若現在說『世界上隻有兩種混動系統』,那麼一種是自主品牌的新一代混動系統,而另一種……仍是其他。
上一篇我們了解了『兩田』混動技術與「哈弗檸檬混動DHT系統」的基本原理,并淺談了其中的不同。而這篇我們來聊聊何為新一代的混動技術,然後從6個實用的維度對三家的混動系統進行對比。
■ 何為新一代的混動系統?
新一代的混動技術定義有很多,不過存在着一些共性,比如:混動專用發動機、新一代混動變速器和全速全域的混動控制邏輯。
省油的混動專用發動機
兩田的發動機技術,沒的說
作為核心動力源之一「混動專用發動機」必不可少,『兩田』的「發動機」技術積累十分的雄厚,無論是豐田的「VVT-i技術」(可變氣門正時系統)還是本田的「VTEC技術」(可變氣門升程系統)都是業界公認的高效發動機技術。
長城汽車的混動專用發動機
不過包括長城汽車在内的自主品牌,同樣有着發動機技術的積累,比如搭載在「哈弗神獸」上的1.5T「混動專用發動機」,同樣采用阿特金森循環,壓縮比高達到13:1,最大功率113kW,峰值熱效率和高效區範圍遠比燃油平台的「發動機」更出色,綜合油耗不虛『兩田』車型,但「混動專用發動機」屬于基本操作,而此後談到的兩點給為重要。
高效、精準的混動變速器
「哈弗檸檬混動DHT系統」除了上面提到的平行布局的定軸齒輪系以及兩檔變速機構,還有更多的巧思。比如在解決多擋位混動系統,在換擋時可能會發生的頓挫和噪音。
「哈弗檸檬混動DHT系統」的換擋原理是通過一個「同步器」來控制的兩組「齒輪」進行1擋和2擋的切換,而對「同步器」位置的控制恰恰是長城汽車工程師的強項。
同步器工作原理示意圖
專欄曾介紹過長城汽車有一套名為「Pi4」的混動系統,其前橋使用了「P0電機」用于「發動機」啟停,而後橋則使用了一個可以兩擋變速的電驅後橋(即『P4電機 兩擋變速機構』),顯然在這方面的經驗積累被帶到了「哈弗檸檬混動DHT系統」。
更敏捷的動力響應,更平順的換擋體驗
「哈弗檸檬混動DHT系統」發揮了「電機」對換擋的作用:由于「驅動電機」可以單獨、持續地驅動車輛,所以,當系統需要換擋時,「驅動電機」可以暫時接管動力輸出,等待「同步器」完成轉速調節後,再将主導權還給「發動機」,使得整個切換的過程,不會讓人感受到一絲動力的中斷。
哈弗檸檬混動DHT系統的主要部件示意圖
當然「哈弗檸檬混動DHT系統」還采用了高度集成的結構化設計,将「DCDC系統」和「電機控制器」整合在整個動力模塊中,達到減小動力總成的體積,減少重量,提升傳動效率,提升NVH控制等效果,這些都是新一代混動系統的基本特征。
全速全域的混動控制邏輯
新一代混動變速器還有一個特點,就是所有的工作模式都會被合理地對應不同速域,不同功率需求的工況,也就是我們常說的『全速全域』。以「哈弗神獸」車型為例。
不同模式對應不同工況和路況
在市區通勤時,車速相對較低,一般在35km/h以下,系統會将驅動的任務主要交給「驅動電機」,智能地在純電模式和串聯模式下切換,「發動機」開啟後主要用于發電,且始終保持在最高效率的工作區間;在市區道路比較通暢,需要快速提升車速時,「發動機」便通過1擋齒輪組介入驅動;而當我們要進行超車急加速時,系統切換至并聯模式,油電共同驅動,提供強勁的動力;在高速路段行駛時,系統切至「發動機」直驅2擋,進行直驅。
兩擋變速提升了動力總成的綜合效率
由此可見,「哈弗檸檬混動DHT系統」對于混動控制的理解更加符合中國的國情,特别是在在應對市區通勤的各種路況,兩擋變速機構發揮出了其『魚和熊掌兼得』的優勢,在保持「發動機」處于高效工作區間的同時,又不會受限于「驅動電機」的功率,避免了無法敏捷提速的缺點。
■ 六大實用維度對比
