中大型插混入门豪华轿车的动力链方案探讨

先占坑，估计要填半个月，大家耐心等一下。

方案的起因

我和 @曾盛敏 在

里 @湫洺雨 的点评下，提及到一个双电机加8AT方案，相对单速DHT孰优孰劣的问题。

考虑到在别人的回答下面反复掰扯不太礼貌，所以换个场地，我们捏个模型推算一下。

顺便也把参与讨论的 @首席画饼官 也拉进来，一起看一下。

基本的需求

我们先捏一个模型，考虑到这台车定位为入门的豪华车，对标宝马3系奔驰C奥迪A5。但考虑到越级竞争，尺寸略大一些，但小于56E。

那么一台自重1.9-2.1吨的中大型插混轿车，车体尺寸约5.2米长，1.46米高，1.9米宽，风阻系数0.25。——你大概可以理解为捷豹XF这样的尺寸和体量。

考虑到这台车作为标杆产品要出口到欧盟，需要满足波兰限速140kph的高速，满足德国不限速高速公路，和法国，意大利，奥地利限速130且高速公路连续纵坡大于等于3%的地形。目标纯电续航100km起。燃油箱容量60公升。预计不小于1000公里的时速120kph高速公路巡航和时速130kph下，电池能支持60km的纯电续航。

在原产地中国，这台车定价不大于人民币三十万，在欧盟售价不大于4.5万欧元。

目前的铁锂电池能做到100度电1.6吨。而这台车预计百公里电耗在18度。

意味着最少需要配备20度电池。也就是320kg。

在整备质量2.1吨的前提下，满载总质量2.55吨时，设计最高时速要不小于200kph，并且越高越好，但考虑到马力税，发动机最大功率原则上不要超过221kw也就是300马力：

时速130kph，3%上坡，大约需要62kw功率。

恒速200kph平路，大约需要91kw功率。

根据

里，我贴的一个经验公式：

如果是一台1.5T的涡轮增压发动机作为主引擎。考虑到发动机负荷，取转速最高4000，升扭矩最高100为常用功率的上限。

1.5X100X4000/9549=62kw。

勉强满足上坡的功率需求，但肯定无法满足持续200kph的91kw的长时间使用的动力链稳定性。

所以，如果是一台城市环境用电，高速环境用油的汽油发动机插混车，最合理的做法是选择一台2.0T的发动机。

2.0X100X4000/9549=84kw。

其实也还是差了一口气。

所以奥迪宝马奔驰给这个级别的车上三升六缸还是有道理的。

混动和插电混动动力链的选项

由于考虑到作为入门豪华车，还是采取前纵置发动机布局，可选电后驱/电四驱/机械后驱加电动前驱/机械四驱加电助力

原动机的选择：

从最弱鸡的1.5/2.0阿特金森 （我不是在内涵DMI，我不是，我没有）单速DHT P1+P3

1.5T 米勒循环汽油机 插混，配2/3速DHT（类似于 荣威/别克DHT，但电动机为两台电机并联和按需切换，并且带一个2-3速的行星排）

1.5T/2.0T 米勒循环汽油机 纯增程， P3 P4电机 带/不带行星齿轮变速。

1.5T/2.0T 奥托循环汽油机 配带双电机的8速E-AMT

这台车，考虑到汽车消费税，原动机采用的是1.5-2.0的汽油机。配套的电池为铁锂电池，8kg每KWH，持续最大放电比为5C。纯电工况要求最高时速130kph，这个车速下续航力不小于60km（也就是在请求功率在36kw的时候，提供持续半小时放电能力。）

典型的单速的DHT变速箱总成，带175kwP3电机和额定功率90kwP1电机带差速器的动力总成，重量在180kg。（比亚迪的DMI EHS160横置总成重量在136kg左右，考虑到纵置后驱需要额外的总成，换了更大功率电机，提升到180kg）

8速双电机插电混动变速箱总成，扭矩容量800Nm，取消了液力变矩器，带两个额定功率50kw电动机的纵置8AT，包含传动轴后差速器，总重量200kg。 （ZF 8P70H，带一个持续功率45kw电动机的版本是110kg，考虑纵置还有后桥差速器，宝马的后差速器总成大约27KG，加上传动轴，所以估计200kg）

总体来说，单速DHT比双电机8AT变速箱略有重量优势，但如果双速DHT的话，就持平了。（行星齿轮8AT，内部其实是最多4个行星排，通过各个行星排齿轮复用筛选出出8个可用的档位）

捏一个纯电车做重量和功率的验证

如果是纯电，单速需要满足30%的坡起能力，按欧洲的地形和欧洲佬用车习惯，用最大扭矩计算坡起能力肯定不行，只能额定扭矩算。意味着实际上爬坡你得搞两台最大175kw额定90kw的电机。单速方案需要电机满足22000以上转速。

