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混合动力电动汽车还有没有变速箱
2019-11-20 13:06来源:我爱汽车网阅读量:

为什么诸如丰田THS、本田i-mmd或通用Vortec混动系统就不需要变速箱,而像比亚迪或其它不少混动车型仍然配有传统变速箱?

要解答这个问题需要从混合动力的根本原理讲起——混合动力为什么能够比单纯的内燃机驱动更加省油?

乐虎国际APP 这是因为内燃机在不同工况下的运转效率存在很大差异,只有很窄的一部分工况才能够达到高热效率运转即最佳的省油效果。而日常行驶的大部分工况,其实都远远偏离高效区。

为什么有些混动车仍然需要变速箱?

 

深蓝色区域是内燃机热效率最高的区间,很窄很小的一个区域,越往外的颜色表示热效率越低

那么有没有什么办法能够使内燃机始终保持在高热效率运转区呢?常规的传动方式肯定做不到,因为它是实时功率跟随的——你行驶需要多大的功率,内燃机就输出多大的功率(如果简单忽略传动能量损耗的话)。

而混合动力系统就能够做到这一点:通过电机和电池组成的电控系统,来为内燃机调节输出功率。

如果行驶功率需求小于内燃机高效工况出力,则通过行驶充电的方法把一部分内燃机输出的动能转化为电能暂时存储到电池中;

乐虎国际APP 而当行驶功率需求大于内燃机的高效工况出力时,则通过油电共同驱动的方式把这部分电能再释放出来;

或者当车辆处于走走停停等极低功率需求时,干脆采用具有零起特性的纯电驱动而把内燃机停机,因为这种工况如果用内燃机直接驱动,那么效率是特别特别低也就是极其极其费油的。

简单来说就是可以把电机和电池理解为一套能量的蓄水池,通过不断注水放水来补充或分担内燃机的输出功率,使内燃机要么不工作,要么尽可能保持高效工作。

为什么有些混动车仍然需要变速箱?

 

通过将各种动力需求下的工况都尽量调节到高热效率区(深蓝色区域),来提高内燃机的整体运转效率

乐虎国际APP 原理很简单对不对?但执行起来可没这么简单。

要知道如果想把内燃机的工况永远调节到高效区间,那么则需要在转速和扭矩两个维度上进行调整,即调速和调扭两个方向,前者横轴,后者纵轴。

对于像比亚迪唐或大部分采用P0/1/2/3/4位置并联离散电机的混动系统,由于电机与传动系统采用并联布置,电机的定子端固定,转子端与并联轴共速,所以这种情况下电机只能为内燃机调节扭矩,却不能调节转速,即不能在内燃机和车轮之间做出不同的传动比,换而言之只能在纵轴上调整,而对于横轴无能为力。这样的结果就是效率的优化能力非常有限,未必能够“切”进高效区。因此这种并联离散型电机的混动系统仍需要配备传统的变速箱,把调速维度交给变速箱来解决。只有同时把横轴和纵轴都进行调节,才能够最大程度提高内燃机的燃效。

为什么有些混动车仍然需要变速箱?

 

并联的离散型电机只能在扭矩维度也就是图中的纵轴方向调节内燃机的动力,这种情况下的效率优能力非常有限,未必能够“切”进高效区

乐虎国际APP 那么为什么诸如丰田THS、本田i-mmd和通用Vortec这样的双电机系统就能够替代变速箱呢?这是因为它们的双电机系统能够在内燃机和车轮之间做出不同的传动比。

那是如何做到的呢?

首先我们来看丰田的混动系统THS,这是一种标准的Power-Split动力分流式混动系统,它通过一个行星齿轮组来把内燃机、一号电机和二号电机组合在一起。二号电机与行星齿轮组的齿圈即输出端连接,这意味着它与输出端永远保持同转速,只能起到调节扭矩维度的作用,你也可以简单把它理解为调扭电机。

乐虎国际APP 而关键点在于一号电机,由于行星齿轮组的传动原理,当位于太阳轮的一号电机以不同方向不同转速旋转时,处于行星架端的内燃机和处于齿圈的二号电机之间就会出现不同的传动比!所以你可以把一号电机理解为调速电机,当然它在调速的过程中也会输出一部分扭矩,只不过它的主要功能是调速,顺带与二号电机一起来给内燃机调扭。与此同时一号电机还肩负着行驶中“拽起”内燃机和车辆停止时原地发电的功能。就是由于一号电机的存在,丰田THS才不再需要额外的变速箱,且本身这种调速能力也是可以实现连续无级可变的,所以丰田THS有了一个额外的名字:ECVT。

通用Vortec系统与丰田THS基本相同,只不过结构更复杂,采用双电机+双行星排+三离合器的结构,本质除了能靠电机本身来调速调扭以外,还能够依靠不同离合器控制行星排做出不同的出力排列组合。另外就是有了离合器的加持,能够更好地实现两台电机的出力特性。只不过通用这套系统的劣势在于成本高结构复杂,且由于内燃机效率上的劣势,所以最终的省油结果并未超越丰田。

乐虎国际APP 本田i-mmd采用了不同策略,它是以Series串联式的方式来布置两台电机,即一号电机作为发电机连接内燃机,而二号电机作为牵引电机连接输出端。两台电机之间本身是机械解耦的,只以电能路径连接。是行驶中内燃机驱动一号电机发电,把电能输送给二号电机驱动车轮。只不过,在它们之间还有动力电池作为功率的调节介质,如果驱动功率需求小于内燃机高效工况,那么电池暂时“吃掉”这部分功率,并在纯电驱动或驱动功率需求大于内燃机高效工况下再把它“吐出来”。就这么简单。

乐虎国际APP 真的这么简单么?还早着呢!这只解释了本田i-mmd如何调节功率,还没有讲它如何在扭矩和转速两个维度上独立调节内燃机的工况呢。如何实现的呢?靠改变一号电机的励磁特性来实现。通过变频器控制一号电机不同的励磁特性来为内燃机做出不同的负载率,即相同功率下不同的转速和负载比例(二者是完美反比关系)。即你可以把本田i-mmd的原理拆开成:电池负责调功率,一号电机的励磁特性负责调转速和扭矩和比例,以这样两个维度的方式来保持内燃机的高效运转区间。

乐虎国际APP 是不是很容易理解呢?这就是为什么丰田本田通用的双电机混动系统不需要变速箱的实质原理。而其它的许多混动系统,甚至包括本田自己的单电机/三电机系统反而需要变速箱的原因。


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