在新能源的趨勢(shì)下,汽車(chē)的動(dòng)力形式也越來(lái)越多元,從過(guò)去單一的內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力逐漸出現(xiàn)了混合動(dòng)力、插電式混合動(dòng)力、純電動(dòng)、增程式電動(dòng)、氫燃料電池等多種動(dòng)力形式并存的格局。
或許有人會(huì)問(wèn),什么能源才是終極能源,回答這個(gè)問(wèn)題還為時(shí)尚早,不過(guò)可以預(yù)見(jiàn)的是,汽車(chē)電動(dòng)化就是現(xiàn)在及未來(lái)的趨勢(shì)。
不過(guò)從內(nèi)燃機(jī)直接切換到電動(dòng)車(chē)貌似還有一段路程,電動(dòng)車(chē)的使用習(xí)慣還需培養(yǎng),所以混合動(dòng)力和插電式混合動(dòng)力在目前來(lái)說(shuō)會(huì)更吃香。
單從混動(dòng)的節(jié)油效果來(lái)看,日系車(chē)的混動(dòng)車(chē)型普遍要比歐美以及國(guó)產(chǎn)車(chē)省油,都是混動(dòng)車(chē)為啥差距如此大?這就得從它們的結(jié)構(gòu)差異聊起,為了讓大家容易理解,現(xiàn)在流行按照電機(jī)位置的不同對(duì)混合動(dòng)力構(gòu)型進(jìn)行新的分類(lèi)。
以往介紹一款混合動(dòng)力車(chē)型,大都是從它的混動(dòng)結(jié)構(gòu)來(lái)介紹,串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)等等頗為復(fù)雜的名詞大家看完也記不住。
對(duì)于小白來(lái)說(shuō),用電機(jī)位置來(lái)進(jìn)行分類(lèi)會(huì)更加簡(jiǎn)單明了。從電機(jī)布置的位置不同,可以分為P0-P4五種結(jié)構(gòu),P代表電機(jī)位置(Position),布置在不同的位置,用不同的數(shù)字代號(hào)。
從P0到P4分別表示的電機(jī)布置方式,數(shù)字越小越靠近發(fā)動(dòng)機(jī)。
當(dāng)然,有些車(chē)型不止一個(gè)電機(jī),那么這些車(chē)型結(jié)構(gòu)就是Pxy的混合體。
另外還有一種獨(dú)立于P0-P4之外的PS架構(gòu),這種架構(gòu)和P0~P4構(gòu)型有很大差異的,如豐田的THS和本田的i-MMD都可歸類(lèi)于PS式。
至于混合動(dòng)力和插電式混合動(dòng)力的區(qū)別,可以簡(jiǎn)單理解為插電式混合動(dòng)力是在混合動(dòng)力的基礎(chǔ)上增大電池容量而來(lái)。
P0架構(gòu)的電機(jī)位于發(fā)動(dòng)機(jī)前端,這是一種啟動(dòng)/發(fā)電一體電機(jī)(BSG電機(jī)),它代替的位置就是我們常見(jiàn)的汽車(chē)發(fā)電機(jī)位置(原功能僅為發(fā)電)。市面上帶有自動(dòng)啟停、微混和48V弱混都是常見(jiàn)的P0架構(gòu)。
它可以實(shí)現(xiàn)更舒適的怠速啟停和高端的滑行啟停,具備制動(dòng)能量回收和加速助力功能。不過(guò)由于它是通過(guò)皮帶傳動(dòng),所以它對(duì)動(dòng)力的提升或是能量回收的功率都是有限的,也不支持純電行駛。
以48V微混系統(tǒng)為例,通過(guò)增加BSG電機(jī)、DC/DC和48V電池三個(gè)部件,可以降低10%的燃油消耗,這套系統(tǒng)的成本非常低,因此很多車(chē)型都會(huì)通過(guò)這套系統(tǒng)來(lái)降低油耗。
P1架構(gòu)的電機(jī)位于變速箱離合器前,這是一種盤(pán)式一體啟動(dòng)/發(fā)電機(jī)(ISG電機(jī)),它安裝在發(fā)電機(jī)曲軸上,取代了傳統(tǒng)的飛輪,發(fā)電機(jī)曲軸充當(dāng)了ISG電機(jī)的轉(zhuǎn)子。
P1架構(gòu)無(wú)需對(duì)車(chē)型動(dòng)力系統(tǒng)、車(chē)身布置進(jìn)行大的改動(dòng),依然可以采用傳統(tǒng)變速箱,它和P0一樣可實(shí)現(xiàn)高級(jí)起停、電動(dòng)助力及能量回收等功能。