为什么两台电机而不是一台大功率电机？因为高速公路巡航时可以切掉一台电机提高效率。180kw额定功率的电机，在高速公路时速120左右，仅需要32千瓦时效率不高于91%，而90kw额定功率的电机，在请求32kw功率时能提高到94%。

当然，比亚迪在搞的可变磁通量电机，可以理解为可变排量/压缩比发动机。倒是可以用1台电机来实现接近两台小功率电机的小符合下的经济性。

如果采取2档变速方案，哪怕是简单粗暴的根据电动机的基速比4：1，做一个1档减速比4，2档减速比1的行星齿轮排（实际上完全可以做 2:1:0.5的三速行星排）。行星齿轮组非直驱档位也不是没有损失，大约1个点，乍一看没有收益。但是不需要高转速电动机。或者只在低转速范围内使用，能提高电动机寿命和减少高频噪音。而且高速行驶时转速低，减速比小，从传动效率上能收回行星齿轮排变速的损耗。

还有一个问题在于电机布置位置的关系。

由于考虑的是油电通用平台而不是纯电平台。而且考虑到齿轮减速箱也是有噪音的。所以电机放在前机舱会比在后排座位下对乘客的影响更小。 而且两台电机加差速器和减速齿轮，其体积并不会太小，甚至会挤占车底电池组的空间。

如果是带变速的双电机方案，巡航时只使用一台电机，电机效率控制在94%，带行星排变速的差速减速总成或者带传动轴的纵置3速行星排变速和独立的后差速总成。能把高速公路工况下的传动效率控制在94%。如果是大减速比（高转速电机需要减速比10倍以上的多级齿轮减速）单速方案，传动效率可能只有90%。

时速130下，双小电机带行星排变速平衡功率大概在35kw；单台不带可变磁通量电机则是在38kw以上。

双电机和单电机本身在重量的差异可以忽略。但对比单速或者带一个行星排，后者会多出30kg重量。那么算上双电机额外的支架，合计40KG，我们认为相当于双电机变速方案在控制总质量情况下，少了5kwh电池。

按照我的推算，如果要满足不低于120速度下，400公里续航——欧盟最多允许4小时驾驶然后强制休息20分钟。

按时速130 35kw功率算400公里，电池容量需要 35X100/130X4=107.7 那就取整到110KW

按时速130 38kw功率算400公里，电池容量需要 38X100/130X4=116.9 取整到120kw。

相差了几乎10%的容量。

从重量算，单速方案需要额外80kg-40kg=40kg重量在车身上。如果整车重量是卡死不能再加的话，意味着续航力上单速大电机方案是吃亏的。

另外，考虑到还有一个额外需求，是按照欧盟法律，4小时强制20分钟休息。

我们假设单驾驶员出行，那么20分钟充满80%电量。意味着哪怕110千瓦电池，

8成是88kw，20分钟充88kw，意味着车辆的电池至少能承受280kw级别的狂暴输入。

所以对于电动车来说，三电系统完全可以支撑额定功率270kw，瞬间功率超过500kw的电动机。在国内的补贴政策和法律法规没有体积到重量，轮胎以及能耗的死亡线的时候，无脑堆单速大功率高转速电机无疑是最省事的。

但以目前技术水平，要在满载质量2.1吨的中大型轿车里，堆1吨的电池，几乎是不可能的，按我提出的技术指标，这台车起码搞到2.4吨。

作为对标车型的宝马I5 40M L， 2.3吨整备质量，极速190，CLTC续航力700km，97kwh电池,单台240kw 最大功率（额定95kw）和410Nm （0-5000rpm) 最大扭矩(额定扭矩125)的电动机。根据用户实测，开120kph的情况下，I5 35M L 81度电的版本，2.2吨自重，高速公路实测续航400；40M 97度电池的可以到480左右。 反推的话，跑120的时候，百公里20kwh消耗，也就是跑120车速时，功率消耗只有24kw。这是春秋天没有开暖气的经济模式续航。 按宝马的那台电动机的额定功率95kw推算，宝马标定这台车最高车速190也是比较恰当的。就算没有电机转速限制，这台车时速200左右的时候需要的功率也已经突破95kw了。

——这动力链配置比我的设计实在是弱太多了。我的是180KW额定功率，和最大350KW。接近宝马I5 50M 的385KW最大功率（前后桥各一个单速电机）。但宝马I5 50M以2.4吨自重 97度电池，只有651km的CLTC，也就是说高速公路续航只有400km左右。

