我们都知道,汽车工业已经进入了新能源时代,车水马龙的街道上绿牌车甚至要取代蓝牌车成为主流。插电式混合动力汽车作为我国《新能源汽车产业规划(2021-2035年)》中划定的「三纵」之一,发展之势如火如荼。
早些年车圈流传的那句话「世界上只有两种混动,一种是两田混动,另一种是其他」早已被国内车企踩在脚下,奇瑞、比亚迪、长城等车企分别交出了各自的答卷,成绩斐然。
虽然混动的趋势都是往大电池、多模式、串并联集成结构发展,但衍生出来的技术方案还是略有不同。
因此,我们将从技术出发,看看为什么会出现不同;以及这么做的原因是什么?
国产几个主要的几个混动系统,分别是「长城柠檬混动 DHT 系统」、「吉利雷神智擎 Hi·X 混动系统」和「比亚迪 DM-i 混动系统」,这三家的市场声量一直都很高,但还有一家死磕技术的公司需要聊聊 —— 奇瑞汽车。
在聊「鲲鹏 DHT」之前,先带大家简单了解混动技术基础知识。「混动」按字面意思理解,就是混合动力汽车(又称复合动力汽车)是指车上装有两个以上动力源。其诞生之初的目的可以用四个字概扩:节能减排。
随着技术的发展,混动还可以兼顾提高动力性和平顺性,混动的主要的两个形式是 HEV 与 PHEV。区别:HEV 即油电混动,PHEV 即插电混动。
除了是否插电,还有很多其他区别:
综上,HEV 的优点是:物料成本相对更低、整备质量轻、对电机功率扭矩要求不高;缺点是:所有的动力来源依然是化石燃料 -- 石油,是可以达到节能,但节能程度有限,排放改善有限。
PHEV 优点:混合形式更多多样,能满足更多场景需求,在仅使用纯电模式下,无任何排放,且用车成本极低;缺点:电池包更大,成本更高,因电池、电机重量上升带来自身车重增加,控制逻辑更加复杂,能否充分发挥插混的优势,较为考验车企的功底和积累。
而新能源的发展路径是往纯电切换,所以即使是混动,各家的方案也在往大电池的「超级混动」走,这样车辆在部分场景下是可以按照增程的模式纯电驱动,并且发动机可以承担发电机的角色。
上面说了混动的形式,而这个形式主要的区别是在结构上,比如,人们说的 Px 电机,到底是什么意思?
其实所谓的 Px 电机,就是安置在动力系统中不同位置的电机。数字不同,电机的位置不同,所侧重的效果也就不同。另一个关键技术就是混动专用变速器(通常称为 DHT 变速器),它是一家车企混动方案的集中体现。
混动电机结构简图
以前驱混动汽车为例:
P0 电机位于发动机前端皮带上(又称 BSG 电机); P1 电机位于发动机输出端离合器之前(又称 ISG 电机); P2 电机位于离合器与变速器之间,P2.5 电机集成在变速器内; P3 电机位于变速器与前桥车轮之间; P4电机位于后桥车轮前。
P0 与 P1 电机一般用于辅助发动机起动,与发动机机械连接,无法直接驱动车辆;P2、P2.5、P3电机可以直接驱动车辆,实现纯电行驶;P4 电机可以实现四驱。
混动技术的关键是什么?