然後我們從燃油經濟性、動力性能、駕駛平順性、NVH表現、保電能力和饋電工況綜合表現這六個維度,進行三家混動系統的對比。
燃油經濟性
首先「豐田THS混動系統」通過「行星齒輪機構」實現了功率分流,利用車輛行駛條件、動力電池狀态、油門刹車信号等實時計算出「發動機」最佳轉速,配合熱效率超40%的「阿特金森發動機」,實現「發動機」全工況的高效驅動。所以,論優化「發動機」工況,豐田的混動系統絕對是業内翹楚。
成也行星齒輪,難也行星齒輪
但論整套混動系統的效率,情況就發生了變化,由于「發動機」與「電機」無法脫離,在純電行駛過程中,「行星齒輪機構」會随之轉動,導緻一定的動力損耗。而為了滿足大的功率需求,「發動機」必須提高轉速,走出最優的工作區間,最後降低了系統的燃油經濟性。這就好比三個人參加拔河比賽,但其中兩個人關系不好,必須有一個人調停,最後就成了兩個人出力,一個人做啦啦隊。
本田i-MMD混動系統除了ENGINE模式,其餘工況基本都交給電機來驅動
然後來看「本田i-MMD混動系統」其核心邏輯同樣是「發動機」始終工作在高效區域,但實現的方式與豐田不同,當功率不足時,「電機」輸出能量補充動力;當功率富足時,多餘的能量就會存儲到電池中,以達到節油的目的。但由于沒有兩擋調速,發動機直驅工況受限。
新一代混動系統能更好地控制油耗
而「哈弗檸檬混動DHT系統」繼承了「本田i-MMD混動系統」的省油屬性,兩擋調速使得「發動機」在中低速時就可以介入動力輸出,進一步擴大了「發動機」在高效區間工作的作用。此外,相比豐田的「行星齒輪」結構,平行軸結構的傳動效率更高,最高可大于97%,更節油。在市區工況時,油耗較傳統燃油車型節油率可達35~50%,在高速工況下,發動機直驅模式下的油耗,較單一串聯模式混動系統可降低10~15%的油耗,可以說車速越高,節油越顯著。故此,「哈弗神獸DHT」WLTC綜合油耗5.5L/100km。
動力性能
其實與豐田的混動系統談動力性能并不合理,「E-CVT」宗旨是省油,而不是動力強勁。所以,作為曾開了1年的四代「普銳斯」車主,買車時看中的就是燃油經濟性。之後還開過一段時間的「雷克薩斯CT200h」,開起來最大的感受便是『佛系』,與我『佛系』的人生觀可謂是相(chou)得(wei)益(xiang)彰(tou)。
而「本田i-MMD混動系統」最大的特點就是動力性能與「驅動電機」的功率大小強綁定,而「驅動電機」的功率又與『空心軸』的強度和軸向空間相關。故此,當功率需求超出「驅動電機」的額定功率,動力性能便會大幅下降,相信開過「本田i-MMD混動系統」的朋友,應該會有一種在中高速後提速較慢的感受。
哈弗車型上使用的DHT100 1.5L組合
相比之下,「哈弗檸檬混動DHT系統」的兩擋變速機構,讓「發動機」快速介入驅動,保證了全速域下的動力表現,低速中速發揮純電驅動靜、快、順的優點,中高速時便開始發揮「發動機」的作用,通過『經濟直驅擋』(即串聯模式)和『動力直驅擋』(即并聯模式)的切換,保證提速的敏捷和強勁。「哈弗神獸」車型0~60km/h的加速時間僅需4.3秒,可以說是碾壓『兩田』的混動系統。
駕駛平順性
「豐田THS混動系統」的「行星齒輪機構」實現了無級變速的效果,所以又被稱為「E-CVT」,加速必然是『如絲般感受』的線性,而「本田i-MMD混動系統」沒有換擋機構,隻需考慮「離合器」開合的調校,顯然,大家還是可以相信本田的功底,隻要不是激烈駕駛,基本不會感受到「發動機」介入的瞬間。
DHT的效率更高,響應更快
而「哈弗檸檬混動DHT系統」雖然加入了兩檔變速機機構,不過,長城工程師巧妙地利用了「電機」和「同步器」協同的換擋技術,将整個過程中産生間隔和頓挫的可能降到了最低,所以,我們同樣不必擔心平順性問題。
