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2021年,终于有机会给PHEV洗地了!

新车评网  作者: XCP赵信杰 +关注   2021-07-06 评论 (0)

从比亚迪DM-i开始,PHEV长久以来背着的恶名,终于要被洗刷干净了。

关键词:   混合动力   比亚迪   DM-i   长城

比亚迪DM-i的火爆让我们见识到了PHEV市场的潜力,从比亚迪DM-i,到长城、广汽、奇瑞、东风……几乎是一夜之间,自主品牌的高效插电混动系统好像雨后春笋般冒了出来。各家发布的油耗表现,也是低得吓人,大有赶超本田、丰田混动之势。自主品牌造插电混动车,其实也有很悠久的历史了,但为什么在最近才开始引爆市场呢?这其实和混动车是否插电一点关系都没有,更深层的原因其实在别处。

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早年间PHEV车型在工信部中的申报油耗非常低,但在亏电状态下油耗太高,驾驶体验大打折扣,让人望而却步。很多人认为这是因为PHEV的大电池影响了驱动效率,但我觉得问题的症结出现在传动系统中,唯有解决这些问题,能有可能让更多消费者接受,而今年似乎自主品牌们找到了脉门。下面容我从头说起。

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发动机的极限热效率虽然可以很高,但并不是在所有工况下都保持在最高值,在纯燃油车传动体系中,发动机需要负担怠速、起步等工况的动力输出。而在这些工况下,发动机的热效率会低至5%-10%的水平。只要发动机无法长时间保持在高热效率区间工作,再高的极限热效率都无法在油耗数字中体现。

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而像米勒循环、稀燃技术这些能有效提高发动机热效率的方法,都需要牺牲发动机低转速的动力输出、响应速度来实现。但碍于纯燃油车的传动系统,发动机低转速性能是有要求的,这就使得工程师为了照顾发动机的低转速输出,不得不放弃追求更高的极限热效率。

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早期PHEV相当于“油改混”,在燃油车的传动架构上加电机。这使得发动机和车轮间无法通过完全解耦的方式传递动力,当电池亏电时发动机为了弥补电机无法输出动力的空缺,仍会进入低效率工作区间,导致油耗上升。

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要解决上面的问题,就需要同时具备串联式和并联式混合动力驱动模式的混动专用变速箱(Dedicated Hybrid Transmission)。绝大多数DHT配备两个电机,存在两条驱动路径。

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机电路径是发动机高热效率工况下做功,机械能通过发电机转化为储存在电池中的电能的驱动路径。驱动电机的高效率区间位于低转速,刚好覆盖了发动机的低效率区间,在纯燃油车中发动机低效率输出的工况,使用电机输出动力,就可以避免发动机进入低效率区间工作。机电路径虽然经过了两次能量转化,但因为发动机在最高热效率区间发电,总体热效率还是比发动机在低效率区间直接输出动力要高得多。

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在机电路径之外,混动专用变速箱还保留了发动机、驱动电机与车轮硬链接的并联式驱动路径,名为机械路径。机械路径主要解决机电路径在高速巡航状态下效率低的问题,在此工况下,发动机可通过合理的传动比直接在高热效率区间驱动车轮,减少机电路径中机械能到电能再变回机械能过程中的能量损失,提高驱动效率。

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不需要考虑低转速等低效率区间的动力输出问题后,工程师就可以使用阿特金森循环、稀薄燃烧等提高热效率的措施,针对发动机的高热效率工作区间进行重点优化,进一步提升燃油经济性。所以近年来自主品牌的高燃效发动机越来越多,比亚迪的骁云发动机热效率43.1%,广汽钜浪动力2.0L ATK发动机热效率42.1%。一辆省油的混动车中,高燃效发动机和混动专用变速箱是共生的关系,缺一不可。

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在众多的混动专用变速箱中,丰田THS和通用Voltec算是比较特别的,它们通过行星齿轮组对发动机和两个电机的动力进行耦合,完整的机电路径和机械路径可以同时进行并无级调节。通过调节发电机的发电功率,让发动机保持在高效率工作区间。

