新能源汽车的种类越来越多,哪种才是最能满足消费者需求的技术路线?

程序员一枚,本来挺少关注汽车的。但最近一段时间常常被新能源汽车刷屏就有些好奇,想请教纯电动、混动、插电之类的,哪种结构更符合需求?
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在我看来,插电式混合动力和增程型混合动力因为既能用电又省油,还具有更好的驾乘体验,是目前阶段最适合消费者需求的新能源技术

关于各种混合动力技术的分类,我在以前的一个回答中曾经介绍过:混合动力汽车为什么突然火了?混动都经历了哪些阶段?不同的技术各有什么特点? - 知乎


插电式混动和增程型混动都是汽车的能源从汽油向电发展的的必经阶段,考虑到我们国家的国情,PHEV和EREV能够纯电行驶,降低排放和用车成本,在电量不足进入混动模式时因为发动机始终工作在高效区间,如下图所示,通用Voltec技术在混动模式下,发动机一直工作在BSFC的高效区间内[1]。再辅以制动能量回收、电动空调、电动油泵等措施,油耗也比同级传统轿车要低很多。而在各种混合动力构型中,我尤其偏爱动力分流,因为这种构型能够同时将发动机的转速和扭矩与输出轴解耦,除了考试工况之外,其他的工况下发动机也能工作在最高效的区间上,除此之外,动力分流型的混合动力系统毫无顿挫感的驾乘体验也比P2等并联混动更加舒适。既满足国家对于新能源汽车的要求,又能解决纯电动汽车的里程焦虑并适应充电桩还不够普及的现实。

混合动力的历史可以追溯到1900年。当时Prof. Ferdinand Porsche开发出了世界上第一款混合动力汽车 - 1900 Lohner-Porsche,这辆车是由一台3.7kW的两缸内燃机和两个2kW轮毂电机组成的串联式混合动力系统。下图就是2007年由保时捷博物馆制作的复刻版Lohner-Porsche Semper Vivus[2]。从这辆车身上可以很明显的看出918 Spyder plug-in hybrid的历史传承,比如...(此处省略XX字,实在编不出来,保时捷的工友和粉丝们,这段要靠你们来扯淡了)

而现代意义上的动力分流型混合动力驱动系统是由TRW在1960年代发明的。他们在1971年和1973年申请的两篇专利中所描述的混合动力驱动装置从原理上已经与现在的动力分流技术一般无二,下图就是专利文件中所描述的机械原理和控制电路[3][4],这手绘的图纸真心漂亮,我用CAD都画不出这么漂亮的图纸。


上图中包括了发动机2和两个电机22和28,以及一套行星齿轮10,是一种单模输入动力分流系统,发动机2通过传动轴4穿过行星架6连在太阳轮5上面,电机22通过齿轮26与行星架6相连,齿圈12被太阳轮5和行星架10共同驱动并通过传动轴18将动力输出,在传动轴上还通过齿轮16与电机28并联。简化一下就是下面这个结构。

而第一代普锐斯的结构如下[5],结构几乎一模一样,只是调换一下电机和发动机的位置。

可惜的是,那个年代不止没有计算机辅助制图,计算机电控技术也不够成熟,也没办法将这样的设计真正投入量产。

在同一时期,通用汽车也设计出了使用行星齿轮进行动力分流的混合动力驱动系统,只不过动力源是来自GE的燃气涡轮和两个电动机[6]。

这套系统应用在LIRR(长岛铁路)的M1 EMU火车上并制作了8辆样车,可惜,到1976年这个项目就被取消了。

后来在这套系统的基础上做了小型化的改进,换装了ACT-5燃气涡轮,装在了雪弗兰Express概念车上[7]。

这辆车也出现在回到未来系列电影中,如果看过电影一定会对它印象深刻。 (暴露年龄了...

