豐田、本田和別克的混合動力,誰才是最強?

15萬左右選一臺合資品牌的混動車該怎麼選呢?在之前也就只能在同一款車之間猶豫不決,嗯,我說的就是卡羅拉和雷凌。雖然這個年頭混動車型不少,但是15萬左右這個價位的主流合資混動卻不多,但是!不久前竟然差不多一個時間裡,別克和本田各自推出了一臺這個價位的混動車型,分別為

微藍6凌派


豐田、本田和別克的混合動力,誰才是最強?


在競爭力上,三臺車都是主流合資,都有著非常成熟的混動技術,在機械品質上也是相當靠譜的。但是一旦要花錢的時候,很多人就會開始猶豫了,好像這個不好,那個也不好……


所以,究竟怎麼選。

“選燃油車這些問題不就都沒有了!”


那麼這些電池電量充裕的混合動力車型的有時相比燃油車究竟高在哪?


當我們的腳在油門上瘋狂頻繁踩下的時候,其實這個時候我們可以發現轉速雖然不是緊跟著油門開度變化的,但是轉速的波動還是很大的。


這就意味著發動機只有很小一部分時間是在最佳轉速區間工作的,因為從下面這張bsfc圖片上可以看到,發動機真正高效區間並不大,所以只要你的腳稍微深了或者淺了,它就偏離了這高效的範圍。


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所以怎麼才可以省油呢?


那肯定就是穩住油門,無時無刻都把轉速控制在發動機的最佳轉速區間附近工作,但是在複雜的路況下可不比巡航這麼好控制油門,那麼怎麼才能在複雜的路況下省油呢?


我們來看一下有混動系統的發動機是怎麼工作的,拿純電續航更大混動車型(PHEV)舉個例子。下面是大概發動機、車速以及電池電量之間的關係


豐田、本田和別克的混合動力,誰才是最強?


可以發現,發動機的轉速變化不隨著油門開度變化而有非常大的變化,而是通過電控系統都能把發動機工況基本保持在最佳的轉速區間。


這不就是你需要混動系統的原因了嗎!


所以呢,混動系統的推出最重要的目的還是為了讓發動機保持在高效的區間工作。

因為一般來說我們在駕駛過程中,發動機工作時,能保持在高效的區間範圍的工況並不算多,所以大家的混動系統核心的目的都是希望通過一些手段,把發動機轉速控制在最佳能耗區間,同時在一些頻繁啟停的路況避免發動機在不高效的區間工作。


那麼接下來的要點就是這三款混動系統是怎麼讓發動機在高效區間運轉。


三個混動系統結構有什麼不同


在介紹工作方式之前,首先看一下在數據上以及結構三款混動系統都有什麼不同:


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雖然雷凌雙擎凌派混動都是有兩個電機,但是負責驅動的電機只有一個,而微藍6則有兩個。


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*豐田THS II


這是搭載在雷凌混動上的豐田的THS II混動系統,包含了一臺1.8L自然吸氣發動機,兩個電機,一套行星齒輪一個能量控制系統以及一個鎳氫電池組組成,其中兩個電機中只有一個是驅動車輛行駛的電機。


之所以用“古老的”鎳氫電池,其實跟豐田這套混動系統的特性有關,而且淺充淺放讓電池有更長的壽命。


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*通用混動系統


同樣搭載行星齒輪的通用最新的一套雙排行星齒輪插電混動系統,包含了一套1.5L自然吸氣發動機,兩套行星齒輪,兩臺電機,一個能量控制系統以及一個三元鋰電池組以及兩個離合器組成。


因為微藍6是一臺插電混動車型,所以電池容量相比之下要高出不少,同時因為電池容量大,純電續航足夠長,所以NEDC工況下的工信部百公里綜合油耗也是最低的,僅有1點幾


豐田、本田和別克的混合動力,誰才是最強?

*本田i-MMD


本田凌派銳混動的混動系統,主要由一臺發動機和兩個電機組成,和豐田一樣,兩個電機中只有一個是驅動車輛行駛的電機,系統中還包含一組離合器,一個能量控制系統以及一個三元鋰電池組組成。


雖然本田這套混動系統看起來結構非常簡單,但是其實設計方面非常有心機,IMMD的兩個電機之間其實是靠空心軸套在一起的,這讓整個結構看起來非常簡潔和緊湊。同時對空心軸的強度非常高,同時空心軸的對中的也是很考驗這套系統內的地方,所以雖然看起來簡單不經意,但是也是難以複製的存在。


那麼這些結構是如何控制發動機在高效的區間工作呢?