另外由于它直接連接曲軸,電機(jī)旋轉(zhuǎn)會(huì)連帶發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn),因此P1也不具備純電行駛模式。其次在動(dòng)能回收及滑行模式下,會(huì)因?yàn)閹?dòng)曲軸空轉(zhuǎn)而浪費(fèi)動(dòng)能。
不過(guò)P1電機(jī)相比P0電機(jī)的扭矩會(huì)更大,啟停和電動(dòng)助力效果更明顯,但同時(shí)對(duì)它的工藝要求也更高,所以成本也會(huì)比P0電機(jī)高。
目前運(yùn)用這種架構(gòu)的車(chē)型并不多,沃爾沃XC60混動(dòng)車(chē)型和奔馳搭配M246發(fā)動(dòng)機(jī)的車(chē)型有搭配。
P2架構(gòu)是目前市面上混動(dòng)車(chē)型應(yīng)用最多的模式,它用的是同軸式電機(jī)(IMG電機(jī)),發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)之間有個(gè)離合器,電機(jī)和變速箱之間也有一個(gè)離合器。
電機(jī)放在離合器后變速箱前,通過(guò)在發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱之間插入兩個(gè)離合器和一套電動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)混動(dòng);可以純電行駛。P2和P1模式基本相同,唯一區(qū)別在于電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)之間有沒(méi)有離合器,是不是可以單獨(dú)輔助驅(qū)動(dòng)——純電行駛。
P2工作模式主要有如下幾種:
1、純發(fā)動(dòng)機(jī)模式
此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)輸出動(dòng)力,電機(jī)不參與控制,C1和C2離合器閉合。
P2相比P0和P1構(gòu)型,支持純電動(dòng)模式,此時(shí)電機(jī)單獨(dú)輸出扭矩,C1脫開(kāi),C2閉合。
整車(chē)制動(dòng)減速,C2閉合,C1脫開(kāi),電機(jī)為負(fù)扭矩模式,從而實(shí)現(xiàn)能量回收。
此時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)都輸出扭矩,C1和C2離合器閉合。
P2電機(jī)對(duì)集成要求比較高,跟P1一樣,P2也需要布置在發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱中間,但因?yàn)椴槐叵馪1一樣整合在發(fā)動(dòng)機(jī)外殼中,布置的形式更靈活。
P2架構(gòu)在純電動(dòng)模式下可以和發(fā)動(dòng)機(jī)斷開(kāi)連接,因?yàn)殡姍C(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)之間還有個(gè)離合器,因此在純電動(dòng)模式下發(fā)動(dòng)機(jī)并不會(huì)被拖動(dòng),同時(shí)由于P2模式下,電機(jī)的后面有變速箱,因此變速箱的所有擋位都可以被電機(jī)利用。整個(gè)P2模塊的軸向長(zhǎng)度最小可達(dá)到約135mm,因此該模塊集成度非常高,不管發(fā)動(dòng)機(jī)橫置還是縱置都可在發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱之間塞入,AT、CVT和DCT變速箱都可以搭配。
P3架構(gòu)的電機(jī)位于變速箱輸出端,采用齒輪或鏈條傳動(dòng)與變速箱輸出軸進(jìn)行耦合,零部件的集成度相比P2要求要低,但需要占用動(dòng)力系統(tǒng)額外的體積。
P3最主要的優(yōu)勢(shì)是純電驅(qū)動(dòng)和動(dòng)能回收的效率。同時(shí),P3會(huì)比P2少一組離合器,且純電傳動(dòng)更為直接,更高效。P3比較適合后驅(qū)車(chē),有充足的空間予以布置。
在純電模式下起步時(shí),電機(jī)可直接驅(qū)動(dòng)減速器,減速器驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸,因此純電驅(qū)動(dòng)更為直接高效;在車(chē)輛制動(dòng)或減速時(shí),能量回收也更為直接。
本田搭載的i-DCD混動(dòng)系統(tǒng)以及法拉利的的LaFerrari混動(dòng)超跑都是采用這種方式。