我捏的模型车，时速130时候平路功率34.9kw，120的时候功率29.5kw。基本和宝马I5差别不太大。

虽然捏的有点保守，但至少说明，多电机并联带变速结构的纯电车，还是可以省电省重量前提下续航不变甚至略微增加。

1.5T增程/直驱方案

我们提到过，混动/增程车型保底也需要保证20kw的电池。意味着如果整车重量从2.4吨下调到2.1吨的话，我们要损失300/8=37.5度电。

在2.1吨重量下，还有72.5kwh电池，折合580kg，假如插电混动车必须保留20kwh电池。那么还有580-20X8=420kg给内燃机发电机变速箱油箱和额外的管路。

假如，电机单速增程或者电机2档增程，以额定功率满足设计时速220为限，驱动电机差不多就得120KW额定功率。但增程方案，就需要P1功率不小于130kw，我们需要留出损耗。增程车设计，真要卖欧洲去，肯定不能做赤字财政设计。意味着 即使是通用阿凡达这种高性能的1.5T发动机为基础开发的米勒循环混动机，也得用足功率。

你得想想额定功率130kw的P1电机得多重？我估算下来至少半个EHS160的重量，也就是70千克以上。1.5t发电机自重在110kg左右。算上对比电车更大的冷却系统（电车电池也需要水冷）我估计需要200kg重量。60升油箱和配套的油泵等周边需要不到100kg。一起算就是300kg。还能有120kg堆电池。

也就是说增程车型可以做到35度电，1.5T 180马力米勒循环汽油机，带额定130kw的P1。满足欧洲佬长时间跑200+的变态需求。

这种情况下，扣除变电损耗，130时速上3%的坡不是问题。在1.5T米勒循环发动机工作在4000转，输出扭矩150Nm的经济工况极限上，仅靠发电不用电池的储备，平路也足够这台车推到165左右的速度。

但如果这台车带发动机直驱，如果三速行星齿轮的DHT最高档哪怕像别克GL8PHEV那样，大概2500转到达122左右的速度的话，那么根据发动机的外特征曲线，限制在150Nm和不高于4000转双满足的情况下，能把这台车推到170-175之间的速度。所以，高车速情况下能直驱还是直驱。

此外，如果是带直驱的插混，意味着，这两台在增程方案里只能作为驱动电机使用的电动机。至少有一台可以代替P1。 实际上的结构可以是 130KW汽油机，带动一台额定功率90kw的P1兼顾P2的MG1电机，给另外一台只能做P2的额定功率90kw，最大功率175kw的MG2电机供电形成串联。甚至允许纯电模式下，MG1 MG2同时用驱动车轮。 当然，在低电量情况下，原地起步的性能，是不如增程方案的。毕竟增程方案有独用130kw的P1发电机。

但是，节省下一台电机的重量约70kg，虽然发动机直驱多了一些齿轮和为了发动机变速和动力分流，需要至少一组行星排，乍一看重量几乎没有节约，但我们都知道，高速性能明显是带直驱的更强。

待续……………………

P2架构的插混方案中的纯电驱动分析

配2.0T或者1.5T部分米勒循环涡轮增压汽油机，双电机8AT方案。

先捏一个8AT变速箱，

采取四排行星齿轮

第一排：太阳轮48齿圈96

第二排：太阳轮54齿圈96

第三排：太阳轮69齿圈111

第四排：太阳轮24齿圈108

差速器减速比为

I=3.154

之前我们提到过，两台50KW额定功率的电机。

由于内燃机爆震危险区域为1500-2500rpm。所以考虑到提升动力响应，电动机恒扭矩区域到2500转截至即可。且自动变速箱也不适合超过8000rpm的输入。所以电动机最高转速截止到8000pm也已经绰绰有余。

也就是这台电机2500-8000rpm为恒功率。

50kw电动机 2500rpm为恒扭矩区域，倒算结果为单台电动机从100-2500rpm额定扭矩为190Nm。——为了避免堵转，电动机低转速会削减输出，一般0速最大允许额定扭矩7成左右。也就是不超过133Nm，两台电机协力纯电驱动时，0速下扭矩266Nm，在变速箱减速比和差速器的配合下。

持续起步扭矩 （133+133）x5.5x3.154=4614Nm，如果按照比亚迪er的算法，则是（190+190) x5.5x3.154=6591Nm，如果这台电机在额定功率基础上允许短时间50%超负荷，也就是最高到150%于额定功率，意味着纯电时两台电机并联时扭矩大于500Nm。

即使是在亏电，内燃机带动P1发电给P2起步，也能做到3295NmX0.94=3097Nm 0.94是典型的发电机和三电系统效率。

在电池充裕的情况下， 最大瞬间扭矩可以达到400+190+190=780Nm(1.5T发动机为 270+190+190)。按到轮上扭矩算，1档11-18kph速度下，可达780X5.5X3.154=13530.66Nm ——对于后轮驱动的中型轿车来说已经太过分了。哪怕全轮驱动的轿车也很高。全系统瞬间最大功率，允许电动机短时超过额定功率的前提下，为221+75+75=371KW（1.5T为155+75+75 ）。但考虑到电池放电能力5C，电池容量只有20KW，实际上系统持续功率最大321KW，折合437马力。

