这个问题,北航的徐向阳教授在今年刚刚发表的一篇论文专门提到了这些系统的对比。我个人对这个文章研究后对其技术分析观点也很认可,所以就直接编辑论文的核心内容了。
我适当节选一下,方便阅读,关于本论文具体研究成果内容沟通,请联系 北航的 刘艳芳老师,[email protected],18513557198
如下内容表述,均来自于北航徐向阳教授团队的研究成果。
中国自主混动技术的研究起步于吉利的双模功率分流混动系统,但产业化很不顺利,后来吉利在其7DCT的基础上,集成P2.5电机,推出了P2.5-7DCT并联混动变速器,2021年吉利推出了雷神混动系统,发布了国际上首个发动机3挡驱动的串并联混动变速器3DHT。
2008年,比亚迪推出第一代混动变速器,采用双电机串并联方案;2013年和2018年比亚迪推出第二代和第三代P3-6DCT并联混动变速器;比亚迪最新一代混动变速器DM-i则是单挡串并联混动变速器。
长城首先在7DCT和9DCT、9AT的基础上,推出了P2-7DCT和P2-9DCT、P2-9AT并联混动变速器,2021年又推出了发动机2挡驱动的串并联混动变速器2DHT–柠檬混动变速器。
2008年北京奥运,长安汽车投入混动车型开展示范化运营,2017年和2018年分别推出了搭载P2-7DCT的逸动PHEV和搭载P134串并联电四驱的CS75PHEV量产车型,2021年最新推出的蓝鲸iDD混动系统,采用P2-6DCT并联混动变速器。
奇瑞2021年发布了3挡串并联混动变速器鲲鹏混动系统。广汽在GMC一代单挡串并联混动变速器的基础上,2022年推出了GMC二代2挡串并联混动变速器。上汽第二代EDU在2019年发布,采用的是P2.5路线的单电机并联混动系统。目前主流国产汽车厂商均推出了各自的最新一代混动系统,可谓百花齐放,各家技术均各不相同,实车表现相对各自的前一代产品均有明显优化。
比亚迪DM-i(_单挡,DHT)、长城柠檬混动(两挡,2DHT)、吉利雷神(三挡,3DHT)和长安蓝鲸iDD(P2-6DCT)。尽管是4款混动变速器,其实就是两大类,一类是采用双电机的串并联混动变速器(比亚迪DM-i、长城柠檬、吉利雷神),另一类是采用单电机的并联混动变速器(长安蓝鲸iDD)。串并联混动变速器和并联混动变速器的构型示意图如图1示。
混动变速器的技术和产业基础是传统自动变速器,各国技术路线的选择与其技术基础和产业基础密切相关。
由于丰田有爱信AT技术基础,对行星排应用得心应手,因此丰田是基于行星排的功率分流型混动变速器(THS);而本田的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串并联混动变速器(i-MMD)。
在欧洲,ZF是全球最大AT变速器企业之一,大众则是最早推出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。
韩国的技术路线与欧洲相似。美国通用是AT变速器的鼻祖,对行星排的运用更是非常娴熟,因此以通用为代表的美国的技术路线是基于行星排的双模功率分流型混动变速器。
中国自动变速器技术路线百花齐放,因此混动技术路线也是多元化,既有P2/P2.5-DCT/AT并联混动变速器,也有不同发动机和电机驱动挡位数量的串并联混动变速器(DHT)。
混动技术路线的多样化表明:混动变速器技术路线有技术和产业基础的传承,不同混动技术路线各有优势和劣势,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。
为了对插电混动技术路线的性能有直观认识,考虑自主PHEV混动技术路线的代表性和PHEV车型的市场表现,选择比亚迪DM-i(单挡,DHT)、长城柠檬混动(两挡,2DHT)、吉利雷神(三挡,3DHT)和长安蓝鲸iDD (P2-6DCT)进行对比。这四款PHEV混动变速器的构型简图、工作模式/挡位逻辑简图、发动机和驱动电机等的关键技术参数见图2。
各款混动系统特点总结如下。
1.长安蓝鲸iDD混动系统
蓝鲸iDD混动系统采用了S-winding绕组技术的低速大扭矩电机,发动机在4款发动机中输出扭矩是最高的,再加上6个直驱挡位,使蓝鲸iDD的起步和中高速加速性能都很优秀。6个直驱挡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,驾驶感受好于串并联构型,这使蓝鲸iDD混动系统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。
并联混动属单电机混动系统,比串并联混动少了一个电机及控制器,所以蓝鲸iDD混动系统受电机和电机控制器原材料成本影响波动小,并可在传统变速箱基础上通过改造升级实现,开发成本较小,综合性价比高。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。虽然iDD将高集成度三离合器P2模块与6DCT高效集成,但6DCT轴向尺寸较大,影响其轴向紧凑性,结构复杂度也比串并联混动系统要高。
