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混动的证明

去年以来,我发了一些关于普锐斯的帖子,里面的内容推测性的较多,有的人表示看不懂。以前的帖子写得究竟对不对,我自己也需要证实。下面,我想用Torque Pro来证实一下。

一、纯电(EV)模式

EV状态下行星齿轮组旋转的示意图是这样的:

齿圈代表二号电机(MG2),行星座代表发动机(ICE),太阳轮代表一号电机(MG1)。

Torque Pro的截图是这样的:

由截图可见,发动机(ICE)不转,当然也没有扭矩输出;二号电机(MG2)正转,扭矩输出为正值,说明工作在电动机状态;一号电机(MG1)反转,没有扭矩输出,所以是空转。动力电池HV电流和功率都是正值,说明动力电池在输出电力。

下面一张截图是纯电爬坡的情况:

这张截图是在从地下车库爬坡起步的瞬间获得的,车速几乎为零,二号电机(MG2)发出239牛米的扭矩(本人的车是普锐斯2代,MG2最大扭矩达400牛米,P3的最大扭矩没有这么大,只有207牛米),这时MG2由动力电池供电。内燃机(ICE)带动一号电机(MG1)正转,而一号电机(MG1)扭矩输出为负值,说明工作在发电机状态。

正常行驶

先看一张正常行驶过程中的示意图(由于这张示意图与行星齿轮组同步的情况很接近,以前的帖子里我把这张图当成行星齿轮组同步的示意图,这是我的失误,在此表示歉意):

再看一张截图:

这张图反映的是二号电机单独驱动普锐斯的情况。内燃机(ICE)(转速比二号电机稍高)驱动一号电机(MG1)发电(转速为正值,扭矩为负值是典型的发电机状态),一号电机(MG1)一方面向二号电机(转速为正值,扭矩也为正值是典型的电动机状态)供电,另一方面给动力电池充电(HV电流表为负值,表示在充电)。电池不可能一方面充电,另一方面又向二号电机供电,所以这时的动力流程是ICE-MG1-MG2。

网上有争论的地方是:内燃机在带动一号电机发电的同时是否也在推动车轮。发动机的扭矩始终有72%是传递给齿圈的,这一点我在“黄金组合”那个帖子里说过了,但扭矩的传递不等于功率的传递。根据我对行星齿轮组的观察,发动机如果要以机械力直接推动普锐斯,则从发动机到车轮的动力流程是:发动机-行星座-行星齿轮-齿圈-减速齿轮-差速器-车轮。其中,行星座由于自身没有齿,只能通过行星齿轮来推动齿圈,而行星齿轮是自由转动的,根据情况不同,行星齿轮的自转可能是正转,可能是反转,也可能不转。也就是说,发动机到齿圈之间的联接是柔性的。发动机能否以机械方式推动车辆,取决于行星齿轮的旋转方向。只有行星齿轮不转(但行星座在公转)或者行星齿轮的自转是正转时,发动机的机械力才能通过行星齿轮向前拨动齿圈,进而推动车轮。而在上图显示的状态下,发动机(行星座)转速高于二号电机(齿圈)转速,这会使行星齿轮的自转成为反转,即出现向后拨动齿圈的动作。由于这时还存在行星座带着行星齿轮向前的转动,行星齿轮在反转的同时还有向前的公转,也就是行星齿轮一边反转,一边随着行星座正向运动(仔细看示意图也是如此),所以这种向后拨动齿圈的动作尚不至于对齿圈向前转动造成阻力,但这时发动机的功率输出也不可能直接去推动车轮,只能通过发电,让二号电机推动车轮。这是我个人的看法。

再看一张电电混合的截图:

电电混合在上一篇帖子里已经讲了一下。这里就省略了。

下面一张截图就是加速过程中的行星齿轮组同步现象。曾有人认为行星齿轮组不可能同步,但截图证明行星齿轮组是会同步的,请看下图(同步的示意图找不到了,但可以照上面正常行驶状态的示意图):

