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再说得更远,只不过玛雅人受地理环境的限制,连使用场景都没有,就搞砸了。由于轮子是由世界各地不同文明独立发明的,如何更高效地驱动这一人造物体已成为世界范围内的共同问题。
一个方向是不断优化为车轮提供动力的部分。早期是牲畜,主要是通过选育培育出力量更大、耐力更大、速度更快、耐粗饲的品种。一个更极端的例子是驴和马杂交产生骡子。
优化的方向可以概括为提高经济性和加速性。
当卡尔·本茨发明了汽车后,人类终于可以不再折腾动物,而是折腾发动机了。
几经周折,发动机的一些固有特性已经成为限制。我们可以用这张图来说明发动机的普遍特性。
借用高中的地理知识,我们很容易理解这张图。横坐标代表速度,纵坐标代表扭矩或负载,等高线形状的圆圈代表当前速度和扭矩对应的燃油消耗水平。而热效率,数值越低,效率越高。
从图中可以看出发动机的维修难度有多大。只有当扭矩在100-130Nm、转速在1400-3000rpm的狭窄范围内时,发动机才接近最大热效率。在其他情况下,油耗会增加。这也是本田第三代I-MMD所使用的发动机,专为混合动力车型而设计。
如果想要提高整车的能耗性能,就必须尽可能提高发动机的最大热效率,扩大高效范围的面积。从地理角度来看(如果这个可以很容易理解的话),为了让盆地更深,就必须扩大盆地的面积。
不幸的是,现在已经不是发动机刚刚发明的时代了。被迫秃头的工程师基本上无法再拿出创新的改进措施。每款新发动机推出时,都只是基于原有措施的技术。优化。虽然你不一定明白相关术语的含义,但大多数都是熟悉的,比如阿特金森循环或米勒循环的应用,比如提高爆震,提高压缩比,减少废气损失,比如提高直接压力喷油,改进喷油方式,调整喷油时间。
采用了这么多的方法,秃了这么多的头,发动机的热效率比上一代提高了1%左右。
事实上,随着发动机越来越接近理论热效率极限,继续与之对抗显然是事半功倍。
有更简单的方法吗?是的,介绍一下电机。
这是某电机的通用特性图。读图的方法是一样的。与发动机相比,电机勤奋、动力强劲。
在5000-7000转范围内,电机效率可保持在95%以上,即使在低效率范围内,效率也超过70%。较高效率范围基本上涵盖了发动机运行的所有转速范围。这意味着在几乎所有工况下,都可以引入电动机来帮助驱动整个车辆。
唯一遗憾的是,虽然电机几乎可以从0转爆发出最大扭矩(这意味着低速加速能力极强)。但随着转速的不断提高,最大扭矩输出呈现下降趋势。随着车速的增加和电机转速的增加,其加速能力呈现下降趋势。
当两个人一起工作时,问题就不再是问题了。
为了提高经济性,就必须尽可能保证发动机工作在高效区间。但此时它能输出的功率是有一定限制的(速度和扭矩在一定范围内)。最极端的情况是当发动机处于启动等低效率工况时,车辆完全由电动机驱动。随着车速增加,发动机开始运转,进入高效区间。当电量溢出时,电机将其转化为电能并储存在电池中。随着车速不断提高,当发动机功率不足时,电机参与驱动车辆,以弥补功率缺口。
总结起来就是减少发动机需要负责的工况,使其尽可能工作在高效率区,动力由电机削峰填谷。
奠定了理论基础之后,我们接下来要讨论的问题是,电机应该放在哪里?
P0-P4是什么意思?
最直接的想法就是在燃油车原有的动力总成结构上增加一台电动机。所谓P数代表了电机在整个结构中的位置。有人说P代表propulsion,就是螺旋桨的意思。有人说P代表position,就是位置的意思。我们这里采用后一种说法。
不同位置的电机发挥着不同的作用,降低能耗,提高动力。多个电机可以相互配合,形成更复杂的混合系统。从P0到P4,电机距离车轮越近,其动力传输路径越短,效率越高。由于距离发动机较远,其解耦程度较高,其运行受发动机影响较小。
从抽象的角度来看,燃油车的动力总成可分为以下几个部分,即发动机、离合器、动力耦合装置(行星变速箱或变速箱),最后传递到车轮。
P0是指电机布置在发动机前端,取代了原来起动电机的位置。布置比较简单,对结构和空间基本没有要求。 P0电机不能与发动机脱钩(简单来说,发动机旋转它也旋转,它旋转发动机它也旋转)。由于它位于动力输出端的另一侧,因此无法单独驱动车辆,这基本上对提升动力没有帮助。其最大的作用是提高发动机转速并回收动能,从而提高经济性。
图为奥迪A3 Sportback 35 TFSI使用的P0电机,为48V轻混车型。
当车辆启动时,该位置的电机可以快速提高发动机转速,让发动机在点火前跨越低速低效范围。常用于48V轻混方案,如奥迪SQ7 TDI、宝马X5 M50i,对应奔驰车型为GLE 53 AMG,以及国内早期的奇瑞A5 BSG混动版本等。
因此,在48V轻混车型上,有时会感觉点火启动的瞬间没有声音。正是这个原因,发动机还没有启动,电机就在努力工作。