2.比亚迪DM-i混动系统
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,也是目前市场上占有率最高、知名度最高的插电混动系统,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。大容量电池插电混动技术在中国市场异军突起,比亚迪DM-i是开拓者,比亚迪DM-i为插电混动技术市场化和串并联混动技术路线被市场认可做出了重大贡献。另外,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。
尽管如此,由于DM-i发动机和电机仅1个挡位,纯电驱动不能改变传动比,增加电驱动能力,这影响了其动力性和纯电驱动性能,尤其在低速爬坡和高速超车的场景的影响更明显。另外,在轻量化设计方面,尽管DM-i结构简单,但系统重量并没有明显优势。
3.长城柠檬混动系统
长城柠檬混动系统也属于串并联混动系统,发动机有2个挡位,电机1个挡位,与比亚迪DM-i相比,发动机有更多的高效直驱工作时间,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,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3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。
4.吉利雷神混动系统
吉利雷神混动系统是世界上第一套发动机3挡电机2挡的串并联混动系统,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,实现了轴向尺寸仅有354mm、重量仅120kg的高紧凑性、高集成化和高水平轻量化设计。
由于发动机有3个直驱挡位、电机有2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。另外,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。但好饭不怕晚,作为国际上目前技术上最先进的串并联混动系统,相信吉利雷神混动系统在未来会有很好的市场表现。
综上所述,自主四款混动系统得分非常接近,各有优势和特色,可以说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。
结论
(1)串联、并联、混联三种技术路线各有优缺点。混动技术路线选择通常是企业结合自身资源优势、混动技术特点、产品属性需求、成本等综合考虑而做出的最适合自身企业的结果。
(2)混动技术路线多样化是国内外共同的发展趋势,不同混动技术路线各有优势和劣势,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。消费者在混合产品选择时,也需要结合自身的需求进行混动产品的选择。
(3)对串并联混动系统,发动机挡位数量的增加比电机挡位数量的增加对改善经济性贡献更大;电机挡位数量的增加比发动机挡位数量的增加对提高动力性贡献更大;2挡或3挡串并联混动系统性能更优。对于并联混动,挡位数量的增加,也会改善动力性和经济性,但6-8挡之间相差很少。因此,并联混动6挡是性价比最高的方案。
(4)无论是串并联混动还是并联混动,发动机热效率提高5个百分点,WLTC亏电工况下,整车油耗可以降低10个百分点以上。因此,提高发动机热效率是提高各类混动系统燃油经济性最有效的手段。
(5)总体而言,当前市面上的串并联和并联混动系统均是完成进化的第二代、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。自主插电混动技术路线百花齐放,串并联和并联等各种技术路线优势互补,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,在国内插电混动的市场占有率也遥遥领先于外资品牌。自主插电混动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,为中国汽车工业从汽车大国走向汽车强国和汽车工业双碳目标的早日达成做出了重要贡献。
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来源:知乎 www.zhihu.com
作者:JackyQ
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