串并联结构(DHT)作为当前主流的混合动力/插电式混合动力技术之一,已被众多品牌采用。为了满足不同车型的定位和使用需求,各大品牌都开始推出基于串并联的多速解决方案,如长城的2DHT、吉利的3DHT、东风的4速DHT等。对于DHT齿轮的数量有不同的看法。争论从未停止过。不过,随着本田发布第四代i-MMD混合动力以及别克4月份推出GL8插电式混合动力版本,2速DHT方案似乎已经得到了国际各大厂商的认可。要知道,本田是第一家开发单速DHT解决方案的制造商。如今转向了2速DHT的怀抱,这也从侧面印证了这条技术路线的合理性。今天我们就来说说2-block DHT技术的优缺点!
在如此激烈的市场竞争中,为了降低研发成本,各大车企通常只推出一套动力总成来匹配不同车型。比如本田、缤智、冠道都采用1.5T发动机作为动力;而大众的2.0T发动机甚至应用于大众、斯柯达、奥迪、保时捷等各个品牌。当今的插电式混合动力市场也是如此。不同车型的重量、尺寸和性能要求差异很大,因此将相同的发动机和DHT变速箱应用于不同车型可能会出现各种问题。
例如SUV等车辆,由于重量较重,还要兼顾一定的通过性,因此会比轿车有更大的牵引力要求。众所周知,车辆的牵引性能直接决定于车轮扭矩。但在发动机、电机动力性能和主减速比不变的前提下,车轮扭矩只能通过变速箱档位来改变。
但单速DHT变速箱在设计齿比时,主要目的是让发动机在中高速巡航时直接驱动车辆,因此其1挡齿比不能太大,例如上一代CR-V混合动力车的1档。传动比为0.805,接近传统8AT变速箱的7档。而其主减速比仅为3.89,因此发动机扭矩在半轴上仅放大了3.13倍。由于发动机直接驱动时扭矩不足,因此使用单速变速箱的车辆在中低速大负载工况下只能选择串联模式。此时,发动机负责驱动发电机发电,并将动力传输给驱动电机,即俗称的增程状态。
虽然串联模式的驾驶体验像电动车一样平稳,而且动力响应非常快,但这种工作模式有一个缺点,那就是在爬坡牵引条件下低速行驶时,车辆负载较重时,发电机需要保持较高的功率,电机在大功率下运行,而电机的耐热性不如发动机,因此当发电量较大时,发电机很容易出现热保护,导致车辆动力有限。这也是为什么一些插电式混合动力汽车在爬高原时动力不足,甚至需要停下来抬起引擎盖散热的原因。
第四代i-MMD混合结构
正因如此,本田在新款CR-V的第四代i-MMD混合动力系统上采用了2速设计。一档齿比为1.409,相当于传统8AT变速箱的4档。减速比也小幅提高至4.438,因此发动机扭矩在半轴上放大了6.25倍,比原来高了1倍,因此更适合低速下的长期牵引爬坡。第二档设计为0.708,相当于传统8AT的8档。算上主减速比后,扭矩放大系数为3.14,接近上一代CR-V混动。
更重要的是,CR-V混合动力的2速DHT变速箱允许的最大满载重量从原来单速变速箱的2.51吨增加到了现在的2.75吨,因此这套动力组可以兼容更重的车型。
众所周知,变速箱的齿比设置对油耗和动力影响很大。对于单速 DHT 变速箱,1 档传动比设置较大,尽管它允许发动机介入以较低的速度驱动车轮。 ,提高加速性能,但高速行驶时发动机转速必须很高。就像8AT锁在4挡高速运转一样,不仅耗油、噪音大,而且在发动机直驱模式下,车辆的最高时速也会受到限制。但如果一档速比设置得较小,比如8档设计为8AT,虽然发动机在较高转速下仍能保持直接驱动,但前端加速和爬坡性能会受到影响。不难看出,单速DHT无法实现加速度、油耗和最高时速之间的平衡。
在实际设计中,大多数使用单速DHT的品牌都会选择保留油耗,即将齿轮比设置在更适合巡航的速度范围内,通常在60km/h以上。在这个速度之前,车轮仅由电机驱动,发动机最多只能充当“增程器”。配合2速DHT变速箱,可以设定1档和2档的齿比,让发动机在低速时介入行驶,从而提高加速和爬坡性能。同时,二档可以采用较小的传动比,降低车辆高速巡航时的车速和油耗,提高最高时速。
在大家最关心的油耗方面,2速DHT中,在重载、低车速的情况下,发动机可以直接驱动车轮。在类似工况下,单速DHT发动机仍然只能发电,多次能量转换造成的损失较大。因此,单速DHT在低速、高负荷工况下的油耗高于2速DHT。但在WLTC和CLTC循环中,低速高负荷工况所占比例并不大,因此根据WLTC或CLTC工况测试,2速DHT的油耗仅略低于2速DHT。的单速。