电池放电能力5C，意味着20kwh电池下，最大的动能回收也不会超过100kw太多（制动回收不可能100%，要扣除变速箱传动和差速器损耗，和三电损耗，传动损耗见下面计算）。属于够用。

但即使是“够用”，合计100kw额定功率电动机足够把这台车纯电工况下推到200kph的速度。要知道这车带变速，不会因为电动机转速有限而车速上不去。

数字比不上纯电车动不动五六百千瓦，但这台车是可以轻轻松松在autobahn上持续跑250的速度。由于自重控制得当，也是能够自如的在穿越比利牛斯/阿尔卑斯的山区公路上畅快劈弯跑山。

不要觉得3097Nm扭矩小，比亚迪秦L，整备质量1.8吨的情况下，按电机最大扭矩260Nm，而不是额定扭矩120Nm计算，都只有 260x11.886=3090Nm (最大扭矩乘以电动机传动比)

我的设计方案里，额定扭矩也接近比亚迪秦L最大扭矩。考虑电机短时间超载50%，也完全能够符合需求。

另外，再说一下纯电下传动效率的问题：

大多数增程车，并没有采用轮边电机，仍然有差速器。

对于纵置后驱布局，差速器效率95%已经不低了。

本方案中，电动机内置在变速箱内，不需要考虑发动机到行星齿轮之间的液力耦合器传动的损耗，意味着只考虑行星齿轮排效率即可。

假设允许纯电工况下，通过电机反转实现倒挡，那么只需要4个传输路径最短的档位即可。

单组行星齿轮排的传动效率0.96，直传效率0.99

意味着电动机用得到的档位：

高速公路上6档巡航时候的传动总效率为0.99X0.95=0.941

起步1档传动总效率 0.96x0.95=0.912

中间档位2档（2档可以不需要用）4档和超速挡7和8档（对于电动机其实也不需要）传动总效率 0.96X0.96X0.95=0.875

典型的电动机效率map图如图。

而且我是双电机并联，按需停机。实际上高速公路120kph速度巡航的时候，30kw级别的功率，如果是6档直驱，电机转速2650左右。已经在电动机的恒功区域内，电动机负荷率60%。这个情况下如果电动机最高效率95%的话，按图片找在这个工况下能做到94%。

意味着三电系统到传动轴效率是 0.94X0.99X0.95=0.884

而横置变速箱的变速差速总成，最高效率92%，但这是在最理想的接近1：1速比的档位下实现的。

比亚迪DMI P3电机减速比在12倍左右，而且不是行星齿轮传动，齿轮减速部分至少三级减速，效率大约92%

意味着，纯电传动总效率在0.8464左右。

而汽油机系统总减速比在2.93左右，推测传动效率可达0.94X0.92=0.865左右。

如果是采用单台大电机方案，额定功率100kw，最大功率200kw的电机。假设电机最高效率也是95%。

意味着高速公路下电机转速11400左右。这个转速下早就在恒功区域了。这个状态下电机负荷率更低。对于额定100kw的电动机，需要30kw意味着效率30%左右。这时候效率应该在93%左右

0.93x0.8465=0.787245

电动机本身效率差距不大，但传动效率差距较大。单速电机减速比大，传动损耗高于可变速结构电动机在直驱或者变速比较小的超速挡。

意味着单速结构在高速小负荷下，最极端情况下有8-10%的效率差异。

所以请电车拥趸不要闻变速箱色变。比亚迪T10型电动渣土车 从 435度电280公里变成T31的444度电350公里续航。续航力提升的关键并不是三电，而是从4档变速电驱桥，变成了6档变速的中央布局。

而雷诺E-TECH纯电半挂车，在整车重量30吨情况下做出90度电百公里，依靠的是三台转速仅2500rpm的低速小功率电机（合计666马力折合485kw）按需分离和接入，并搭配变速范围14.96-1.00的12速重卡变速箱和减速比仅为2.64的单级减速后桥。在国道和高速公路上，依靠着高档位区域下变速比不超过3的8档，不超过2的 10档和直接传动的 12档三个档位。极端情况下传动效率超过0.94。并在巡航工况下仅依靠一台电机压在80%左右负荷，效率提升到电动机极限的94%左右。才做得到的。

乘用车强制电耗国标已经落地，在限重，甚至未来还会愈加收紧的情况下，要挖掘电车续航潜力。

无非是降低滚阻降低风阻，但风阻影响乘坐空间，滚阻影响车辆制动性能和操稳性能，都不能无限制的榨取。

最终在就要提高电动机负载，降低传动比，提高传动效率和电机工作效率上下功夫。

相关的分析在下面两篇里面已经做过可以继续看。