根據電機位置對混合動力汽車的定義

2021-08-09 06:01:53 字數 4065 閱讀 8923

如今混合動力汽車開始進入普及期,越來越多的人開始關注混合動力汽車。但很多人都會有個疑問,混合動力是不是就在車上裝上電機,然後再背上一塊巨型充電寶?

對!大部分混合動力車型究其本質,就是讓電能也加入驅動汽車的能量形式中。但是把電機和這塊「充電寶」塞進車裡並沒有想象的那麼簡單。

混動車型有很多態別,各種類之間的區別在於如何混合油、電這兩種能源,從技術角度上來講就是如何安放電機。目前主流的分類方式很難將市面上各個車型準確的分門別類,因為每一種混動種類中的不同品牌車型所應用的混動原理是有很大的差別的,單純的將混動分為強混,插電式混合動力與增程式混合動力也是不科學的。所以,我們現在按照電機的布置方式,對混動車型進行分類。

按照電機布置的方式,混合動力車型可分為 p0、p1、p2、p3、p4 以及 ps 6 種。這六種混合動力車型的主要區別在於電機與發動機及變速器之間的相對位置。

p0(bsg)——電機在變速箱之前

這是一種最基礎的混合動力電機布置方式,主要應用在輕混車型中。bsg 電機被安裝在曲軸的後端,電機通過皮帶驅動曲軸,可快速將熄火的發動機拖動點火。但受限於皮帶傳動傳力的大小,這種混動方式尚不能實現整車驅動,目前主要用在 start-stop 系統上。

這種混動形式結構簡單,易於實現,可以降低發動機怠速過程中的油耗。但因其電機在車輛驅動過程中的作用甚微,目前絕大多數採用 p0 布置形式的車型不被稱作混合動力。而且 bsg 電機在啟動發動機的過程中會產生較大振動,啟動階段的頓挫不易控制。不過,隨著技術的提高,基於這種技術的 start-stop 系統仍將大範圍應用。

p1(isg)——發動機缸體上裝定子,在飛輪上裝轉子

p1 結構的核心是 isg 電機,isg 電機是汽車起動發電一體機,直接整合在發動機主軸上,定子安裝在發動機的缸體上,轉子則安裝在飛輪上。原理上就是在發動機的曲軸後端,即發動機飛輪處安裝了一台功率、扭矩更大的啟動電機,這樣 isg 電機便可在起步階段暫時替代發動機驅動汽車,並同時起到啟動發動機的作用。

因此,這種布置方式能夠減少發動機的怠速與低轉速時油耗與排放。行駛過程中,電機斷開或者起到發電機的作用,剎車時,電機再生發電,**制動能量。這種結構成本低廉,結構簡單,易於實現。但這種結構也存在問題,首先,isg 系統的發動機、發電機及驅動電機同軸連線,整個傳動系統的轉動慣量很大,啟動階段會產生較強的振動。其次,該系統的輸出動力仍取決於發動機,而且隨著轉速增加,電機轉矩會下降,也難於實現純電驅動。

p2——雙離合器結構

在 p2 系統中雙離合是指在發動機與電機、電機與變速箱之間各有乙個離合器。和傳統汽車相比,這種結構相當於多加了乙個離合器和電機。也正是因為兩個離合器,p2 形式的混合動力車型擁有了三種工作模式。

離合器 g1 斷開的時為純電模式,車輛完全由電動機驅動。離合器 g1 與離合器 g2 同時連線時為混合動力模式,電機與發動機共同驅動車輛。在高轉速條件下,離合器 g1 與 g2 也同時連線,但是電機並不隨發動機同步轉動,電動機相當於一台發電機,發動機在驅動車輪並驅動發電機給電池充電。

這種電機布置形式的最大優勢在於,結構簡單,成本低,便於大批量推廣和平台化生產。但是這種雙離合的連線形式仍難以規避傳統變速箱的頓挫問題,在控制上要同時協調兩個離合器,調教難度大。目前 p2 混動僅有純電,油電混和發動機輸出三種模式,並不能實現增程式動力輸出。

p3——電動機在變速箱輸出端

p3 這種結構最大的特點是將電動機直接布置到了變速箱的輸出端,是一種典型的並聯式混合動力結構。這種方式更加直接,沒有改變傳統汽車發動機-變速箱的動力輸出形式,但降低了以往變速箱所承受的負荷,有利於充分發揮電機的動力。在這 p2 形式中,電機布置在變速箱前,混動模式下電機和發動機均在高扭區間輸出動力,對變速箱要求較高,往往會犧牲部分電機或者發動機的扭矩,而 p3 結構就有效的規避了這一點。