由于P0电机是通过皮带与发动机连接的,所以常见的BSG电机也是指它。 BSG代表Belt-Driven Starter Generator,Belt的意思是皮带。此外,HSG电机是混合动力启动发电机。混合式起动发电机一体化电机也是BSG的一种,但功率和扭矩相对较大。相同的输出可以通过皮带叠加在发动机的功率输出上。点增加发动机的动力输出,这对动力的提升略有帮助。
P1电机又称ISG电机,是一种集成启动发电机。它位于发动机的动力输出端,与发动机曲轴连成一体。它取代了发动机飞轮的位置,利用曲轴作为电机的转子。定子集成到发动机中。功能与P0电机类似,控制启停、增速、回收动能。由于不需要皮带传动,所以传动损耗比较小,可以大大提高功率。此外,电机还能在短时间内爆发出更大的扭矩和功率,补充发动机动力,从而大幅提升零百加速性能。
为此,新款宝马X5在2.0T车型上采用了BSG电机,在3.0T车型上采用了ISG电机,动力更强。
但也因为无法与发动机脱钩,无法单独驱动车辆,所以P1电机的混合动力方案中不存在纯电动模式。由于它集成在发动机中,散热问题很难解决,无法长时间大功率、高顺应性工作。它通常用于微混合、轻混合或中混合系统。
一般来说,以上两种布局都受到无法解耦的问题的限制。它们的主要作用是辅助启动和停止、恢复动能和提高速度。对燃油经济性的改善效果非常有限。
从P2电机开始,电机位置在离合器后面。由于一些高度集成的混合动力系统也会将P2电机集成到发动机壳体内,因此P1/P2电机的区分因素是能否通过离合器切断发动机向轮端输出的动力。只需控制离合器即可实现电机功率与发动机功率的耦合或脱钩。这意味着P2电机及后续电机可以单独驱动车辆。
在吉利雷神混合动力车中,发动机搭配P1P2双电机+传动机构,体积也就这么大。
与P3、P4电机不同的是,P2电机位于动力耦合装置之前(因为混合动力车型对变速箱的需求较少,常采用行星变速箱或齿轮数较少的变速箱来实现传动功能),功率一般为相对较小。
之所以不加大功率,是因为它单独驱动车辆时,可以利用动力耦合装置的齿轮来覆盖更多的车速工况,功率不需要太高。其次,动力耦合装置所能承受的最大扭矩是有一定限制的,做得再大也是没有用的。第三,由于增加了新的离合器和电机,在不重新改变布局的情况下,很难在有限的空间内增加P2电机的尺寸。
由于只有一台功率较大的电机可以参与车联驱动,因此基于P2的方案没有串联工作模式,只有并联和纯电动模式。要实现串联模式,需要在离合器两端各有一个电机,在离合器断开后才能工作。靠近发动机端的电机负责发电,靠近轮端的电机负责提供动力。
采用P2单电机方案的长安IDD没有增程模式,也没有串联模式。
另外,由于P2电机位于传动系统之前,纯电动模式下顿挫问题仍需解决。一些制造商会将电机与双离合变速器的输入轴之一耦合。这种排列也称为P2。 5个电动机。一个典型的例子是吉利早期尝试在7速双离合变速箱中添加电动机。
P3电机位于动力耦合装置之后、差速器之前。它通常用于后轮驱动车辆。也因为它位于离合器之后,所以显然可以单独驱动车辆。与P2方案相比,P3电机直连传动轴,纯电动模式下其驱动和动能回收效率更高。由于动力不经过动力耦合装置,其动力不受前者扭矩承受能力的限制,无需解决顿挫问题。一方面可以把力量做大;另一方面,还可以调节电机的扭矩和转速,辅助保证换挡时的动力,增加平顺性。大多数使用P3电机的车型在百公里加速到100公里方面都有着极其强劲的表现,也正是因为如此。
王者型号,经典P1+P3双电机
在布局方面,P3电机更加灵活,常常与发动机布置在不同的轴上,并且可以做得更大尺寸和功率。纯电驱动下,由于一端与变速箱耦合,一部分动力会用来驱动变速箱,会造成一定的损耗,但更强的动力可以弥补这一点。与发动机分离的机构那么多,我知道肯定无法启动发动机。一般与P0/P1电机配合使用,以弥补该功能。
至于P4电机,基本上和发动机没有关系。它与发动机离轴,与发动机没有物理连接,因此分析起来比较简单。典型的应用是前轮驱动车辆使用P4电机,不需要传动结构或突出物。后排中央地板可实现“电动四驱,与发动机动力兼容”。
长城Hi4是一款通过P2+P4双电机实现的四轮驱动
值得一提的是,由于与发动机没有物理连接,所以边行驶边充电的功能就没有了。单独的P4电机车型必须有另一种补充电能的方式,那就是插电式电动化。总体而言,应用中独立的P4解决方案较少。大多数采用P4电机的车型也用于实现四轮驱动功能,提高系统的整体动力。它们基本上可以用于所有混合动力系统,并与P2/P3电机配合。使用。
从电机的位置来看,我们可以根据上面的讨论对混合动力车型进行大致的分类。值得一提的是,欧洲汽车制造商(或者更具体地说是BBA)更喜欢保留变速箱的PX方案(也更具体地说是P2方案),而日本良木田和国内自主品牌则更喜欢保留变速箱的混合动力解决方案。前者比较有代表性的是丰田的动力分流方案,后者则以P1+P3的串并联结构为代表方案。除了电机位置的区别外,混合动力系统还有一种按工作模式分类的方法,具体为串联、并联和串并联。由于篇幅限制,我们将在下一篇文章中进行讲解。