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而目前亮相的自主品牌混动专用变速箱,它们的原理和本田i-MMD较为接近,完整的机械路径或机电路径传动只能同时进行一个。为什么呢?因为它的构造相对行星齿轮组更加简单,同时避开了THS的专利壁垒,更重要的是,整套系统的核心——用于接合和断开发动机直连的离合器,甚至完整的双电机DHT总成,在汽车零部件市场中已经有比较成熟的解决方案,可以通过采购获得。德国老牌零部件供应商舍弗勒早在2018年就发布了自己的MM-DHT混动专用变速箱,它的整体构造和比亚迪DM-i其实差不多。

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自主品牌各大“类i-MMD”的工作模式其实差不多,在驱动模式上,他们和i-MMD有一个很大的不同。就是在高速工况全力加速时使用的是发动机和电机共同直接向车轮输出动力的机械路径,而非i-MMD的机电路径。但对于变速箱的传动选择,每家车企提出的解决方案其实并不太一样。

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比亚迪DM-i继承了12年前在F3DM上的DM混合动力系统的主要结构,最大的变化是发电机和驱动电机不再同轴布置,而是异轴布置,减少了机舱内的空间占用。同时,驱动电机到主减速器增加了两对减速齿轮放大了扭矩,这样,驱动电机的体积可以减小,同时在高效区间内工作的时间更长。此外,DM-i中的电机还是扁线电机,同等功率下尺寸可以做得更小。

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低速状态下发动机和传动系统完全解耦,使用机电传动路径,因此发动机依然能在大部分时间内保持在高效区间内运作。这就可以让发动机工程师针对高效工况使用更多优化措施,让比亚迪骁云1.5L发动机的热效率高达43%。同时DM-i电池容量要比丰田THS、本田i-MMD系统要大得多,这让DM-i有了充足的电量储备进行高速工况下油电并联加速。不过这仅仅限于电池满电状态下,若在亏电状态下,高速工况下的动力输出和响应还是稍微慢了一拍。

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而长城柠檬DHT和奇瑞鲲鹏DHT的基本原理和比亚迪DM-i差别不大,都是靠离合器实现机电传动和机械传动的切换。但是多级传动齿轮的构造让长城柠檬DHT和奇瑞鲲鹏DHT拥有了更加广泛的发动机直连速度区间。

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长城柠檬DHT为发动机直连工况配备了两个挡位,分别用于中低速巡航和中高速巡航工况,中低速巡航挡传动比更大,更加适应中低速巡航工况,中高速巡航和缓加速不需要太大的扭矩,因此传动比偏小的中高速巡航挡更加适合。同时两挡直驱模式还具备一定的加速能力,动力直驱挡中低速加速时更加有力。当然急加速工况是长城柠檬DHT和i-MMD最大的区别了,发动机和驱动电机共同驱动车轮的并联模式能够发挥出系统最强的动力。

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将在瑞虎8 PHEV上首次亮相的奇瑞鲲鹏DHT虽然没有公布具体的的结构,但从已经注册的专利来看,鲲鹏DHT结构更加复杂,两台电机、3组多片式离合器、3组变速齿轮实现了发动机传动三挡变速和电机传动两档变速,让发动机和驱动电机都能尽可能在高效区间内工作。奇瑞仍未公布鲲鹏DHT的工作模式,但预计也会和长城柠檬DHT差不多,更多挡位变速能够最大程度保证发动机和电机尽可能保持在高效区间内运作,但繁杂的传动系也会导致重量上升,同时多组多片式离合器的存在也让鲲鹏DHT的可靠性要打个问号。

自主PHEV赶超两田还有多远?

近年来,随着国家政策的改变,PHEV车型“虚标”油耗的空间越来越小,这对PHEV车型的油耗表现,尤其是亏电油耗提出了更高的要求。混动专用变速箱的发展让以往多少带有点“骗补”属性的自主PHEV无论在行驶质感上还是在节油效果上都有大幅进步,因此东风、五菱、吉利、北汽等众多厂商也开始跟进研发。

但刚刚亮相没多久的新技术,要追赶上经过多年锤炼的丰田、本田混动系统,还是需要一点时间的。历史上两田在混动系统可靠性上交了不少学费。自主品牌混动使用的低速机电传动-高速机械传动的逻辑,在转换时的平顺性和长期使用可靠性会是短板。近日在已经交车的比亚迪DM-i车型中,已经有不少行驶过程中失去动力的案例。看来自主品牌PHEV要赶上两田,恐怕还有不少的路要走。

来源:新车评网
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