混动车型构型方案及驱动系统布置选择对提升效率及动力性的关键性研究

混动车型构型方案及驱动系统布置选择对提升效率及动力性的关键性研究_58汽车

本文按动力混合程度与电机布置位置对混动车型进行分类,介绍了从微混至增程式插电混动等多种构型方案。按电机布置位置分为P0至P4的Px混动系统,不同位置电机功能有差异。PS架构采用功率分流,无传统变速箱,以行星齿轮组实现动力分配。文章还探讨了不同电机架构的优缺点,如串联、并联等混合动力形式。混动车型多样,驱动系统布置需根据具体需求和条件选择。

一、按照动力混合程度分类

混合动力就是指汽车使用燃油驱动和电力驱动两种驱动方式,按照不同形式混动有不同的分类,混合动力汽车按照混合度或节油率来分,可以分为微混、轻混、中混、强混、插电混动、增程式插电混动这6种。

对于同级别的车型来说这6种形式的混动车型电池的容量和电机输出的功率依次增大,电能在车辆行驶的过程中参与度更高,电机由只参与启停功能到可以全工况纯电行驶。

最左侧的微混可以看作是带能量回收功能的燃油车,制动或怠速回收的能量并不参与车辆的驱动,能量只是给空调压缩机等电器设备使用。

最右侧的增程式可以看作是带发电机的纯电车,由发动机和发电机组成的增程系统并不直接参与驱动,而是将化学能转化成电能再给驱动电机补充电能间接参与驱动。

从轻混到强混,电机功能也从只参与电动助力到参与高速纯电行驶演变。

二、按照电机布置位置分类

在混动系统中按电机布置位置又可以分为P0~P4混动,合称Px混动,其中P0、P1、P2、P3、P4都是指不同位置的电机,下图是电机在不同位置的示意图,电机所在驱动系统中不同位置功能也有很大差异。

P0电机置于发动机之前,发动机皮带驱动,又称BSG电机;

P1电机置于变速箱之前,安装在发动机曲轴上,在K0离合器之前,又称ISG电机;

P2电机置于变速箱的输入端,在K0离合器之后;

P3电机置于变速箱的输出端,由皮带、齿轮与发动机(ICE)同轴连接,同源输出;

P4电机置于变速箱之后,与发动机(ICE)的输出轴分离,可单独驱动;

P2.5电机置于变速器之内,发动机(ICE)可通过奇数挡输出动力,电机可通过偶数轴输出动力,二者共同驱动车俩行驶。

当然除了P0-P4的单电机混动构架,也有双电机或三电机混动构架,如P1+P3、P0+P2、P1+P4、P2+P4、P0+P3+P4。

PS构架,全称为PowreSplit功率分流。

与P0-P4架构又有所区别。

PS架构取消了传统变速箱,是用带行星齿轮组的混动专用变速箱(DHT)对发动机动力和电动机动力进行合理分配。

2.1P0电机

P0电机全称为BeltStarterGenerator(BSG),BSG取代了原来的交流发电机,甚至启动机,并增加了一个双向驱动皮带设备。

所以它能够驱动发动机实现助力,同时在制动工况,或发动机怠速工况实现发电和能量回收。

目前比较火的48V系统,最常用的就是P0电机构架,在发动机改动不大的基础上加入BSG电机可以实现油耗与排放降低10-15%。

2.2P1电机

P1电机全称为IntegratedStarterGenerator(ISG),是将电机和曲轴串联在一起。

ISG电机由于是曲轴传动,相比P0可以传递和回收更大的功率,传递效率也比皮带传动更高。

但由于空间限制,P1电机也很难做到很大功率。

2.3P2电机

P2电机布置于发动机和变速箱中间,但因为不必像P1一样整合在发动机外壳中,布置的形式更灵活,不仅可以直接套在变速箱输入轴上(这样一般需要重新设计变速箱),也可以通过皮带与变速箱输入轴连接,也可以使用减速齿轮。

2.4P3电机

P3是电机与变速箱的输出轴耦合,一般采用齿轮或链条传动。

P3架构的电机可以直接将动力传递到车轮,所以无法直接启动发动机,且驱动过程中无法兼顾动力输出和反向充电。

所以P3架构都需要组合P0、P1架构来提升整套系统的工作效率。

2.5P4电机

P4布局最大的特点是,电机与发动机不驱动同一轴,车辆可以实现四驱。

电机与发动机实际上是通过地面耦合的,在车内部不存在任何机械连接。

可以把P4单独拿出来,当成额外的驱动系统。

但大部分P4布局(只有一个P4电机接了高压电)不能随意在纯电驱和纯发动机驱动之间切换,这意味着前后驱的切换困难,不利于车辆操控性和舒适性。

2.5P2.5电机

P2.5的意思是介于P2和P3之间的一种混动形式,即电动机集成在变速箱内部,并与7DCT二轴的输入轴时刻相连。

P2.5架构的整套混动系统取消了传统的启动电机,系统只能通过P2.5架构的动力电机来启动发动机,因此车辆硬件结构导致每一次启动,发动机都要经过变速箱齿轮,这也无形当中就增加了离合器的磨损次数。

从功能层面来说:

三、按照结构分类

3.1串联:

串联混动又叫增程式混动,由于发动机不直接参与驱动,所以发动机的运行工况非常简单,仅根据整车需求功率,在很窄的转速下调节发电,汽油发动机可以始终在高效区间运转,因此进一步提高了效率。

日产Note搭载日产最新的e-Power动力总成,在日本JC08(日本油耗测试循环)测试标准下测得的油耗水平可达2.67L/100km。

3.2单电机并联:

单电机并联混动更趋近于内燃机系统加电驱系统,两个系统可以同时协调工作也可以各自单独工作。

电机在整个系统中既可以发电也可以电动使用,但也限制了整个系统在混合驱动时的功能,电机作为驱动电机无法实现发电功能。

单电机布置位置不同,性能和控制策略也有会各有不同。

3.3双电机串并联:

3.3双电机串并联:

3.4双电机混联:

行星齿轮系统的根本价值在于:在发动机可以机械传动驱动车轮的前提下,使发动机的转速与转矩同时解耦。

发动机可以通过机械传动驱动车轮,但车辆速度不决定发动机转速,车辆负载也不决定发动机转矩。

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