毫无用处的汽车知识 篇三十八:混合动力系统分类简介
这期终于讲到混动了,首先我们先明确一下混动的分类。关于混动的分类,五花八门,千奇百怪,目前有主流的,或者宣传中经常见到的3种分类方式,一种是按混合的“强度"分为微混,弱混,中混,强混等等名字的方式,一种是按混动模式分为串联,并联,混联的方式,以及一种按照混动位置分为p0~4及其他的方式。
按混合强度分,属于争议比较大的一种方式,毕竟强度一直是在变的,分法也就一直找不到统一,比如有纯学术性的,给你算一下混合比例,实际上没什么用,不同混动系统连公式都不一样,没什么可比性。
有一些用功率和续航分的,分成微混,中混,强混等等,不过这种分发也有些不太科学,比如48v微混功率也上去了,容易找不到自己的位置。
微中强按功能分,这个倒是比较本分的分法,不过在中混强混之间有一些重叠地带,不好分清楚。
还有按电压分的,这个可能是受安全电压从36v提升到48v启发,其实和前面两种分法差不多能对应上,只是关注的参数不同。
然后按照功能,续航,电压,等等参数综合考虑,大概就这么一个表,当然,这个表估计也会一直变的,而为了避免系统交叉,也会越变越密。就像辣度一样,可能以后也会有微混,微微混,等等?
至于串联,并联,混联的分发,就简单直观了许多。比如最简单的串联混动,发动机完完全全变成了发电机的功能,带动发电机输出给电池,再驱动电动机,电动机驱动车轮,也就是说发动机完全不参与车轮驱动。
然后就是并联,并联的特色是发动机仍然有变速箱,且只直接驱动车轮,通过机械装置和电动机的输出轴耦合。而电动机在此系统中同时也兼具发电机的功能,在纯电模式和高功率模式下电动机消耗电池电能输出功率,当发动机功率过剩,或动能回收时电动机起发电机作用给电池充电。
最后就是混联,关于混联的定义目前还有一些争议,保守派一般认为双电机+离合器式的驱动方式才算混联,也就是电机既可以直接驱动发电机,从而如同串联式工作,也可以直接驱动车轮从而如同并联式工作。
争议的主要来源就是PS式混动,也就是行星轮式动力分配器,通过行星的1输入2输出功能,从而达到节省一个发电机的目的,这样到底算混联,还是高级形态的并联,我觉得其实两者都可以。
关于ps式和并联式,这个比较特殊,我会在下一期详细对比一下。这一期我们主要集中在比较简单的一些概念。
第三种分类方式,也是现在宣传中可以显得比较”专业“的一种分类方式,即按混合动力的位置进行分类,比如在传统发电机(bsg,Belt-Driven Starter)叫p0,在曲轴输出端(离合器前)叫p1,离合器后变速箱输入端叫p2,变速箱输出端的叫p3,然后还有一个变速箱内部集成的叫p2.5,可能是命名时没想到电机还能放这里,还有一种放在和发动机不同驱动轴(比如前驱车就是后轴)的叫P4,没人用的轮毂电机也算在p4里,行星式的那种单独分了一个类叫ps。这是基于SAE J1715所作的分类标准
下面我们就从安装位置的角度,从p0~p4,综合前面的混动强度和串并联方式来看一下常见的混动类型。
P0和P1我们可以结合在一起来说,在汽车发动机的附件部分(FEAD),会有皮带和很多轮子,皮带将发动机的动力输出到空调压缩机,水泵,或者正时等各种各样东西上,这其中就包括一个发电机,为全车提供12v电源。
而如果把这个发电机换成一个强力电动机,再配个电池,那么就是所谓的bsg(belt starter generator),也就是P0位置的混动了。
在发动机曲轴的输出侧,也就是飞轮的位置,还有另一个电机,即启动电机,发动机启动就是靠这个东西带动的。
那么如果将这个电机集成到飞轮里,将飞轮作为电机的转子,而这个电机又兼具发电机功能,再配上个电池,那么它就叫ISG(integrated starter generator),也就是P1混动。
这么看来,P0和P1其实有相互取代的现象,比如P0的bsg,集成了启动功能,可以取消P1位置的起动机(因为皮带张力问题,老一些的p0依然保留了P1的起动机),不过因为皮带传动效率的问题,P0混动一般最高只能做到48v弱混,具备启停功能,动能回收,而且一般都需要液压张紧机构。
而ISG因为直连曲轴,动力就会强劲一些,当然因为体积小的原因成本也就高一些,取消发电机所带来的节约微乎其微。另一方面,因为空调和bsg在一根皮带上挂着,p0可以发动机停止时依然运行空调,而P1则只能换用电子空调压缩机才可以实现。
马自达的P0使用了一个超级电容替代电池,这是一个比较早期的P0设计。
