混动技术精髓是啥?可能90%的人都不知道

很多人都觉得,混合动力技术只是一种介于传统内燃机和纯电动之间的过渡技术,并不会长久地存在于汽车中。

然而,我看到的现实情况却是,在新能源动力技术真正实现融入汽车社会之前,混动技术尤其是插电式混合动力技术,将会作为纯电动动力的补充,长久地存在。


混动技术的精髓,在于动力耦合。简单点说,就是如何把发动机和电动机的动力输出协调起来,提供给车桥驱动车轮。现在全球所有汽车企业开发的混合动力架构,都是围绕着这个命题开展。

混合动力技术根据电动机的输出性能,被分为弱混、中混、强混;根据动力耦合的形式被分为并联、串联、混联;根据架构的不同又分为P0、P1、P2、P3、P4以及PS的架构。

严格意义上讲,混合动力技术的分类应该是按照技术架构进行区分,也就是P字辈的分类形式。这一分类的原理也很简单,除了PS架构之外,从P0到P4的架构都是以传统的内燃机Powertrain架构为基准,以电动机出现的位置从前到后进行划分。比如说,在发动机之前布置电动机,那就是标准的P0架构。这一架构多与48V电气系统配合工作,也就是我们常常说到的启动式发电机,马自达的i-Eloop技术就可以归属于这一架构。

以此类推,P1就是在发动机之后,离合器或者是液力变矩器之前布置的电动机。P2则是在离合器或者是液力变矩器之后,变速箱之前布置的电动机。P3则是在变速箱之后布置的电动机。P4则是直接由后桥或者是直接由电动动力输出的架构。

▲ 上图奥迪Q7 E-tron就是标准的P2架构

从这一划分中也可以看到,随着数字的增加,电动机对于车辆的驱动能力是逐渐提升的。到了P4架构,车辆基本上就可以实现单纯的以电动机进行长距离的驱动了。

而PS架构全程为功率分流式架构,这也是集中混合动力架构中最为复杂,但同时也是效率最高的一种架构。这一种架构方式通过行星齿轮方式,完全的实现了电动机和发动机的彻底耦合输出。主要的代表作品就是丰田系的混合动力技术。这也就是为什么,同样都是混合动力车型,丰田的混合动力车型就可以真正的做到低油耗。而国内的一些插电式混合动力车型,在电池电量用完之后就被瞬间打回原形。

当然,PS架构的成本也是最高的。从目前的情况来看,P4架构是一种比较受追捧的混合动力构型。比如说,在本届日内瓦国际车展上刚刚亮相的斯柯达Vision X概念车,就是一种很典型的P4架构。

而P4架构受追捧的原因很明确,就是因为简单。

不同于前面几种架构的是,P4架构中,电动机和内燃机已经不存在动力耦合的需求,电动机和内燃机对应的是不同的驱动轴。以斯柯达Vision X概念车为例,采用CNG燃料的1.5L涡轮增压动力为前桥提供动力,而主要的电动机则为后桥提供动力。二者之间的动力输出只存在前后桥之间的差速,这一点完全可以通过软件的方式来调整后桥的电动机转速来避免。

与此同时,在内燃机上,还有一套P0架构的弱混系统来进一步降低内燃机的起步工作负荷,在斯柯达Vision X概念车上,这台小电动机的额定工作扭矩为70牛·米。

通过后桥电机的运用,车辆因此也实现了全时四驱的驱动形式。这基本上可以看作是P4架构下的一种副产品,这个副产品一方面改善了车辆的循迹性,另一方面也使得四驱的实现形式变得简单。由于前后桥之间并没有刚性连接,所以也就不存在中央差速器。由于后桥动力源自于电动机而非内燃机,所以也没有必要保留传动轴。由于没有必要出现传动轴,所以车型平台也不需要一个更高的中央通道。换句话说,这一平台架构对于车身平台本身的要求变得更低了。

当然,P4架构也有一定的局限性,那就是动力转换的效率不是过低的。尤其是在锂离子电池组需要发动机为其充电的时候,这将会大幅度的提升发动机的燃油消耗。所以这也就是为什么很多理论油耗为2L每百公里的插电式混合动力车型,在不采用纯电动动力行驶的情况下,油耗依旧会很高的原因。

而由于P4架构的独立性,所以P4架构也可以和P0、P1、P2、P3甚至是PS架构形成混合架构,通过衍生架构的存在,来实现对P4架构的充电以及动力补充。比如说前面举例子的那辆斯柯达Vision X概念车就是P0、P4的组合。而丰田全新的THS II架构则是可以在四驱车型上实现PS和P4的组合。

好,有了混合动力架构的基本属性。那么接下来,就要回到车辆的平台架构上了。

相比于普通的内燃机动力车型而言,混合动力车型最大的差别就在于要额外的去布置动力电池组的布置空间,以及后桥电机的布置位置。一般来说,动力电池可以有两种布置,一种是布置于备胎槽的位置,这一设计多常见于两厢车,比如说奥迪Q7 E-tron以及丰田普锐斯就是这样的布置方式。这种布置必然会占据到备胎的空间,但是并不影响行李箱的空间。由于位于车辆内部,所以动力电池的散热会相对来说比较困难一些。

于是,在丰田的大部分混合动力车型上,都可以在后座上找到一个电池的进风口。

另外一种布置方面则是运用中央通道以及后横梁上方的一部分后备箱空间,形成T型的动力电池布局架构,或者是直接的地板式电池组,代表车型为比亚迪秦。这种方式动力电池的散热会更好,但是对于电池的保护也提出了更高的要求。

小结

说到这里,我觉得应该可以给出一个相对而言的结论性命题了。其实,混合动力技术发展了那么多年,真正把这个事玩转了的,目前来看还真只有丰田一家。

 
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