到了1992年,近代美国最聪明的一对CP-克林顿和戈尔-入主白宫。他们上任的第二年就发起了PNGV项目,联合三大汽车厂商研发新技术降低油耗和排放来改善日益严峻的环境问题并与以低油耗席卷美国市场的日本车竞争。这俩人绝壁聪明绝顶,目光长远,戈尔直到现在还为环保四处奔走。现任的Trump总统一上台就要顺着三大汽车厂商的路子提高CAFE限值,既无益于环境,也无益于企业长远的竞争力,简直是开历史的倒车,目光何其短浅。

这个时候通用汽车常年搞混动的底蕴就显现出来了,以一套前轴电机后轴柴油机的并联混动系统跑出了80mpg的油耗值,相当于百公里3升,还有镍氢电池和锂电池俩版本,这在当时是妥妥的黑科技啊。后面通用再接再厉,继续鼓捣行星齿轮,相关的专利申请了一大堆,各种构型都有,什么BSG, P1P4, 双模输入动力分流、双模复合动力分流、单模输入动力分流、三模复合动力分流,通通都申请了专利[7][8][9][10][11][12][13][14]。一组两组三组甚至四组行星齿轮的都有,样车也没少做。

与此同时,丰田也在积极开发混合动力技术,并启动了一个叫做G21的项目,这就是后来的Prius。在1995年1月份,丰田的工程师从80余种构型中确定了一种做为后来Prius所采用的动力分流技术方案[15],然而他们并不知道,通用汽车此时已经提交了一个“单模输入动力分流”的专利[12],丰田的技术方案实际上是被包括在在通用汽车专利所覆盖的变种之中。后来,丰田抢在GM专利生效的那一天,1996年9月24日才提交了自己的混合动力变速器专利[16]。所以通用在开发动力分流的混动系统时,完全没有啥专利授权的困扰。

说到专利,其实高手在民间,90年代初美国有个前苏联来的大学教授Alex Severinsky申请了一组混合动力的专利[17],并成立了一家公司。在丰田Prius被引入美国之后,这位老兄就起诉丰田侵犯了他的专利并要求法院禁止丰田在美国销售所有的混合动力车辆,在法院上反复撕逼之后,丰田和他达成了庭外和解,付了一大笔钱获得了他的23项专利授权。后来他还把起亚和福特等其他进入混合动力市场的公司也告上了法庭并成功迫使这些公司掏腰包购买的他的专利授权[18]。从那之后这位老兄就在他的个人主页上胜利的宣称自己是Prius等车辆上应用的混动技术的发明人,拥有30多项美国专利及全球各地的大量专利等等[19]。到目前为止,他还没起诉过通用,大概觉得胜算不大吧。

在1997年丰田发布了Prius之后,通用汽车加速了混合动力系统开发的步伐。在详细的评估了不同构型在油耗和性能上的优劣后,通用发现单模式输入动力分流这种构型,也就是丰田选用的这种构型虽然可以满足全部使用工况的需求,但是需要更高的发动机功率、更大的电机扭矩和转速,在高速工况下效率较低;单模式输出动力分流构型由于速比的限制,无法单独构成混动系统,但是可以作为多模系统中的一部分;复合动力分流构型在很多工况下都有很好的效率,尤其是在高速巡航工况下,电池和电机的损耗最小,但是在起步工况下的效率很低还存在功率循环的问题。因此,结合输入动力分流和复合动力分流构型的优点的双模系统能够选取功率和扭矩适中的电机,符合所有工况的要求,并且具有最高的系统效率和最佳的性能表现,这也是双模系统的设计理念[20]。在1999年,通用汽车申请了双模混合动力系统的专利[21],并首先应用在大型公交车上,通过旗下的Allison变速箱公司,通用汽车对外提供了大辆的混合动力系统。这套系统至今还是混合动力公交车最主要的解决方案之一,国内的公交车也有不少采用了这个混动系统。

这个双模混动系统后来还应用在凯迪拉克Escalade、GMC Yukon和Chevy Tahoe等全尺寸SUV和皮卡上,表现也相当不错,既改善了燃油经济性,又提升了动力性。

这套双模系统的系统设计、电气架构和控制逻辑已经相当成熟,可以说,这是通用汽车真正投入量产的第一款混合动力系统。这套系统也奠定了通用汽车后续混合动力系统的基础,之后的混动系统从原理和架构上都没有太大的变化,更多的工作是对系统效率的优化。

在这个系统中,TPIM(Traction Power Inverter Module)集成了逆变器和控制器的功能,负责将ESD(Energy Storage Device)也就动力电池输出的直流电转换为三相交流电。TPIM内的混合动力控制器HCP通过高速总线与发动机控制器ECM,变速箱控制器TCM,电机控制器MCP,以及动力电池控制器BPCM相连接以控制发动机、电机A和电机B的转速和扭矩以及相关的离合器协同工作[22]。