大众的48v系统也是p0的位置(不过一般会和p2结合),现今无论是P0还是P1,基本很少有单独使用的了,如果单独使用,基本都是48v不插电的弱混系统。
而初代insight,就是之前我们看过很多次的后轮隐藏起来的那个车,就配了一个100多伏的isg电机,基本算是p1位置的最强配置了,相比P0,P1可以获得更大的动力提升,不过无论P1还是P0,动能回收时都需要通过发动机,效率和噪音振动都会有问题,而驱动时也需要通过发动机,所以无法提供纯电驱动模式。
P2混动的介入位置在变速箱输入轴处,接入位置前后需要有两个离合器,而电机的接入方式可以选择在离合器之间采用夹心饼干的方式,或者使用皮带,链条,齿轮等其他方式连结
早期因为电机做不了太小,所以有平行轴安置的设计,现在的p2电机(比舍弗勒这个)可以做到集成双离合只有135mm,对于横置车型非常友好,所以目前用这种夹心式广受汽车厂商青睐,同时这也是为啥很多横置平台混动配3缸的原因,没地方了。
P2混动优点非常多,比如功率大,对油车改动小,控制策略简单,且可以匹配所有非手动的变速器。比如这个大众的dq400E就是匹配的双离合。
相比P0和P1,P2多了纯电动形式的能力,得益于双离合,只要将发动机通向电动机的离合器断开就可以纯靠电机行驶,也可以串联增速,还可以在怠速时断开电机到变速箱的离合器从而给电池充电。不过因为P2电机要变速箱空挡才能做启动电机用,所以对于一些挂空挡不那么快的变速箱,一般要使用bsg或者isg配合做能量回收和自动启停使用。
同样的,P2构型如果选用了同轴电机,那么空调一般也要换成电子空调压缩机。P2的车型很多,在供应商的推广下,很多普通的油车都可以轻易改装为混动车,强混弱混插电混也都可以做。也可以和其他几个位置做组合混动,”战略地位"很高。
在P2和P3之间,还有P2.5,也就是将电机整合在变速箱之内,不过按sae的分类,p2.5和p3都统一归在p3里,所以都叫p3其实也没毛病。常见的P2.5多是双离合变速箱,电机直接驱动其中一个轴。比如大众,吉利都有做p2.5的方案,
比亚迪现在dm3代所谓的p3其实也是p2.5,2代dm的6dct也是p2.5混动
P2.5的方案妙就妙在解决了P2位置的一大尴尬,P2位置如果采用同轴电机,则电机转速必须要和发动机转速一致,而如果采用齿轮/皮带/链条等平行轴驱动,则只能固定一个速比。而在P2.5位置加上双离合,则在混动模式时电机相当于在P2的两种组合方式之间切换,而且享受变速箱的变速和力矩放大。
这么一说可能大家感觉P2.5是非常优秀的一种混动方式,毕竟无论在那个位置,只有P2.5可以做到双变速,双完全分离,但这样的有点背后也藏着一个其他类型变速箱不会有的缺点,即动力中断,当发动机的动力从一根轴切换到另一根轴时,电动机要先匹配好转速后离合器才能结合,这种顿挫需要极其高明的软件算法才能消除。
而真正的p3,位于变速箱输出轴后面,目前主要还是用于性能车,比如法拉利。因为这个位置电机直接和车轮相连,电力驱动来得更加直接,当然,能量回收效率也更高了。
不过P3一般也要和P0和P1相组合,比如荣威名爵系的edu,isg电机加tm电机,不过这个edu系统有点打p2.5的擦边球(褒义的那种),后面我会详细讲讲
同时早期的P3技术一般都比较占空间,所以在后驱上用得比较多一些,甚至比如博格华纳还做过链条驱动的p3方案。
舍弗勒的方案用上了行星齿,提供了2档变速能力,不过这个方案比较复杂,一般用在p1+p3组合,抱歉我没查到目前的用户。
吉利这个,不知道是电机连一个输出轴还是连整个变速箱输出轴,如果是来自沃尔沃的技术那其实因该是p2.5吧?
最后来到P4,P4其实指的是电动机单独驱动一根轴,比如发动机驱动前轴,电动机驱动后轴,又或者后置的超跑,比如nsx,发动机驱动后轴,电动机驱动前轴,这样的话电机和发动机没有任何机械联系,而是通过地面进行耦合。
通过这样的方式,可以实现电4驱,不过一般这样的系统都会在其他位置(主要是P0和P2)加一个电机,毕竟P4的电机也是需要电的哈,比如918spyder
为了更强的动力,保时捷给918配了一个p2电机
舍弗勒提供的p4方案也是48v的,目前wey在用这个p0+p4的结构。p0+p4和p1+p3是目前斗得比较厉害的的一块,毕竟有了p4就可以实现电4驱,在宣传上也会显得高端一点。
好了混动的分类目前就介绍到这,下一期我将讲一下这次没提到的ps构型,以及目前的混动5巨头:immd,ths,volt,byd dm和edu。
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