都做到了遠超非DHT混動/插混的綜合表現。

是以“混動隻分兩田和其他”的說法已經過期了,不如更新為“混動隻分DHT和非DHT”。對于今天的混動車型,首先需要關注的是它的混動結構是否屬于DHT。至于插混與否,很多時候隻是針對牌照名額、充電條件、純電不同需求的消費群體罷了。

串?并?混?

如果求知欲再高漲一點,混合動力究竟是“串/并/混聯”,難免進入到你的大腦檢索範圍。

單純的串聯是最簡單的。所謂串聯,自然是發動機與電動機在同一條“線”上。發動機動力完全輸出給電動機,再由電動機全盤傳遞給車輪——這就是标準的增程式混動。理想ONE、日産e-POWER、岚圖FREE都是大家熟悉的典型,不必多說。

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日産e-POWER增程混動,動力隻走一條線串聯

單純的并聯也不難解釋。

所謂并聯,即發動機和電動機可以各自單獨工作,當然也可以二者合作。隻要滿足這一點即屬于并聯,是以P2、P3、P4電機都屬于并聯。雖然它們在拓撲圖上看上去是和發動機“串”起來的,但那隻是因為電機的環形結構,相當于“套”在了發動機輸出軸上,本質上還是可以各自工作的并聯。

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單電機并聯混動,注意紅色傳動軸是穿過了藍色電機的,本質是并聯

至于混聯,絕大多數無法歸屬于上述兩種的混動,都屬于混聯。混聯顧名思義,既可并聯、也可串聯、還可串聯并聯同時兼具。今天的DHT混動多采用雙電機或多電機,最典型的P1+P3架構下,P1因為随時與發動機同轉而屬于串聯,而P3則是可單獨工作、可混合疊加的并聯。

另外,複雜混動系統中,有多個離合器可以控制并改變動力傳輸的路徑,進而讓同一個混動系統的某個電機在不同模式下,在并聯或串聯的角色間切換。

比如在鲲鵬DHT中,當離合器1閉合、2打開、3閉合,上方電機是單獨通過1或3擋,并聯接入到内燃機的2擋動力中的;而當離合器1閉合、2和3打開,還是這個電機,又變成了串聯增程中的驅動電機。

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是以《隻為混得更好,DHT宇宙殺瘋了》裡我說沒必要解釋鲲鵬的擋位……太複雜了

在今天混動系統複雜化的大背景下,串并混聯幾乎是每一家的共同選擇。單純的串聯隻出現在增程式混動車型上,單純的并聯則基本退出了曆史舞台,隻有少數極端追求性能的混動車型會繼續采用。

串并混聯将會成為主流,也意味着這個詞将不再有參考價值——大家都是混聯,那麼就要看究竟是“怎麼混”的了。

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