從結構上來看,豐田和通用是利用了行星齒輪組;

本田則是用了兩個電機分別控制發電和驅動。


無論是三個系統中的任何一個,都是為了解除發動機與車輪的綁定。


工作原理分別介紹

1.豐田混動 行星齒輪組在THS ii系統中作用


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在行星齒輪中的四個部分都各有分工,首先與外齒圈相連的是2號電機,而2號電機主要負責是驅動車輛,也可以理解為外齒圈和2號電機是與車輪相連的。


然後是行星齒輪架,它與發動機相連,當發動機的動力傳遞到行星齒輪架後,就會帶動行星齒輪,然後動力就可以通過行星齒輪分配到外齒圈和太陽輪。


而與太陽輪相連的則是THS系統中的另一個電機,簡稱1號電機,這個電機的作用主要不是為了驅動車輛,它存在的作用更多是為了調節發動機的轉速。


下面分享幾個主要的情況下的動力流,這樣可以更清晰看明白這個混動系統的原理。

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在低轉速的車況下行駛時,為了保持發動機始終在高效區間,電控系統會增大引擎的輸出,而冗餘的部分的輸出會通過發電機轉化為電能儲存在電池裡。


其實豐田這套混動系統最核心的地方在於,發動機始終都被這套系統控制在非常合適的工作區間工作。


儘管我們駕駛時有非常複雜的路況,但是依靠THS II系統的調節,以及電池和電機的適當輔助,讓發動機避免在熱效率較差的工況下工作,同時又能回收發動機的冗餘的能量,以及車輛在滑行以及制動的時候的動能。所以豐田這套系統的作用在將發動機效率最高化。


但是這套系統也不是沒有缺點。因為行星齒輪組的外齒圈與MG2電機是始終相連的,也就意味著無論什麼情況MG2電機都是需要被帶著轉動,這在一些情況下會造成一定的能量浪費


說得清晰一點就是,在第二種混合驅動的模式下,儘管不需要2號電機工作,但是發動機將動力給到了齒圈,而齒圈與2號電機連接,那麼2號電機必定會被帶著空轉,造成一定的能量浪費。


2.通用混動系統 行星齒輪組在通用混動系統中的作用


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通用這套混動系統是一套插電式混合動力系統,跟豐田比較相似的地方在於,他們都用了行星齒輪組的結構。


但通用這套動混系統的行星齒輪組跟豐田實則又很不一樣他們不同在於行星齒輪的工作方面。通用這套系統的兩組行星齒輪是相互作用的,相比豐田來說,通用這套系統有著更多的自由度。


在這套系統中,在兩個行星齒輪相連的這兩個離合器其實是除了控制機械能是否傳遞到2號行星齒輪組外,還可以通過控制離合來控制行星齒輪組是否分配動力,減少能量浪費,這個我們通過介紹能量流來跟大家解釋。

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以上兩個是純電驅動模式,因為是插電混動車型,車輛更多時間會用到純電驅動車輛,所以微藍6設計了兩個純電模式,一個單電機驅動,一個是雙電機驅動,電控系統會根據駕駛員油門踏板信號來選擇。


混合動力模式分為三種:


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一種是靠行星齒輪組1獲得的發動機動力驅動行星齒輪組2獲得的電池組動力兩者一同驅動車輛。其中因為為了保證發動機在更高效的轉速區間工作,所以一部分冗餘的機械能會通過一號電機發電,給電池存起來。所以這個時候電池有充電也有放電。


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另一種是車輛需要更高的動力輸出,所以靠1號離合和2號離合結合,鎖定1號太陽輪,以避免能量流向電機1,儘量將發動機輸出的動力全部輸出給輸出軸,同時2號電機輔助出力。


這裡的設計其實非常巧妙,因為利用離合器1和2可以讓1號行星齒輪組的太陽輪鎖定,這就免去了繼續帶動電機1的負擔,幾乎是有完整的發動機輸出給到車輪端。

這個模式是在混動模式下最高效的一個模式,因為它避免了大多數動力轉換(機械能轉電能,電能轉機械能帶來的能量損耗)

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在最後這個高負荷模式下,動力通過兩個行星齒輪組分割,電機1主要作用是為了控制發動機轉速,這個作用其實與豐田的1號電機是一樣的,所以雖然在圖中看起來有能量循環浪費的錯覺,但其實這都是為了更好控制發動機的輸出。


3.本田I-MMD 看起來是“最簡單”的一位


最後一個是本田的混動系統了。這套混動系統的工作原理可以說是三個系統中最簡單的了。因為它是三個混動系統中唯一沒有行星齒輪組的,少了相互連接又不相互影響的動力“糾纏”,僅用一些巧妙的設計,讓一切都變得簡單了起來。


豐田、本田和別克的混合動力,誰才是最強?