在 p3 結構下為了實現對電機的轉速與扭矩的擴充套件往往會再聯接一台減速器,只要減速器能承受,輸出扭矩就可以很大,這樣就可以獲得更強的加速能力。但是這種方式本質上還是簡單的將電機與發動機併聯,減速器也只有固定速比。電機高速運轉時,轉矩會下降,效率頁會急劇降低,這種動力混合的方法耦合性差,很難實現各個工況的最優控制,車輛舒適性也難以保證。

p4——電機加裝在後橋上

單獨在後橋加裝電機的方式在混動車上基本不會出現,p4 這種將電機加裝在後橋的布置方式往往要和其他模式聯合使用,比如 p1p4 或 p2p4,比亞迪唐就是用的p4+p2組合。

這種布置形式主要通過前後軸兩台電機的使用實現四驅。在純電模式下,後橋電機單獨驅動。在混動模式下,發動機與電機同時工作,整車的最大輸出功率與輸出扭矩可以達到電機與發動機二者之和。這種布置結構也可以省去傳統四驅的機械結構。

但是 p4 模式也有弊端。首先是控制難度較高,很多採用 p1p4、p2p4 的車型都存在控制不佳帶來的駕駛舒適性問題。這種布置形式對整車設計與底盤調教提出了更高的要求,尤其是在後橋加裝電機後會給原有平台上的整車底盤、車身耐久性、安全性帶來新的問題。所以這種方式只是在目前技術條件下實現混動四驅的乙個臨時解決方案。

ps——行星齒輪 ecvt+雙電機系統

ps 布局方式是目前對內燃機+機械變速箱的傳統動力總成顛覆最大的混動模式。這種混動方式的核心是通過採用單個或多個行星齒輪組,將雙電機與發動機的動力輸出進行柔性耦合。每個行星齒輪組具有三個自由度,通過對行星齒輪組中各個部件進行智慧型控制,可以讓單、雙電機與發動機動力順暢輸出。駕駛這種結構的混動車型不僅可以感受到電機低速高扭輸出所帶來的強烈推背感,也可以享受到更加線性的動力輸出,市場上採用這種結構的混合動力汽車,比如別克全新君越30h 混動版就很好的兼顧了動力輸出與舒適性。

此外,隨著 ecvt 中行星排數量的增加,如雙行星排,三行星排的 ecvt 的應用,混合動力汽車也將可以擁有更多的驅動模式,對於駕駛者來說,就可以擁有應對多種工況的適應能力,採用雙排行星齒輪 ecvt 的別克全新君越30h 混動版就可以根據當前的路況、車況以及駕駛員的意願智慧型切換工作模式。舉例來說,當你需要急加速時,君越 hev 的電機與發動機會共同工作,獲得最大的動力輸出。而在城市擁堵路況低速行駛時,電機單獨作用,有效的降低了油耗,減少了排放。在高速巡航狀態下,發動機單獨驅動車輛,車輛也將獲得穩定的動力輸出。

而基於多排行星齒輪的 ps 機構布局的核心在於對行星排 ecvt 的控制,一般來說,單行星排擁有 3 個自由度,雙行星排理論上來講可以擁有 9 個自由度。因此,通過控制 ecvt 中離合片的接合與斷開,就可以改變行星齒輪的自由度來實現不同的驅動模式。ps 結構也徹底捨棄了過去的機械變速箱,ecvt 的使用還讓混動車型克服了機械變速箱頓挫的問題。在搭載了這套 ecvt 系統後,別克全新君越30h 在模式切換過程中所表現出的平順性是其他混動方式難以實現的。

混合動力汽車是未來的藍海市場,因此「車用充電寶」之爭催生了很多技術形式,power split(ps)作為目前最優的布置形式,技術主要掌握在通用與豐田兩家公司的手中,特別是通用手握雙行星排與三行星排 ecvt 技術將是未來眾多廠商難以突破的瓶頸,別克全新君越30h 的上市也意味著採用更先進的雙行星排 ecvt 系統的車型開始逐漸登入國內市場,隨著消費者對混合動力認知水平的提高,以別克全新君越30h 為代表的搭載雙行星排 ecvt 與三行星排 ecvt 系統的混動車型將逐步成為市場主流。上述幾種技術雖然各有優劣,但是技術永遠是起到決定性作用的,隨著市場上混動車型的逐步鋪開,基於 ps 技術的車型也將在市場上擁有更強的話語權。

文章**一位知乎網友。

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