前面提到,单速DHT的一档是为了让车辆在中高速巡航时直接采用发动机直驱模式来降低油耗,所以档位比并没有设计得太大。这也意味着,当车速较低时,电机承担了驱动车轮的重要任务。在普通插电式混合动力汽车中,发电机和发动机的功率均小于驱动电机的功率,因此动力电池需要具有较大的放电功率或容量,以保证驱动电机获得足够的电能。
采用2速DHT变速箱后,由于一档让发动机以较低的转速直接驱动车轮,此时驱动电机会减少甚至不输出功率,因此对电池的放电功率或容量要求也减少了。也就是说,二速DHT可以将电池电量和性能对电量的影响降低到较低水平。全功率和低功率的功率表现不会有太大差异。正因为如此,别克GL8陆尊插电混动版才敢喊出“全工况一站式服务”的口号。
从前面的分析不难看出,2速DHT相比单速确实有很多优势,尤其是对于SUV和MPV来说,有着更好的适应性。不过,市面上使用2速DHT的品牌其实并不多。主流的是长城、广汽、上汽、奇瑞以及上面提到的新CR-V。比亚迪、五菱、长安启元等销量较高的品牌仍采用单速方案。
2速DHT之所以没有像单速DHT那样普及,主要是因为2速DHT的成本较高。首先从结构上来说,基于手动变速箱的单速DHT只需要1个离合器+1对齿轮来直接驱动发动机,而2速DHT则需要1个离合器+2对齿轮+1个同步器,或者2个离合器+2对齿轮,零件数量明显增加。如果想要将体积设计得更紧凑,就需要使用AT变速箱的行星齿轮组。比如广汽的GMC 2.0,它的二挡是由1个行星齿轮组+2个离合器实现的,而AT变速箱的行星齿轮组显然比手动变速箱的成本要高。
另外,因为二档的存在,车辆自然会面临换档熄火的问题。一般来说,解决DHT变速箱的挫败感主要有两种方法。首先是在离合器分离、发动机动力中断时依靠驱动电机来补偿动力,这样换档时的顿挫感就会很小。但由于驱动电机需要临时补偿电源,因此其功率必须比较大。相应地,发电机的功率也必须增大,成本也会上升。
DHT变速箱除了驱动电机补偿动力外,还可以通过离合器打滑来避免失速。其原理与手动变速器的半联动类似。只要离合器组合速度较慢,车辆在换档时就不会熄火。但这种设计不仅增加了DHT变速箱的控制难度,而且对变速箱的液压系统和冷却系统提出了很高的要求,自然增加了成本。总之,2速DHT的成本比单速高,控制也稍微复杂一些。
从前面的介绍中不难看出,DHT变速箱的档位越多,齿比设计就越灵活。例如,1档可以设计更大的传动比,以进一步提高车辆的加速性能。 2档可与发动机直接设计传动效率更高的传动比,3档或以上,可提高发动机直接驱动时车辆的最高时速,或后段的加速性能。
例如,采用3速DHT的吉利银河L7,发动机和驱动电机功率并不比市面上2速DHT车型高出多少,但百公里时速却快了近1秒,而且最高时速达到200公里。不过在油耗控制方面,随着DHT变速箱档位的增加,车辆的油耗并不会大幅下降。这是因为在60km/h这种相对耗油的低速小负荷工况下,插电式混合动力车基本都会采用串联。模式下,油耗的差异主要取决于发动机、动力控制单元、电机本身的效率。
在中高速工况下,搭载DHT变速箱的插电式混合动力车型均采用发动机直驱模式。油耗差异主要取决于发动机热效率和变速箱的传动效率。但现在各个厂家的发动机热效率差异可能在1-2%,变速箱的传动效率更小,所以中高速行驶时的油耗差异也很小。最重要的是,目前主流的WLTC循环最高测试速度仅为131.3km/h,因此更多的档位在现有测试循环中并没有表现出明显的优势。在高速公路限速120公里/小时的情况下行驶时,3挡的省油优势就更难以发挥了。
回到我们最初的问题,2速DHT是最完美的插电式混合动力吗?经过一番分析,我们可以说1速DHT结构满足日常通勤没有问题。 2速DHT结构足以满足SUV、MPV等车型的中高负载使用。继续增加到3档甚至4档。对于一般家用车来说其实认知度并不强。因此,无论是1块DHT还是2块DHT,它们之间没有绝对的好坏,只是迎合不同的用户群体。