本田這個混動系統中有兩個電機,分別是行駛用的電機和發電用的電機當車輛在純電模式下行駛的時候,行使用電機會使用電池的電能來驅動車輛;


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當電池電量不足,或者需要更多的能量來驅動車輛的時候,發動機會被啟動並驅動發電用電機發電,並把電能提供給驅動用電機供電,以此驅動車輛行駛,電池充放電的邏輯主要是看電池中的電能情況,當發電機產生的電力比電動機消耗的電力少時,電池組會放電來補償驅動車輛。


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當發動機的輸出冗餘時電能會被充到電池組中。也就是說,在這套混動系統的混動模式中,從發動機到車輪端,是完全沒有機械路徑的。


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而當車輛進入高速行駛的時候,車輛會根據能效優先的情況需要來判斷離合器的結合,當離合器結合,車輛會進入發動機直連驅動模式,也就是跟傳統發動機一樣,直接靠發動機動力驅動車輛。在這種情況下,發動機如果有富裕的能量,充電用電機會執行輔助行駛和充電。


這個直連模式是IMMD這套混動模式的亮點所在,因為高轉速下發動機的效率是比電機要更高的。


總結:


雖然都是混動,但是三家的策略和理念都不盡相同。


首先是豐田的混動系統更多是側重於用發動機的輸出

,它是利用電機來調節發動機轉速,在複雜路況的情況下,發動機會被保持在高效的區間工作,如果發動機的輸出無法滿足油門踏板信號的要求,那麼這個時候電池會輸出動力,與發動機一同驅動車輛行駛。


而當低速行駛的時候,發動機可以也會遠離工作的高效區間,這個時候系統會控制發動機在更高轉速下工作,這時可以將多餘的動力給到電池儲存起來。


所以無論油門踏板信號如何,發動機主要還是保持在一個比較高效的轉速範圍工作,這個轉速下的動力需求不足的時候,電池補充,富餘的時候,給電池充電。減少發動機在低能效區間工作,同時回收被浪費的能量,在適當的時間釋放,驅動車輛。


但豐田這套混合系統還是存在硬傷,行星齒輪雖然分割了動力,但兩臺電機與發動機仍是始終聯動。也就是純電模式下,雖然1號電機不需要工作,但是因為行星齒輪的特性的原因,它依然會被帶著空轉。在更高效的工況下,發動機直接驅動車輪,雖然2號電機不需要工作,但是仍會被帶著空轉,這些都是不必要的能量浪費。而本田則沒有這樣的問題。


因為本田這套混動系統是更加偏向於電驅動的系統,發動機和車輪在除了直連模式下,可以說是徹底的分離,發動機跟車輪之間是沒有任何機械連接的,所有發動機的動能都會通過發電用電機轉化為電能。


在巡航的時候,發動機效率比較高,可以進入到發動機直連驅動,這時發動機可以拋開電機的這些累贅,直接驅動車輛行駛,減少不必要的能量損失。這裡相比豐田在高速巡航時是非常優勢的。


同時如果是更運動的駕駛風格來說的話,本田這套系統相比有行星齒輪組分割動力的豐田來說會更加運動一點,因為本田首先是利用純電機驅動車輛行駛,動力來的更加直接,其次它的電機功率也更高。


通用這套混動系統

作為一個插電式混動,雖然想著買了個插電混動,當然就是關注純電續航就差不多了,發動機只是備用的,但事實上,較短的純電續航里程(60km)也只能在短距離的通勤中把它純電車使用,而在更多時候它依然是臺混動車,PHEV依然需要一個很好的混動系統。相比卡羅拉混動來說,微藍6用兩個離合器解決了行星齒輪組無法解藕帶來能量浪費的問題,其實是非常高效的設計,同時也有著不錯的動力性。


但是很明顯,微藍6這套混動系統相對複雜一些,這就意味著對於能量控制管理的設計要求更高,這也導致了這套混動系統在成本上都要大於豐田以及本田。但是對於一些需要市區純電通勤使用,以及需要兼顧一定的續航能力的消費者來說,也不需要過於擔心它因為沒電而不高效。


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