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混合动力哪家强?看专家如何诠释不同技术的应用

2022-06-16 19:23 来源:智联车网 编辑:秩名
 

进入2022年以来,PHEV车型市场继续保持高速增长,用户的热捧,更是激励着汽车企业陆续拿出了更多更好的混动技术和产品。在百家争鸣的市场格局下,关于混动技术的讨论,也成为了业界专家、媒体和消费者讨论的热门话题。

近日,北京航空航天大学交通科学与工程学院学术委员主任,国家乘用车自动变速器工程技术研究中心常务副主任徐向阳教授,专门发表了一篇题为《自主插电混动系统对比分析》的文章。文章中,徐向阳教授详细阐释了混动技术路线分类和特点,并对各国混动技术路线的选择进行了介绍,同时还对四套自主品牌最具代表性的插电混动系统进行对比和分析。

没有最好的技术路线和产品,只有最适合企业自身优势和车型的技术路线和产品

综合目前市场来看,汽车企业在混动技术路线上的选择上都不尽相同。因此,我们也经常可以听到人们关于“哪条技术路线更好”的讨论。然而,在徐向阳教授看来,这并不是一个合适的“命题”,他认为,混动的技术路线并不能用“好”或者“坏”一概而论。

在混合动力车型中,按电机位置的不同可分为P0-P4构型,而这些又分为串联、并联和混联三种不同的工作模式,其中并联和混联还有多个细分的技术路线。

例如,串联构型无法实现并联下的工作模式,并联则无法实现串联的工作模式,而混联则具备串联和并联的特点,并且又分为:功率分流、串并联两种类型;但使用P13的串并联(P1和P3组合使用),发动机必须在一定车速条件下才可实现并联功能。

徐向阳教授指出,串联、并联和混联三种技术路线,就如同MT/AT/DCT/CVT/AMT一样,也都各自有着优缺点。因此,汽车企业选择混动技术路线,通常是综合自身资源情况、混动技术特点、产品属性需求、成本等因素来确定。

既然混动技术路线有很多,又有着不同特点,那么,混动系统的研发方向,也一定会受到很多技术因素的左右,这当中,混合动力系统的核心——混动变速器就是其一。

传统自动变速器是混动系统研发的技术和产业基础

徐向阳教授在他的文章中分析认为,由于不同国家在变速器领域的技术基础和产业基础不同,所以,各国的混动技术路线也截然不同。比如,本田的AT技术是基于定轴齿轮传动,因此本田的混动变速器是基于定轴齿轮传动技术的P13串并联混动变速器(i-MMD)。再比如,在欧洲,有着全球最大的AT变速器企业之一的ZF,大众更是最早推出DCT的企业,因此以德国为代表的欧洲的主流技术路线是:P2-DCT/AT并联混动。

此外,徐向阳还强调,汽车企业给一款产品选择哪种构型,也要综合技术路线实现的难易程度和整车产品定位来决定。显然,从产业基础上来看,日系车用P13,德系车用P2都有技术上实现更加容易的因素,如果从产品定位上来讲,就不得不提技术路线的特点了。

串联、并联和混联特点不同,也带来了产品性能的差异化

由于P2综合技术和性能优势明显,更适合高压插电混动车型,已成为单电机并联混动发展方向,因此,徐向阳教授选择了P2构型作为并联的代表,与串联和混联进行了对比。

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​综合这个对比来看,相比与串联和混联,并联最大的优势体现在动力性能上,有着多档位调节,发动机随时可以介入直接驱动车辆,高速工况动力体验好油耗低等优点,却也有着变速器结构复杂,开发难度大,研发制造成本高等缺点。

相应的,串联和混联的优势是在中低速工况下,燃油经济性更突出,同时还有着结构简单,易开发,研发成本低的优势,但串联和混联普遍存在的缺点是对电池和电机的依赖度比较高,在电池或电机性能衰减时动力性差,高速工况油耗也会明显提高。

正因为如此,比较注重经济性和成本的日系车,普遍倾向于机构简单,易开发,中低速工况经济性好的P13构型;而以德国为代表的欧洲汽车企业,始致力于终给用户以极致的动力和操控体验,所以在混动路线的选择上更加青睐动力性好P2构型,包括大众,以及BBA在内的主流德系车企,所采用的均为P2构型。

