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以下内容来自“梅赛德斯奔驰车辆技术有限公司动力总成部门总监穆青”的业内论坛发言笔录(括号内部分为本人补充)。
以下内容严禁转载。
写在前面:
6月24日,由2021年第六届中国汽车动力技术大会召开,十几位行业专家与丰田、比亚迪、长安、长城等近二十家整车企业高管、数十家零部件企业技术嘉宾一起,围绕“混合动力技术发展现况及前景”这一主题,毫无保留地分享了各自最新的技术、产品成果,探讨了当前混合动力技术开发中存在的困难和挑战。出席会议的行业内专家、企业技术高管们一致认为,2021年是混合动力国产车发展的元年,混合动力技术大发展的时期已经到来。(本次发言并非“第六届中国汽车动力技术大会”上的发言)
刚好前段时间听到了这次演讲,就把相关内容整理发放出来。
一、美日系主流车企DHT路线
1、DHT的定义
2015年,国际论坛上提出DHT的定义:专业混动变速箱。
日系品牌由于布局较早,所以目前来看整体供应量还是比较大的,来支持不断的技术进步。再加上日本人对技术的执着,所以整体日系在功率分流DHT方面还是相对领先的。日系DHT有两个技术方向,以丰田的THS变速箱主要是混联的输入式,已经在普锐斯这款车型上,到2016年一共更新了4代。以本田iMMD为代表的串并联方式,目前国内80%企业的DHT都是采用类似方案,串联就类似于增程,并联就是发动机与电机共同驱动的方式。
以丰田、本田为代表的日系车企主打混混联、串并联方案,主要优势:由于发动机、电气平台和整车技术带来的低油耗;劣势:混联动力偏弱,串并联成本偏高。
美系品牌也有使用P2方案的,但有两家企业的方案是特别值得一提的。第一是通用,第一代做了一个输出式的功率分流DHT,在低速时为增程模式在高速时为串联模式。由于采用输出式,因此在低速时DHT的销量不是很高,添加了电驱动的方式来弥补低速问题,同时采用了三个离合器,导致控制复杂、成本偏高。从能耗方面与日系DHT相比也没有优势;第二代,通用创造一个“全球最牛的混动变速箱”(至少在变速箱设计界是如此认知的),使用三个行星齿轮系套在一起,其中一个行星齿轮主要在主减做减速功能,这三个行星齿轮系组合在一起,完成了复合功率分流的DHT。在低速时采用输入式功率分流(类似于丰田THS),可以实现转速与功率的分别解耦;在高速时,可以从输入式分流切换到复合式分流,这样高速的工况能持续保持在高效的状态(解决了丰田THS高速动力偏弱的问题)。简单来讲,这套复合式分流DHT有低速和高速,两个高效的工况。但这套系统的缺点就是:由于结构与离合器数量原因,导致控制相对复杂,同时结构、成本很难有明确的优势。
早期THS研究时,是丰田、福特以及某知名变速箱公司,三家公司共同完成的功率分流式变速箱。
以通用、福特为代表的美系公司主打混联方案,主要优势:以行星齿轮结构为主,友好相对偏低,转速转矩解耦;劣势:控制非常复杂。
欧系公司的优势主要在传统的变速箱,由于日本和美国在功率分流变速箱的研究与专利布局,欧系公司很难绕过专利,因此主要是采取P2混动方案(或P2.5的结构),从严格意义上讲不属于DHT,属于add on(控制相对简单)。P2模式的优点在于动力性很强,但劣势是无法避免在电量不足时的低效区(1000多转),后续P2模式讲不会占用本篇的主要篇幅。
2、国际主流车企DHT路线方向
国际主流车企DHT路线主要有4种不同的方向(演讲者用自己的划分方法):三种不同的功率分流(输入式、输出式、复合式)、一类串并联混动架构;如果需要额外满足动力性需求时,在后轮或者前轮增加P4电机。这四种模式,决定了不同的控制策略,但最终的目的是一致的,既在满足一定排放、电池电量、驾驶性等约束条件下,油耗相对最低。
输入式功率分流模式:功率流与发动机动力的方向是一致的。这个模式在低速类似增程,高速类似直驱。因此,在高速时演变成为输出模式,产生很多无功功率导致很多内耗,导致该模式在高速的时候不是很高效。代表的企业有丰田、福特、克莱斯勒;