这套混动系统的工作模式也很有特点,并不是像传统的变速器一样通过标定好的曲线来触发模式切换。而是通过试验测量和标定,获得电机、电池、发动机在不同工作状态下的损耗。根据客户的油门踏板深度和这些损耗数据,TPIM内的车载计算机在每秒钟进行100多次优化计算,使整套混合动力系统始终工作在效率最高的工作状态。尤其是在PHEV或者EREV上,这套算法不但能使系统工作的油耗最优,还能保证电能的消耗也尽量低,是一套非常有前瞻性的控制算法[23][24][25]。

随后,通用汽车将这套双模系统命名为AHS(Active Hybrid System),并在2005年与克莱斯勒、宝马和奔驰一起成立了“Global Hybrid Cooperation”,全球混合动力联盟,共同开发基于AHS技术的混合动力车辆并计划从2008年开始销售。可惜这几家盟友最后纷纷取消了自己的混动项目,这个联盟也无疾而终了。

在2010年,通用发布了Voltec驱动技术并应用在Chevy Volt上。并由此第一次提出来增程型混合动力(EREV)的概念[26],与PHEV相比,EREV的驾乘体验更接近电动车,在电池电量充足的时候全部的能量都由电池输出,电池与电机的能力能够支持车辆在最高车速、全油门加速等工况下纯电行驶。仅当电池电量不足时,才通过发动机提供能量输出。而PHEV即便在电池电量充足时,如果需要较大的功率输出,也还是需要发动机提供相应的动力[27]。



随着技术的不断成熟,通用在2015年发布了第二代的Voltec技术。第二代的Voltec技术不但可以应用在EREV上,还可以应用于HEV、PHEV等混动车辆上。现在已经投入国内市场的别克全新君越混动、雪弗兰迈锐宝混动和最新上市的别克VELITE5增程型混合动力都应用了第二代Voltec技术。

虽然沿用了第一代Voltec技术的整体架构与控制策略,但是与第一代Voltec技术相比,第二代Voltec的集成度更高,TPIM被集成进变速箱之中,不但减轻了系统的重量,还提升了系统效率,简化整车布置和发动机舱设计,具有更高的可靠性和更低的维护成本。第二代Voltec的驱动单元将平行轴齿轮主减速器改为链条传动主减速器,并通过优化油泵和电机,将第一代驱动单元中的一个机械油泵一个电子油泵合并成一个电子油泵。驱动单元的重量从第一代的164公斤降低到119公斤,降低了接近30%[1]。


上图就是应用第二代Voltec技术的别克Velite5驱动单元的剖面图。它的驱动原理可以简化成如下图所示的示意图。

发动机连接在第一排行星齿轮的齿圈(Ring)上并连接了一个单向离合器OWC;电机A与第一排行星齿轮的太阳轮(Sun)相连并通过离合器C1与第二排行星齿轮的齿圈相连;电机B与第二排行星齿轮的太阳轮相连;第二排行星齿轮的齿圈可以通过离合器B1与变速器壳体锁止;两排行星齿轮的行星架(Carrier)连接在一起,共同驱动输出轴。将其简化成杠杆图就可以分析其不同的工作模式。

根据电池电量,车辆会自动在纯电驱动,也就是CD模式和混合动力驱动,也就是CS模式之间进行切换。


在CD模式下,发动机不介入驱动,此时具有单电机驱动和双电机驱动两个模式,可以根据车速和加速的需求来进行切换。在一般的驾驶工况下,驱动轴扭矩需求较小,单电机驱动就可以满足要求,电机B负责进行驱动。此时电机A空转,单向离合器OWC没有负载;在加速或者爬坡等扭矩需求大的时候,电机A也介入驱动,这时由于单向离合器起的限制,发动机并不会被倒拖。由于能通过两个电机同时驱动,因此别克VELITE5可以选用两个稍小的电机来实现纯电驱动。


当车辆处于CS模式时,如果车速和扭矩的需求较低,如城市内塞车时的走走停停,发动机仍然不必参与驱动,单电机驱动模式就足够了;随着车速增加,电机A带动发动机启动,进入Low Extended Range模式,此时离合器B1接合,离合器C1打开,驱动系统能够提供较大的扭矩;根据车速和扭矩需求,驱动系统会进入到Fixed Ratio Extended Range模式,此时离合器B1和C1都接合,驱动系统以一个固定速比输出,具有很高的效率;在高速上,由于扭矩需求不大,因此可以进入High Extended Range模式,此时离合器B1打开,离合器C1接合,电机B的转速不必跟随输出轴转速变得很高,此时电机的效率和电池的效率仍能够保持较高的水平,与丰田的THS相比,这也是第二代Voltec技术最大的优势[1]。