评价一台混动汽车好不好,关键之处在哪里?传统汽车在于三大件:发动机、变速器和底盘。混动汽车作为传统燃油车的升级版,也是大致如此。评价一台车混动技术的好坏,关键就在于两点:高热效率发动机与混动专用变速器。
混动汽车所用的发动机名叫阿特金森循环发动机,是一种通过进气门晚关的方法实现膨胀比大于压缩比,进而提升热效率的发动机。它的缺点是虽然经济性更好,但动力性较差,在发动机作为唯一动力源的燃油车时代无法被广泛使用,随着汽车进入了新能源时代才开始大放光彩。
奇瑞鲲鹏:「划时代的三档定轴式」。
多方势力轮番登场,奇瑞又怎甘落后,2021 年的上海车展上,奇瑞终于放出了「鲲鹏动力」这一大招。这套混动系统如今搭载在瑞虎 8 鲲鹏版、瑞虎 8 PLUS 鲲鹏版等车型上,评价很好。
奇瑞瑞虎 8 PLUS 鲲鹏版
上面我们说了鲲鹏是划时代的定轴式,原因是奇瑞在长城 DHT 的基础上又加了一挡,同时突破性的使用「双驱动电机」P2 + P2.5,这与其他混动系统多采用 P1 发电机 + P2/P3 电动机是迥然不同的,这些组件排列组合之后居然达到了「3 档 9 模 11 速」。
根据专利绘制的鲲鹏 DHT 变速器结构图
在奇瑞申请的专利 CN110667366A 的基础上,结合官方发布的爆炸图绘制出它的结构。
鲲鹏 DHT 变速器结构简图
从图上可以看到,三个挡位的变速齿轮位置以及 3 组离合器控制的逻辑:离合器 C1 控制发动机是否介入整个动力系统;离合器 C2 可控制动力是否通过 1 和 3 挡的变速齿轮;离合器 C3 则主要控制动力是否通过 2 挡的变速齿轮。
鲲鹏 DHT 内部结构连接逻辑大致如下:
从表格了解鲲鹏 DHT 变速器的工作原理:
奇瑞鲲鹏 DHT 拥有 9 种驱动模式,看似很复杂,但其实我们只要知道,纯电模式、并联模式、串联模式、发动机直驱,这四种模式就已经足够了,这才是 DHT 混动的精髓。
纯电模式
根据官方的资料来看,鲲鹏 DHT 有两台驱动电机,因此,光纯电模式就将会有 3 种:
也就是说,奇瑞用复杂的工作模式覆盖了车辆行驶的所有工况,比如,低速、高速、频繁启停等,满足经济性和舒适性的综合需求。而且双电机并联时可以带来较大的综合功率输出,适合激烈驾驶时的动力需求。
并联模式
并联模式其实就是我们传统理解的 PHEV 的混动模式,鲲鹏 DHT 是 P2 电机或双电机并联,P2.5 不单独并联。
在并联结构里,单电机并联时,发动机会参与到动力的输出,因此,离合器 C1 会耦合,P2 与发动机共同输出动力,只不过是速度的高低搭配。同时,C2 和 C3 可以进行 1、2、3 档的变速调节。
双电机并联时,此时的功率释放最大,适用于动力需求较大的场景,并通过 3 个离合器调整速比,可实现 1 挡、3 挡、1 + 2 挡和 2 + 3 挡的功率传输组合,将动力性能全部发挥。
串联模式
串联模式其实就是「增程模式」,这时候发动机不直接驱动车辆,而是配合 P2 来发电,由 P2.5 驱动车辆。这个模式的加入也是所谓「超级混动」这个概念的直接来源。
大电池、电驱动,虽然鲲鹏 DHT 结构上比纯增程要复杂,但本质上也是在实现类增程模式,这个模式最好的体验就是,电驱动的平顺性更好,同时还有更好的经济性。
发动机直驱模式
首先要知道除了「增程式」,其他所有的混动系统车型都有发动机直驱的模式,常见的 DHT 车型一般都是低速使用电机驱动,到了高速场景下用发动机驱动,这样可以将电机和发动机各自的高效能区间都应用起来,而鲲鹏 DHT 有所不同的是,发动机直驱只会在严重亏电、电机损坏等极端场景下进行。
因此,从整个结构来看,鲲鹏 DHT 的发动机直驱更像是备用系统,而奇瑞的目的就是让整车的体验趋近于纯电车型。发动机直驱的逻辑和燃油车一致,只不过鲲鹏 DHT 的发动机直驱只有 3 档调节,这样的话油耗可能会有所增加。
综上所述,所谓的「3 档 9 模 11 速」,其实就是整套系统有 3 个档位,在结构上可以模拟 9 种模式的,需要注意的是这 9 种模式里其实用于驱动的也就上面所说的 4 种,在这 9 种模式中利用 3 个档位可以实现 11 速的调节。
好处确实是可以覆盖更多的使用场景,而且将电机和发动机的效率最大化;缺点也很明显,整个系统的结构会非常复杂,加上大电池方案整车重量和调校会很有难度。
这就有了一个新问题,从结构来看「鲲鹏 DHT」并不是一个讨巧的方案,为什么奇瑞还要这么做?