输出式功率分流模式:功率流与发动机动力的方向是相反的。这个模式在起步时为纯电模式,低速为增程模式,高速则是看直驱与增程谁的效率高则使用哪种驱动方式。代表的产品是通用第一代 Voltec ;
复合分流功率分流模式:两组行星齿轮系套在一起,能够在低速实现输入式的方式,在高速时为输出与输入和在一起的方式。低速类似增程,高速类似直驱,在达到一定速度之后,出现第二个直驱点,来解决输入式的痛点。代表的产品是通用第二代 Voltec ,通用这套系统在全球变速箱界被认可,整体设计非常精妙,在如此多模式下来回切换仍然会做到很优秀的表现。
串并联混动架构:起步纯电,低速增程,高速直驱和增程比效率(谁的效率高则使用哪种驱动方式),相对而言没有太多技术壁垒。目前,行业内大部分都是依托本田的这套串并联原理,进行开发与升级。代表企业是本田。
二、国内车企DHT路线
1、比亚迪DM-i
比亚迪DM-i的发动机与电机通过减速器直联,发动机与发电机在功效方面存在不一致的地方,需要通过发动机的技术、整车技术、变速箱技术共同来实现动力性与经济性的平衡。
DM-i混动的控制策略:纯电<增程<直驱<并联助力。在起步及低速阶段采取纯电模式,在中速阶段采取增程模式,在高速常规工况采用发动机直驱,高速大工况则调用发电机并联。不同于本田iMMD动力组合(1.2L发动机+相对小的电池,比亚迪类似于“大力出奇迹”,用更大的电池+更大的发动机1.5L/T),特别是在高速大工况条件下的运行模式,本田采取增程式(由于发动机输出功率有限,因此切换增程让发动机转速与车速解耦),比亚迪采取并联驱动。(从这个维度讲,DM-i系统在高速模式下,优于本田iMMD系统;在常规模式下iMMD系统的经济性略好。也算是比亚迪发挥了电池方面的优势,才产生的技术体系吧,这也解释了为什么是功率型刀片电池的产能制约DM-i车型的交付了)
注:比亚迪第三代DM-p系统,主要是增加的P3、P4电机,强调动力性,但在经济性方面表现偏弱。同时,在馈电状态下的油耗与驾驶感受表现不佳(这也就是“有电一条龙、没电毛毛虫”的出处吧)。
2、长城柠檬DHT
长城的DHT在iMMD的基础上,增加一档变速箱,相当于两档控制,满足动力与经济性要求(必要时用二档);但劣势主要在于,电机设计、高压系统以及电机效率方面,与本田还有距离。
柠檬DHT类似双档的iMMD系统,在大负荷工况时即一档,采用发动机直驱或并联助力来满足动力需求;在中低负荷时机,可使用二档即经济档,满足高经济性的需求;当直驱和串联都可以满足动力性的时候,采取效率优先的方式。
3、吉利3DHT
吉利3DHT,用了两个行星齿轮系及离合器共同实现类似于三个档位(发动机与电机)的效果,是一个动力性与经济性的平衡架构。
3DHT类似于iMMD(号称有点像通用第二代 Voltec方案),属于iMMD升级版,电机和发动机均可以实现三档,但没有升压系统。通过双电机(P1、P3),双离合器(C0、C3),双制动器(B1、B2)的配合实现三个档位。最终控制效果与长城类似,在满足经济性的前提下,达到最好的动力效果。
4、其他厂商DHT
广汽的GMC也是类似于早期的iMMD方案,上汽EDU一代本质上是一个2档的AMT,与长城的现有方案类似。
上汽EDU二代,是在一代基础上演变而来的。单电机方案,电机有四档,通过同步器联合实现。动力性尚可,但经济性方面,与本田iMMD方案以及THS方案相比没有明显优势。
广汽THS(即将上市的GS8)采用了丰田授权的THS系统,其余国内的如长安、长城、吉利等P2\P2.5的结构原则上不属于DHT。
写在最后
作为非业内人士,没有能力评价各个动力系统的优劣与好坏。于是引用第三方和友商的发言。很多时候,对于一个品牌而言,友商不批评说明在技术层面上总体表现不错,如果友商还能够提出表扬,就基本上表面在某些层面具有较强的领先地位了(啥都不说,看图吧)。