从TRW的专利到目前最先进的Voltec,动力分流型的混动系统已经走过了半个多世纪的里程,从青涩到成熟,在通用、丰田等厂家的努力下,已经成为了目前最高效也是最成熟可靠的混合动力系统,是既满足节能环保要求,又满足消费者对性能的需求的新能源系统。


参考资料:

1. Conlon, B., Blohm, T., Harpster, M., Holmes, A. et al., "The Next Generation “Voltec” Extended Range EV Propulsion System," SAE Int. J. Alt. Power. 4(2):248-259, 2015, doi:10.4271/2015-01-1152.

2. Prof. Ferdinand Porsche Created the First Functional Hybrid Car

3. Baruch Berman, George H. Gelb, Neal A. Richardson, Tsih C. Wang, "Power Train Using Multiple Power Sources, " 1971, U.S. Pat. 3,566,717.

4. Baruch Berman, George H. Gelb, Neal A. Richardson, Tsih C. Wang, “Power Train Using Multiple Power Sources,” 1973, U.S. Pat. 3,732,751.

5. 朱玉龙,“从粗略和细致两个维度来看汽车混动架构,”2016,从粗略和细致两个维度来看汽车混动架构 - 汽车电子控制 - 电子发烧友网.

6. Albert N. Addie, La Grange Park Ill, "Bi-Modal Vehicles With Drive Means For External or Self-Propulsion," 1972, U.S. Pat. 3,699,351.

7. Dan McCOSH, "Turbine Turn-On," Popular Science, 1987

8. Robert J- Dorsan, "Electric Drive system For Track-Laying Vehicles," 1993, U.S. Pat. 5,195,600.

9. James F. Sherman, "Intergrated Hybrid Transmission with Inertia Assist Launch", 1994, U.S. Pat. 5,285,111.

10. Michael R. Schmidt, "Two-Mode, Input-Split, Parrallel, Hybrid Transmission," 1996, U.S. Pat. 5,558,588.

11. Michael R. Schmidt, "Two-Mode, Compound-Split,Electro-Mechanical Vehicular Transmission," 1996, U.S. Pat. 5,558,589.

12. Michael R. Schmidt, Donald Klemen, "One-Mode, Input-Split, Parallel, Hybrid Transimission," 1996, U.S. Pat 5,558,595.

13. Michael R. Schmidt, "Two-Mode, Split Power, Electro-Mechanical Transmission," 1996, U.S. Pat. 5,577,973.

14. Michael R. Schmidt, "Three-Mode, Input-Split, Hybrid Transmission," 1996, U.S. Pat. 5,730,676.

15. Hideshi Itazaki, "The Prius That Shook the World," 1999.

16. Shoichi Sasaki, Tetsuya Abe, Masaaki Yamaoka, "Power Output Apparatus and Method of controll the Same," 1999, U.S. Pat. 5,907,191.

17. Alex J. Severinsky, "Hybrid Electric Vehicle," 1994, U.S. Pat. 5,343,970.

18. Alexei Severinsky, Wikipedia.

19. Severinsky, Dr. Alex, University of Maryland.

20. Conlon, B. “Comparative Analysis of Single and Combined Hybrid Electrically Variable Transmission Operating Modes,” SAE Technical Paper 2005-01-1162, 2005, doi:10.4271/2005-01-1162.

21. Michael R. Schmidt, "Two-Mode, Compound-Split,Electro-Mechanical Vehicular Transmission," 1999, U.S. Pat. 5,931,757.

22. William R. CaWthorne,Mario V. Maiorana, Jr.,Jy-Jen F. Sah, et al., "Control System Architecture for a Hybrid Powertrain," 2009, U.S. Pat. 7,537,542.

23. Anthony H. Heap, Kee Yong Kim, "Method for Predicting an Operator Torque Request of a Hybrid Powertrain System," 2009, U.S. Pat. 2009/0118879.

24. Jy-Jen F. Sah, "Method and Apparatus to Control an Electro-Mechanical Transmission During Shifting Event," 2007, U.S. Pat. 2007/0276569

25. Jy-Jen F. Sah, Todd M Steiinmetz, "Shift Inhibit Control for Multi-Mode Hybrid Drive," 2006, U.S. Pat. 7.010,406.

26. Michael A. Miller, Alan G. Holmes, Brandan M. Conlon, Peter J. Savagian, "The GM "Voltec" 4ET50 Multi-Mode Electric Transaxle," SAE Technical Paper 2011-01-0887, 2011, doi:10.4271/2011-01-0887.