为此,我请教了奇瑞混动研发总监周之光博士,他表示:
『各家混动的结构差异,确实可以体现每家对混动的理解,本质上讲我们也可以做 1 档或者 2 档结构的系统,之所以选择 3 档是因为,我们希望用一套系统能够尽可能覆盖更多使用场景,而且这套系统只需要做好「混动」这一种形式。
什么意思呢?
因为很多厂商的混动方案是和纯电同时用的一套兼容平台,这个时候很多系统都是共线生产,而系统结构上必须要做平衡,因此,虽然架构上简单了,但缺点就是低速或高速场景的效能不能最大化利用。
我们认为混动是一套独立的技术路线,它的任务就是将「混动」的优势最大化,它不需要去兼顾纯电的结构。并且我们针对不同的车型,开发的混动专用发动机,可以更多区分不同的产品用途。
因此,我们测试完后觉得采用 3 挡结构可以做到更好的用户体验。』
据了解,奇瑞还有几款混动专用发动机,和针对高性能车型的混动方案将在不久后公布。
我们经常会有这样的疑惑:为什么这家选择了行星齿轮,那家选择了定轴式(固定齿轮比)?为什么这家用两档直驱,那家用三档直驱?到底哪种搭配更好?其实不同的选择下,是各家车企不同的逻辑和取向。
接下来我们就看看:比亚迪 DM-i 混动平台。
比亚迪 DM-i:单档定轴式变速器的集大成者。
作为国产混动领域的扛鼎之人,比亚迪的成绩有目共睹,王朝系列的销量在每月的新能源榜单中一骑绝尘,而支撑它销量的主力正是被视为新一代超级混动技术的 DM-i。
DM-i 的核心除了骁云发动机,就是它的混动专用变速器:EHS 系统。
EHS 系统的结构为「P1 + P3 的串并联双电机结构」,简单来说,就是通过单档定轴式变速器、配合高功率发电机和电动机,实现全速域下的优异动力、经济性。
EHS 系统结构图
上图为 EHS 系统的结构,通过这套系统,DM-i 可以实现纯电模式、串联模式、并联模式、动能回收模式和发动机直驱模式:
在实际的驾驶过程中,汽车的工作流程如下:
起步或低速行驶时,采用纯电模式; 中低速或加速时,若 SOC 值(剩余电量)较高,则采用纯电模式,若 SOC 值较低,则采用串联模式; 高速巡航状态下(通常 60 km/h 以上),发动机处于高效率转速区间,采用发动机直驱模式; 高速超车或超高速状态下,功率需求较大,由发动机和 P3 电机共同驱动采用并联模式;刹车时,采用能量回收模式。
比亚迪的这套 EHS 电混系统,在结构上和本田的 i-MMD 系统大同小异,不过比亚迪由于采用自家超高热效率的发动机和充放电倍率极高的的刀片电池,比亚迪可以在所有能量传输路径中达到极高效率,所以愣是用这套简单的系统做出了最出色的产品。
从中我们可以看出比亚迪的逻辑就是用高效的组件、简单稳定的系统完成出色的整体效果,颇有些「重剑无锋、大巧不公」之意。
长城柠檬 DHT:「增强动力性的两档定轴式变速器。」
作为国产自研技术的代表,长城在 2020 年 12 月也发布了自己的混动平台:柠檬混动 DHT。
这套系统目前搭载在 WEY 玛奇朵、WEY 拿铁、哈弗初恋等 SUV 车型上,在市场上取得了一定的成绩。
柠檬混动平台的 DHT,分为:1.5L + DHT 100、1.5T + DHT 130 和 1.5T + DHT 130 + P4 三种架构。其中 DHT 100 和 DHT 130 两款变速器原理相似,都是「P1 + P3 的串并联结构」。与比亚迪 EHS 不同的是,柠檬 DHT 增加了一个挡位,即为两档定轴式变速器。