NVH表現
原則上「豐田THS混動系統」是三套系統中最好控制NVH的一套,因為三大動力源沒有解耦的情況。不過在實際駕駛過程中,對有些喜歡開快車、踩『地闆油』的車主而言,必須接受『發動機光吼不提速』的體驗。「本田i-MMD混動系統」則會在長時間大功率輸出後,發生電量急速下降,「電池」需要快速的補能,此時作為「增程器」的「發動機」則需要滿負荷運作,便會有脫離最佳工作區工作的可能,造成「發動機」噪音。
采用定子低諧波繞組結構的電機
「哈弗檸檬混動DHT系統」由于兩擋調速,「發動機」能更早地接入驅動,理論上減少了「驅動電機」長時間依靠「電池」大功率輸出的情況,有效抑制了來自「發動機」的噪音。此外,與本田的混動标定邏輯相似,城市路況「驅動電機」仍然是主要驅動源,所以,長城汽車的工程師對「電機」進行了優化升級,采用「定子低諧波繞組結構」和「轉子三段斜極式」減低高速「電機」運行時的『嘯叫聲』。同時,整個混動變速器還采用了高齒輪重合度設計,進一步提升了NVH性能。
保電(饋電)能力
雖然「豐田THS混動系統」利用「行星齒輪機構」的杠杆原理,可以通過固定三個旋轉機構中1~2個組件實現與串聯模式(即「MG1電機」發電,「MG2電機」負責驅動),可惜系統無法長期保持串聯模式,饋電能力有限。此外,受限于結構體積,很難配置大功率「MG1電機」用于發電,所以,保電能力較差。不過,大家不必擔心豐田的HEV車型會虧電,因為「豐田THS混動系統」最初的設計并不是為了電驅,而是為了讓「發動機」更省油。而在進入PHEV時代後,對第二代「豐田THS混動系統」又進行了結構調整和電控的标定,有空我們展開講述。
哈弗檸檬混動DHT系統的串聯模式
「本田i-MMD混動系統」和「哈弗檸檬混動DHT系統」都擁有單獨的串聯模式,不過「哈弗檸檬混動DHT系統」加入了兩擋變速機構後,擴大了串聯模式使用範圍,也就是利用變速器的2擋,在中高速保持串聯模式,讓「發動機」持續為電池補電,所以保電性能更勝一籌。
饋電工況綜合表現
除了上面提到「豐田THS混動系統」保電難的一些原因,由于「電機」無法與「發動機」解耦,「發動機」将帶動「電機」慣性旋轉,這樣就增加了能量的損耗,更加劇了「發動機」在中低速時效率低下的問題,使得燃油經濟性變差。不過,還是那句話,核心是「發動機」,可以少用電,減少需要饋電的工況。
本田i-MMD混動系統與哈弗檸檬混動DHT系統結構對比示意圖
「本田i-MMD混動系統」和「哈弗檸檬混動DHT系統」在饋電工況下,無論在燃油經濟性還是動力上都比「豐田THS混動系統」有優勢。「哈弗檸檬混動DHT系統」優勢更大,由于其「增程器系統」與「驅動電機」被布置了分開的兩根「輸入軸」上,理論上「增程器系統」對「驅動電機」的幹涉更小,故此,在NVH表現上會更好。
■ 總結
檸檬混動DHT系統的全面布局
2020年長城汽車作為國内第一個發布新一代混動系統的自主品牌,其混動布局已經鋪開,從表格中我們可以看到,整個「檸檬混動DHT系統」可覆蓋A~C級車型,而搭載該系統的哈弗車型也越來越多。
搭載哈弗檸檬混動DHT系統哈弗神獸
哈弗家族作為長期霸榜國内SUV市場的車型,如今匹配了「哈弗檸檬混動DHT系統」,可謂是如虎添翼,讓追求性價比的消費者得到了一次省油的消費升級,随着「哈弗神獸」的上市,相信哈弗家族必将引領SUV進入混動的新時代。
■ 世道變了
最後,我還是想感謝所有為混動技術繼續奮鬥的自主品牌工程師們,因為你們,所以,世道變了。
若現在說『世界上隻有兩種混動系統』,那麼一種是自主品牌的新一代混動系統,而另一種……仍是其他。
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