截图上左边的MG1、MG2、ICE转速几乎完全相同。由于P2的一号电机直接联在太阳轮上,ICE直接联在行星座上,二号电机与齿圈之间的齿比近似1:1,所以三者转速基本相同,意味着整个行星齿轮组处在同步状态,这时行星齿轮基本不自转,只随行星座公转,并通过公转向前托运拨动齿圈,这是ICE直接驱动车轮的一种状态,相当于某些混动车上电动机和发动机通过离合器实现同轴转动。不过个人认为,这种方式并不省油。另外,虽然P3的行星齿轮组与P2的完全相同,但由于在P3上二号电机与齿圈之间的齿比近似2.6363,所以这样的截图不可能在P3上获得,但这并不等于P3的行星齿轮组不会同步。个人认为,如果有人在P3的截图上看到ICE的转速与MG1的转速相同,行星齿轮组就处于同步状态了。

普锐斯在匀速行驶中,经常出现一号电机(MG1)工作在电动机状态,二号电机(MG2)工作在发电机状态,国外网站上称这之为能量循环状态。以前帖子里的示意图是这样的:

个人认为在这种状态下发动机和一号电机是在共同推动普锐斯。

下面这张截图还是TORQUE PRO的,我只是换了皮肤。

需要注意匀速与滑行的截图区别的地方是,滑行时一号电机虽然也反转,但没有扭矩输出,所以是空转,上面这张截图上,一号电机反转的同时,还输出反向的扭矩,说明是工作在电动机状态。二号电机是正转,但扭矩是负值,说明它工作在发电机状态,是在把车子前行的惯性转换成发电所需的扭矩,这一点和滑行时的情况一样。

下面上一张滑行的截图。

在正常滑行的截图里,二号电机正转,一号电机反转。二号电机的情况与匀速行驶时一样,也是工作在发电机状态。一号电机虽然同样是反转的,但扭矩输出为0,说明是空转。

以前看到有帖子说,滑行时,可以让一号电机和二号电机一起发电,给动力电池充电。但实际上,每当一号电机反转时,行车电脑绝对不让它发电。电机反转在理论上虽然也能发电,但发出的交流电的相序与正转的二号电机是相反的,打个比方,如果二号电机正转时发出的三相交流电相序为A-B-C,那一号电机反转时发出的三相交流电相序会变成A-C-B,就像一个是A型血,一个是B型血,输到一起就会出乱子。

另外,ICE的转速为0,说明滑行时发动机不转。有人说普锐斯滑行时会向发动机“喷油”,但不知发动机不转,怎样喷油?就算是喷进去了,油积在发动机里怎么处理?

下面应网友的要求上一张B档滑行的截图:

挂B档行驶时,感觉和D档区别不大,但在B档滑行时,与上一张滑行的截图相比,发动机是在转的(发动机制动功能),但没有扭矩输出。

最后上一张N档滑行的截图:

N档滑行时,发动机也在空转,两台电机也都在空转,只有转速,没有扭矩输出。电流表有输出是因为开了空调。注意,空档滑行时,电动机没有发电制动的功能,所以踩刹车时,感觉刹车很不给力,要特别注意安全。

最后是能量回收的截图:

从这张截图可以看到刹车减速时二号电机利用惯性发电,动力电池的充电电流很大。一号电机反向空转。一号电机不能发电的理由已经在滑行一节里说过了。注意能量回收时发动机(ICE)仍是不转的。

最后说一句,有人问这些截图示意的数据靠不靠谱?个人认为转速数据是比较准确的。但发动机ICE的扭矩数据不准确,因为显示的最高值有200多牛米的,而众所周知,普锐斯二代的发动机最大扭矩只有110牛米。希望P3的车主也能上传一些TORQUE PRO在P3上的截图。

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2013-06-06

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