27. Uwe d. Grebe, Larry T. Nitz, "Voltec–The Propulsion System for Chevrolet Volt and Opel Ampera", ATZ Autotechnology, Vol. 11, 2011.

大部分消费者在挑选传统燃油车的时候已经有一定的心得:自动还是手动?自然吸气还是涡轮增压?1.5L还是2.4L?高配还是低配?

现如今,新能源汽车逐渐成为消费者购买汽车的一个新选择,但是,在挑选新能源汽车的时候,相信大部分消费者还是一脸懵逼:

  • 增程式电动汽车(EREV, Extended-Range Electric Vehicles)是混合动力吗,与插电式混合动力(PHEV, Plug-in Hybrid Electric Vehicles)有何区别?
  • 选串联、并联、串并联、混联?

这么多关于新能源汽车的概念,也太复杂了吧?而且,随着时代发展、技术进步,新名词肯定越来越多吧?如果连这些名词都搞不懂,那怎么判断哪种新能源汽车最适合我呢。

实际上,随着新能源汽车技术的成熟,种类是越来越少、越来越容易认知了。只不过各厂商的叫法不一,导致容易混淆。本文就简单地捋一下新能源汽车的历史,帮助大家把概念理清,防止被忽悠。下图是我画的一个新能源汽车简史图,也是贯穿全文的脉络。


1. “上古时代”的串联式与并联式混合动力

串联式(Series HEV)与并联式混合动力(Parallel HEV),都有发动机、电机、电池,给人的感觉很相似,只是拓扑结构不同。对于普通消费者来说,从能量流、控制策略、能量效率等角度来分析二者不同,实在是太不友好了。其实有更直观的理解方式(但未必是真实的设计初衷):

串联式混合动力,其前身是电动汽车,最大的缺点就是续航太短了,动不动就趴窝。怎么办?带个强力充电宝呗。如下图,纯电动汽车拖个强力充电宝,就是最简单的串联式混合动力。因为串联式混合动力可以使电动汽车跑得更远,因此也经常被叫做“增程式”混合动力,这种类型的比如宝马i3增程型混动。

并联式混合动力,其前身就是传统的燃油汽车。各国的油耗要求越来越严格,工程师们发现,单纯地改进发动机、变速箱,已经很难跟上节奏了,只好动起了其他方面的脑筋。汽车的心脏——发动机,有一个特别大的特点,就是暴脾气——高速、低速、高负荷、低负荷,效率都不是很高,必须速度适中、负荷适中才可以。

然而,车开多快、什么时候加速抓坡,是驾驶员与路况决定的,大部分时候都不太迁就发动机的暴脾气。变速箱可以在一定程度上缓解这个问题,但解决得不够彻底——通过换档把速度调得适中的时候,负荷不一定合适;通过换挡把负荷调得适中的时候,速度不一定合适。这时候工程师就请来了电机作为贴身丫鬟,协助发动机工作——当负荷大时,电机就辅助驱动;当负荷小时,电机就发电,从而使发动机的工作状态尽可能地处于高效区。把电机装在动力总成的不同位置,就构成了几种不同的并联式混合动力,叫做P0、P1、P2、P3、P4。

串联式与并联式混合动力,可以理解为是为了解决电动汽车的续航问题与传统燃油车的油耗问题而生的,但殊途同归,最后都有了发动机、电机、电池,就都被归到了混合动力大类。

2. 取长补短,结合成串并联式的混联——历经坎坷,方成大器

串联式与并联式混合动力,都存在显著的弱点,导致其省油效果不明显,因此逐渐被历史淘汰。目前在市面上基本看不到串联式与并联式混合动力的量产乘用车。它们的弱点是什么呢?