由此我们也不难看出,在混动技术路线的选择上,车企间基本已经形成了P2和P13两大阵营。接下来,我们就再稍微深入的来认识一下P2和P13。

P13低速工况经济性更出色

正如我们在上文图片中展示的,P13最大的特点是采用了两个电机,一个发电机,一个驱动电机。由于有两个电机,因此P13比P2多了一个工作模式:串联模式。

串联模式下,发动机可以在高效工作区带发电机发电,驱动电机则可以纯电驱动车辆,发动机发电和纯电驱动可以同时进行,这有利于更多地利用纯电驱动模式,也有利于改善车辆在低速亏电行驶工况下的燃油经济性。

然而,串联模式因为存在能量的多次转换会增加一定的能耗损失,不如利用发动机高效区直接驱动更有利。所以,在发动机高效区,如车辆在中高速行驶时,串并联混动的燃油经济性和动力性就不如多挡位并联混动。

正因为如此,越来越多汽车企业将P13变速器的挡位数量从1挡增加到3挡,以实现更多地利去用发动机直驱,来提高P13串并联混动系统的动力性和经济性。

P2对于技术产业基础的要求更高

此前,我们也曾提到,P2在动力性上有着更好的表现,因此,也是欧洲最炙手可热的混动技术路线,根据统计,采用P2并联混动系统的PHEV车型,在欧洲市场的占比甚至超过四分之三,其中不乏大众GolfGTE 、奥迪A6L、宝马5系等名声显赫的产品。

然而,自主品牌中目前在售的P2车型却只有长安UNI-K iDD这么一款产品,此前,虽然长城、吉利等也曾研发了基于多档DCT的P2或P2.5并联混动系统,但如今也已经开始把精力转向P13串并联技术路线上。为什么P2在自主品牌中没被推广开来呢?

徐向阳教授认为有两层技术因素,制约了P2在中国的发展。

第一,主机厂必须要拥有自主开发自动变速器的能力。相比于串并联混动采用简单的单挡或者两挡减速机构,P2并联混动传动系统采用的是多档位DCT、AT或AMT(面向商用车市场),因此企业在AT和DCT研发方面必须要有很强的技术和产业化能力。

第二,主机厂必须拥有很强的集成能力。传统的P2系统都是简单将电机与变速器进行直接简单叠加的方式,导致整个系统轴向尺寸长,无法满足一些紧凑的A级车型的搭载需求,限制了平台化的应用。

由此可见,P2相对于P13而言,对汽车企业的技术积淀,以及一个国家汽车技术的产业基础要求更高,因此,在自主品牌汽车企业中,也只有长安汽车将P2坚持了下来,并于2021年推出了新一代的基于P2构型的蓝鲸iDD混动系统。

长安蓝鲸iDD混动系统的核心技术是将三离合器(K0离合器和6DCT中的K1和K2双离合)高度集成,并采用大功率和扭矩的P2电机,通过对电机与变速器的高集成设计,轴向尺寸仅415mm,保证了蓝鲸iDD可以实现从A级到C级车的平台化搭载。

自主插电混动技术路线已经实现串并联和并联等各种技术路线优势互补

从目前的市场应用情况来看,自主插混既有P2并联构型的产品,也有P13串并联构型的产品,百花齐放,百家争鸣的局面,为不同需求的用户提供了非常宽泛的选择空间。不仅如此,徐向阳教授还强调,自主混动系统技术和产品关键技术指标总体上都已达到国际领先水平,并已经成为中国汽车工业突破卡脖子技术、从跟跑到并跑再到领跑的成功案例。

接下来,我们就来看看徐向阳教授对这四套自主插混系统的对比分析。

从这张图中我们可以清楚的看到,比亚迪DM-i、长安蓝鲸iDD、长城柠檬、吉利雷神四套插电混动系统各自的优势和缺点。下面,我们还是先从P2的“独苗”蓝鲸iDD说起,来看看徐向阳教授对四套自主插混系统的解读。

P2并联混动技术路线最具代表性、市场表现最好的就是蓝鲸iDD

从技术上看,蓝鲸iDD是自主混动系统中较早使用S-winding绕组技术低速大扭矩电机的产品;再者,蓝鲸iDD混动系统的发动机在4款发动机中输出的动力也是最高的,再加上6个直驱挡位,使得车辆起步和中高速加速性能都很优秀,而这6个直驱挡也使发动机直驱的动力响应性更好,亏电行驶时,驾驶感受与燃油车几乎完全相同;纯电行驶、特别是中高速亏电行驶时,借助多档纯电驱动,驾驶感受明显要好于串并联构型,这使蓝鲸iDD特别适合喜欢长途旅行、对动力响应要求快、驾驶感受追求高的消费者。