P4架構(gòu)的電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)不驅(qū)動(dòng)同一軸,簡(jiǎn)單說(shuō)就是在普通車(chē)型基礎(chǔ)上,在車(chē)的后橋上增加電機(jī),為兩個(gè)后輪增加動(dòng)力輸出源,從而將兩驅(qū)車(chē)變?yōu)樗尿?qū)車(chē)。
同時(shí)P4路線(xiàn)的電機(jī)電壓高,功率大,同時(shí)使用高容量電池,可以實(shí)現(xiàn)完全的純電行駛,比較受SUV車(chē)型青睞。
如比亞迪的DM車(chē)型、長(zhǎng)城WEY P8等車(chē)型都是采用這種架構(gòu)。
PS是功率分流的簡(jiǎn)稱(chēng),因?yàn)楣β实扔谂ぞ睾娃D(zhuǎn)速的乘積,它能夠通過(guò)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)更大自由度地調(diào)整扭矩和轉(zhuǎn)速,它的電機(jī)是直接整合在變速箱內(nèi)部。
通用和豐田采用的是行星齒輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行變速,和傳統(tǒng)的變速箱存在較大差異,因此也稱(chēng)之為E-CVT。
以豐田為例,它的混動(dòng)系統(tǒng)由兩個(gè)電機(jī)及行星齒輪系構(gòu)成,行星齒輪系即為所謂的動(dòng)力分配單元,結(jié)合了電驅(qū)動(dòng)和無(wú)極變速器。通用的設(shè)計(jì)相類(lèi)似,它采用雙行星齒輪系和三行星齒輪系規(guī)避了豐田的專(zhuān)利。
行星齒輪組的妙處就在于無(wú)論是行駛條件還是蓄電池的電量處于何種狀態(tài),均可以根據(jù)當(dāng)前的工況得出最佳的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,進(jìn)而和MG1配合之下永遠(yuǎn)處于最經(jīng)濟(jì)的工作區(qū)間。
PS架構(gòu)博大精深,整個(gè)結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單,但是效果卻非常強(qiáng)大,想了解詳情可以讀讀這篇文章《臥榻之側(cè)有本田,豐田混動(dòng)技術(shù)是如何被逆襲的?》。
不同國(guó)家和地區(qū)的車(chē)企商,對(duì)混動(dòng)路線(xiàn)的選擇是不同的,中國(guó)與歐洲大部分車(chē)企采用了P2架構(gòu),而通用和豐田則采用了PS架構(gòu)。
P2混動(dòng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是研發(fā)成本低、技術(shù)簡(jiǎn)單,只是在發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器中間加入一個(gè)電機(jī)和分離式離合器,發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱無(wú)需大的改變,即可實(shí)現(xiàn)混動(dòng)效果。
PS架構(gòu)節(jié)油效果更優(yōu)秀,結(jié)構(gòu)緊湊,但是控制邏輯復(fù)雜并且有專(zhuān)利壁壘,導(dǎo)致目前豐田和通用是這一領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊。
目前階段下,除了豐田、通用等車(chē)企外,其它采用P2架構(gòu)的車(chē)企只能在現(xiàn)有基礎(chǔ)上不斷優(yōu)化,像復(fù)合架構(gòu)的結(jié)合也能接近它們的油耗水平。
比如WEYP8在發(fā)動(dòng)機(jī)前端與后軸都有電機(jī),屬于P04構(gòu)型,比亞迪的唐DM則前后配備雙電機(jī),主電機(jī)在前軸電驅(qū)為主,發(fā)動(dòng)機(jī)也放在前軸,后軸也有電機(jī),也屬于P24。
當(dāng)然了,混動(dòng)成本還是比較高的,一些主打經(jīng)濟(jì)實(shí)用的車(chē)型只能配備像P0這種基礎(chǔ)的架構(gòu),這也在節(jié)油方向上作出的努力。
作者 | 皆電 周師兄
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