在串联式混合动力中,可以说是完美解决了发动机的暴脾气问题——发动机的工作姿态与车辆的负荷、速度无关,只负责以最舒服的姿态给电池充电,可以一直工作在最高效区。这是个好事情,但是我们可以看到,本来发动机烧了油直接就变成了动力,现在却多了发电机发电与驱动电机放电两个环节,这导致了整体的能量效率不佳。

而并联式混合动力中,在电机的辅助下,发电机的转矩可以解耦,但转速还是要跟着车速走的。这导致两个问题,一是发动机无法工作在最佳工作区间,二是发动机依然处于转速不断变化的“瞬态状态”,而不是“稳态状态”,这都会使效率大打折扣。

于是机智的工程师就将串联与并联结合了起来,并辅以数个离合器,使之时而并联、时而串联,这样在针对不同工况的时候,就有更大的优化空间,从而达到更高的能量效率。可以说,这种串并联的混联(Series-Parallel HEV)兼具了串联与并联的优点,但咱们不能只见贼吃肉、不见贼挨揍,串并联混联也同时具备了二者的缺点啊(手动掩面)。

因此,如果说“发动机的转速与转矩同时解耦”是混合动力的终极目标,串并联并没有从根本上解决问题。使用这种构型的混合动力车,包括本田iMMD、比亚迪F3DM、荣威550Plugin等如果要达到巅峰状态,就像郭靖一样,需要更多的磨练,历经坎坷,方成大器。下图是某串并联式混联系统。

下图是本田iMMD系统的经典车型。

在我的另外一篇回答中也详述了这个问题:本田的混动和丰田比有什么优势和劣势? - 知乎

3. 为混动而生的功率分流式混联 —— 骨骼惊奇、博古通今

与串并联的繁复历史不同,功率分流式混联(Power-split HEV)就是为混动而生,其最大的特点是带有1个或多个功率分流装置:行星齿轮。

功率分流式混联的经典车型:丰田Prius.

功率分流式混动的根本价值在于: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!从而在系统构型层面,具备了“伺候发动机坏脾气”的最大自由度。让我们把功率分流式混动与其他混动作一个对比:

传统车:在任一时刻,车辆速度决定了发动机转速(根据档位不同,倍数不同);车辆负载(可简单理解为油门深度)决定了发动机转矩,均不解耦。

串联混合动力:发动机的主要工作是驱动电机发电,与车辆速度和车辆负载均没有关系(同时解耦),但与车轮没有机械连接,这导致必须有发动机发电——电动机放电的过程,效率低。

并联混合动力:发动机可以通过机械传动驱动车轮,但车辆速度决定了发动机转速。

串并联混合动力:在任一工作状态,具备至少一个串联与并联的缺点。

功率分流式混合动力: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。

最先应用功率分流式混动技术的是丰田Prius。也就是说,当郭靖还在每天苦练亢龙有悔的时候,丰田Prius就像张无忌一样,已经找到《九阳神功》在修炼了。 视频: Toyota Prius动力分配装置(PSD)及e-CVT无段变速系统的作动原理

功率分流式混动的另外一个老牌玩家就是通用。如果把丰田比喻成张无忌,通用更像是少林扫地僧,如数家珍一般应用着各种武功,令人叹为观止:丰田只用了1个行星齿轮,而通用的Voltec技术则使用了2-3个行星齿轮+3个离合器,以达到更大的控制自由度。

最新上市的别克VELITE5就采用了第二代Voltec技术,在大类上属于功率分流式混动系统的一种,却特立独行地使用了“增程式电动汽车”(EREV)的名字,那么它与丰田混动有什么区别呢?我认为有以下3点:

  1. 丰田的单行星齿轮系统中,发动机实现了转速、转矩同时解耦,而驱动电机转速与车速未实现解耦;在VELITE5的双行星齿轮系统,驱动电机转速与车速也实现了解耦控制。
  2. 丰田的THS混动系统车型prius,控制逻辑取决于扭矩和车速的共同信号,且发动机在车速达到64km/h时,必须参与驱动,不能最大限度通过行驶工况去精准控制能耗;而VELITE 5的混动系统是两套独立的控制逻辑,在电池电量高于最低限值时,依据扭矩需求来决定是单电机还是双电机驱动,与车速无关。在电池电量低于最低限值或者锁定模式下,则采用HEV模式,这个时候系统的工作模式取决于车辆扭矩(系统识别踏板的信号)的需求,工作模式不与车速直接相关,这种模式下就包括单双电机驱动、混合驱动、串联驱动、发动机直驱的多种模式,电控系统根据车辆行驶工况去精准控制能耗。
  3. VELITE5系统的驱动电机功率更大,能够支撑最大加速性能、最高车速巡航,这就一定程度上避免了发动机参与驱动时的动力衔接问题,使得驾驶体验更接近于纯电动汽车。