徐向阳教授还指出,得益于蓝鲸发动机的高热效率和iDD混动变速器高效率设计技术(智能双电子油泵、高压液压系统等),和发动机具有更多的直驱挡位,iDD的燃油经济性也很优秀,UNI-K 2.075吨车重,NEDC循环亏电油耗百公里仅5升。

比亚迪DM-i为插混系统在中国市场普及贡献重大

比亚迪DM-i是国内最早大批量产业化应用的新一代插电混动系统,因此,其产品和技术的成熟度在四款混动系统中是最成熟的。徐向阳教授分析称,由于比亚迪DM-i发动机和电机都是单挡驱动,因此,其结构最简单,工作时没有挡位切换,只有工作模式切换,换模换挡控制简单、换模换挡平顺性优秀。

不过,由于比亚迪DM-i的发动机和电机都是仅有一个档位,因此在动力性,尤其在低速爬坡和高速超车的场景的影响更明显,并且燃油经济性也不会有非常突出的表现。

不过,相比于比亚迪DM-i本身的技术特点,徐向阳教授更加看重比亚迪DM-i为插电混动技术市场化,以及串并联混动技术路线被市场认可所做出的贡献。在徐向阳教授看来,作为国内最早大批量产业化应用的新一代插电混动系统,比亚迪DM-i可谓大容量电池插电混动技术在中国市场的开拓者。

长城柠檬混动系统各项指标非常均衡,是中国智慧的体现

长城柠檬混动系统也属于P13串并联混动系统,发动机有2个挡位,电机一个挡位,因此,与比亚迪DM-i相比,长城柠檬的燃油经济性也表现更好。与其他三款混动系统相比,长城柠檬混动系统的各个性能没有最好的,但也没有最差的,各项指标都是处于较好的水平,非常的均衡,而在徐向阳教授看来,这种均衡性的设计本身就是很大的挑战。

与比亚迪单挡串并联和吉利三档串并联混动系统相比,长城柠檬混动系统应该是性价比最高的串并联混动系统。因此,长城柠檬混动系统的设计富有中国智慧,具有典型的中国文化特征:中庸,但不平庸,与长城柠檬和摩卡系列车型定位非常匹配。

好饭不怕晚!期待吉利雷神混动系统未来会好的市场表现

作为世界上第一套发动机三挡电机两挡的P13串并联混动系统,吉利雷神巧妙地利用了行星变速机构功率密度高、传动路线多、离合器和制动器与电机嵌套设计等集成化设计手段,实现了高集成化和高轻量化,及高紧凑性,轴向尺寸仅有354mm、重量仅120kg。

此外,由于发动机有三个直驱挡位、电机有两个挡位,使雷神混动系统的燃油经济性和纯电驱动性能都很优秀。但两个行星排、两个离合器和两个制动器的传动方案,增加了系统的复杂度和控制的难度,也增加了系统的制造成本。吉利雷神混动系统是这四款插电混动系统推向市场最晚的,其产品还需要更多的市场考验。

虽然比亚迪DM-i、长安蓝鲸iDD、长城柠檬、吉利雷神四套自主品牌插混系统,各自特点不同,技术指标,性能表现都不尽相同,但是在徐向阳教授依旧认为,这四款混动系统代表了中国自主混动系统不同细分技术路线的最高水平。

PS:

徐向阳教授的这篇文章,明确指出了混动技术路线多样化是国内外共同的发展趋势,串联、并联、串并联三种构型的特点,无论是企业,还是用户在这些技术路线中做选择,还是要结合自身需求,适合才是最好的。

此外,通过徐向阳教授文章中的介绍,也让我们了解到,从混动技术,或者混动产品的角度来说,当前市面上的串并联和并联混动系统,均已经是完成了进化的第二代、甚至第三代产品,相对上一代产品的整车表现均有明显提升。

更重要的是,通过徐向阳教授对四套自主插混系统的分析和解读,也让我们对自主插混系统有了一个更深刻的认识,尤其是在关键技术指标总体上都已达到国际领先水平,增强了我们对自主插混的信心,作为消费者,大可放心的去购买自己喜爱的自主品牌车型。


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