长城柠檬 DHT 变速器结构图
柠檬 DHT 变速器的结构,通过这款变速器同样可以实现纯电、串联、并联、能量回收、发动机直驱五种工作模式,基本原理与 DM-i 相似。
但与 EHS 系统不同的是,柠檬 DHT 增加了一个挡位,而得益于这个传动比更低的 2 挡,发动机可以在车速更低的时候介入直驱,理论上相比于单挡低速期的串联增程模式,可以更好的增加经济型。不仅如此,多一个挡位也可以增加高速再加速时的动力性。
总的来说,长城的逻辑是通过增加一个挡位来增加定轴式变速器的灵活性、提升低速经济性和高速动力性,通过产品品类即品牌的策略将 WEY 品牌全系产品实现混动化,不仅可以有大电池可以为智能化硬件提供电源,还可以增强车辆的驾驶能力。
吉利雷神:「不疯魔不成活的行星齿轮 + 定轴式。」
读到这里各位可能有了疑惑:为什么一直在说定轴式,就没有人用行星齿轮吗?
统治了混动领域多年的丰田 THS 用的不就是行星齿变速器轮吗?其实不是行星齿轮不好,而是丰田注册了单排行星齿轮的专利,其他车企在选择时就难免重重掣肘。
比如通用就设计了一套复杂的双排行星齿轮变速器用在雪佛兰 Volt 等车型上,不过无论是数据还是销量都并不太理想。
雪佛兰 Volt
但永不言败的国内车企依然对行星齿轮结构发起了进攻:2021 年 10 月,吉利发布了它的混动平台——雷神动力。在雷神动力平台中,除了一款中规中矩的一挡 DHT,另有一台集成了双排行星齿轮,三挡(实为四挡)定轴式的混动专用变速器 DHT Pro。如果上面奇瑞的鲲鹏 DHT 还只是复杂,那吉利的DHT Pro 就只能说是「不疯魔不成活」。
吉利星越 L 雷神 Hi·x
雷神混动采用了常规的「P1 + P2 的串并联结构」,官方同样没有发布拓扑图,故此我还是根据吉利申请的专利绘制了下面的结构图:
雷神 DHT Pro 结构图(供参考)
细心的朋友可能会有疑惑:这个 P2 电机不是集成在变速器内部吗?按前面的定义为什么不定义为 P2.5 电机?
其实按我们的常用定义,它确实是一个 P2.5 电机,但吉利为了与上一代的 P2.5 电机混动区分开,强行将它定义为了 P2 电机。
雷神 DHT Pro 工作原理
雷神 DHT Pro 的工作原理复杂程度比之奇瑞有过之而无不及,故此同样用表格的形式帮助大家理解。值得额外一提的是,**雷神的并联三档通过弹射起步时离合器的半联动,实现了时速 20 km/h 工况的发动机介入,相比一般的 60 km/h 和长城的 40 km/h 可谓一大进步。
看完表格,大家可能发现了行星齿轮变速器相对定轴式变速器的一大缺点:发动机无法直接驱动车辆,即使是最高效的转速区间,因为受制于行星齿轮的机械结构,发动机也必须带动电机空转,这难免会浪费部分功率。
除此之外,行星齿轮系统的电控相比于定轴式更加困难,在调教上增加了难度。
总的来说,吉利的逻辑与长城类似,通过增加挡位将发动机经济区间扩大,同时又引入了行星齿轮功率分流的优越性,整套系统的复杂增加很多。至于最后的成效,以及可以预见的故障率和维修难度,同样有待时间检验了。
写在最后
通篇下来,我们了解了一些混动技术的基本知识,分析了四家国产车企混动技术的特点和思路,希望可以让大家对「混动技术」这一概念有更深的理解。
混动技术本身确实是大势所趋,每家方案虽有不同,但都定义出了对于自家产品而言的最优解。
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