从以上3点可以看出,VELITE5系统确实具备一定的“串联式”特征,主要由电机来驱动,因此才叫“增程式电动汽车”。但我们要认识到,这个增程式,与上古时代的那个“增程式”是完全不一样的。

事实上,通用的第2代Voltec技术不仅可以利用在EREV上,也可以用在HEV、PHEV等车型上。目前应用第2代Voltec技术的车型包括:别克全新一代君越混动、雪佛兰迈锐宝XL混动、别克VELITE 5增程式混合动力,以及凯迪拉克CT6 PHEV。

与筋骨惊奇、少年得志的丰田混动系统相比,作为工程师我更喜欢深不可测的扫地僧Voltec技术,多行星齿轮的自由度更高、控制更精妙。与第1代Voltec技术相比,第2代Voltec技术有诸多改进,在技术与应用上应该是比较成熟了。 @Brandon Lu在其文章中指出了关键两点:

A) 集成度更高,TPIM被集成进变速箱之中,不但减轻了系统的重量,还提升了系统效率,简化整车布置和发动机舱设计,具有更高的可靠性和更低的维护成本; B) 驱动单元将平行轴齿轮主减速器改为链条传动主减速器,并通过优化油泵和电机,将第一代驱动单元中的一个机械油泵、一个电子油泵合并成一个电子油泵。驱动单元的重量从第一代的164公斤降低到119公斤,降低了接近30%。

4. 混合动力,天下归一

作个小结,由于串联与并联已退出乘用车的历史舞台,只留下不带行星齿轮的“串并联”与带行星齿轮的“功率分流式”。本田的“串并联”与丰田的“功率分流式”其实区别挺大,但本田偏要在PHEV这个类别上与丰田硬碰碰地死磕。而别克VELITE5的技术,与丰田同属“功率分流式”,却把自己划到了EREV的类别,虛怀若谷。

不管怎么说,混合动力流派都坚持混联的路线,只有“带轮”与“不带轮”的区别,两个流派的性能也都几乎做到了极致,非常省油,可以说是混合动力、天下归一。

5. 创业车企专用的纯电动汽车

随着电池性能提高、成本下降,纯电动汽车也成为可以商业化的选择之一。由于其动力系统简单,所以成为了Tesla、蔚来汽车、威马汽车、小鹏汽车等创业车企的首选。

但纯电动汽车还是存在续航能力的短板,一般不作为消费者的第一辆车。比如蔚来ES8定位于7座SUV,其实就是定位于家庭的第二辆车。有些消费者比较偏爱电动汽车,可能是看重于电驱动系统的加速动力性以及加速时无换挡的柔顺体验,也就是所谓的“纯电体验”吧。而串并联式混动车,在驱动过程中常伴有发动机直驱的接入/脱开,如果调校不好就会让消费者体验到比较明显的动力衔接的切换感觉。

与丰田Pruis相比,别克VELITE5动力系统中,发动机一般不直接参与到驱动,只有当电量不足或者在锁定模式下保持电量的时候发动机会介入与电机一起参与驱动,这也是它为什么将自己定义为EREV而非PHEV的原因。这样,VELITE5相比较于纯电动增加了“无限续航”的特性,又保持很好的“纯电体验”,是比较有特点的一种功率分流式混动。

6. HEV与PHEV:是否插电

在本文讨论的混合动力汽车中,没有去区分HEV与PHEV。一般来说,一套成熟的混合动力系统,既可以做成不可插电版本的HEV,也可以做成可插电版本的PHEV。二者的差别在于,HEV的电池较小,因此整车的价格会低一些;HEV虽然也叫“油电混合”,但实际上它的所有能量来源都是油——这也是国家为什么更加推崇PHEV的原因。

回到最初的问题,最适合消费者的新能源汽车是什么?

1. 如果您所在的地区、您所喜爱的品牌,PHEV/EREV有补贴:

PHEV/EREV>HEV>EV

2. 如果您所在的地区,您所喜爱的品牌,PHEV/EREV无补贴但是充电方便:

PHEV/EREV=HEV>EV

3. 如果您所在的地区限购,而PHEV/EREV与EV可以挂E牌:

PHEV/EREV > EV >HEV

4. 我已经决定了要买混动或插电混动,买哪个车型呢?

喜爱的品牌(真爱大于一切)>质量可靠性(新能源车还不成熟哦) >综合油耗>技术细节


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