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油電混動(dòng)汽車技術(shù)路線到底孰優(yōu)孰劣?

2022-08-10 09:34:46 fxb

每隔一段時(shí)間,市場(chǎng)就要為混動(dòng)這個(gè)話題吵上一輪。

從混動(dòng)本身的價(jià)值到不同技術(shù)路線的優(yōu)劣之分,在燃油車與純電動(dòng)車之間,混動(dòng)不僅在銷量上開始與純電動(dòng)汽車分庭抗禮,在吸引輿論關(guān)注上,混動(dòng)更是有著青出于藍(lán)勝于藍(lán)的潛力。

7月,馮思瀚在卸任大眾集團(tuán)(中國(guó))CEO前,時(shí)隔兩年再批增程式混動(dòng),稱增程式是過渡技術(shù),大眾不會(huì)采用。

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而不久前,李瑞峰也剛剛完成對(duì)余承東的隔空喊話,再次為增程式到底先進(jìn)還是落后爭(zhēng)了個(gè)面紅耳赤。

由于近兩年各家車企扎堆推出混動(dòng)車型,多種技術(shù)名詞和參數(shù)爭(zhēng)相亮相。從增程到插電混動(dòng),從發(fā)動(dòng)機(jī)到變速器,從純電續(xù)航到擋位數(shù),不禁看得人眼花繚亂。

對(duì)普通用戶來(lái)說(shuō),這些到底意味著什么?混動(dòng)值得買嗎?買什么技術(shù)路線的產(chǎn)品?購(gòu)買時(shí)又要注意哪些問題?

而對(duì)關(guān)注行業(yè)的人來(lái)說(shuō),多位業(yè)內(nèi)大佬一次次為不同路線爭(zhēng)執(zhí)不下到底在爭(zhēng)什么?

在8月8日召開的第十四屆國(guó)際汽車變速器及驅(qū)動(dòng)技術(shù)研討會(huì)(TMC2022)上,北京航空航天大學(xué)交通科學(xué)工程學(xué)院教授徐向陽(yáng)教授與J.D. Power中國(guó)區(qū)汽車事業(yè)部總經(jīng)理?xiàng)顫謩e從技術(shù)路線和用戶角度詳細(xì)解讀了混動(dòng)這一動(dòng)力形式。

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這一篇,我們就借著兩位專家的演講來(lái)從頭扒一扒混動(dòng)這件事兒。

01 在消費(fèi)者眼中,混動(dòng)車都有什么問題?

首先,我們來(lái)看用戶層面對(duì)混動(dòng)的認(rèn)識(shí)。

就市場(chǎng)反饋來(lái)看,2022年上半年,中國(guó)市場(chǎng)新能源汽車銷量達(dá)260萬(wàn)輛,同比增長(zhǎng)1.2倍,其中插電式混動(dòng)銷量為53.6萬(wàn)輛,同比增長(zhǎng)1.7倍。雖然市場(chǎng)份額不及純電動(dòng)車型,但混動(dòng)車型的增速明顯,市場(chǎng)占比也在迅速擴(kuò)大。

J.D. Power中國(guó)區(qū)汽車產(chǎn)品事業(yè)部總經(jīng)理?xiàng)顫J(rèn)為,雖然新能源汽車未來(lái)發(fā)展的目標(biāo)一定是純電或氫能源等清潔能源,但從目前的市場(chǎng)來(lái)看,要解決純電動(dòng)車型面對(duì)的問題,實(shí)現(xiàn)其完全普及還需要一定的時(shí)間。因而,混動(dòng)技術(shù)應(yīng)該還有較長(zhǎng)時(shí)間的生命力,而這個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間,至少以十年計(jì)。

從用戶側(cè)體驗(yàn)來(lái)看,根據(jù)J.D. Power的數(shù)據(jù),在對(duì)整車的質(zhì)量體驗(yàn)上,無(wú)論油電混動(dòng)(HEV)還是插電式混動(dòng)(PHEV),其質(zhì)量體驗(yàn)都和燃油車相仿。而在整車魅力上,近兩年的趨勢(shì)是PHEV的魅力值大于HEV大于燃油車。

J.D. Power數(shù)據(jù)顯示,今天新能源車的銷量46%由90后貢獻(xiàn)。而在車型外觀上,PHEV會(huì)更加大膽,因而也更受90后消費(fèi)者的歡迎。

而至于技術(shù)路線之間的區(qū)別,對(duì)用戶來(lái)說(shuō),技術(shù)為產(chǎn)品服務(wù),技術(shù)的發(fā)展最終也要落實(shí)在用戶體驗(yàn)上。

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據(jù)J.D. Power調(diào)研顯示,用戶對(duì)HEV車型動(dòng)力質(zhì)量的抱怨主要還是在于油耗、動(dòng)力不足、異響以及換擋平順性問題。而對(duì)PHEV的抱怨則主要是集中在電池上,包括充電慢、純電續(xù)航里程低于官方數(shù)據(jù)、剩余純電續(xù)航里程估值不準(zhǔn)確等純電車型常見的問題。此外,動(dòng)力不足、有異響、換擋不順也同樣是PHEV面臨的問題。

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因而,整合到技術(shù)層面,混動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和換擋平順性都與用戶體驗(yàn)息息相關(guān)。

那么,不同技術(shù)到底會(huì)如何影響用戶體驗(yàn)?

首先我們來(lái)看不同技術(shù)路線的區(qū)別。

02 混動(dòng)技術(shù)路線之分

從技術(shù)角度來(lái)看,混動(dòng)技術(shù)路線主要分為串聯(lián)式、并聯(lián)式與混聯(lián)三種,其中混聯(lián)又可分為串并聯(lián)和功率分流兩種模式。

串聯(lián)模式即我們熟悉的增程式。其結(jié)構(gòu)由分別用作發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的兩臺(tái)電機(jī)與一臺(tái)用于發(fā)電的發(fā)動(dòng)機(jī)組成。發(fā)動(dòng)機(jī)只負(fù)責(zé)發(fā)電,帶動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng),發(fā)動(dòng)機(jī)不直接驅(qū)動(dòng)車輛。代表車型如理想ONE,不過需要指出的是,理想ONE搭載有三臺(tái)電機(jī),其中一臺(tái)用作發(fā)電機(jī),另兩臺(tái)用作驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

并聯(lián)模式為單電機(jī)模式,通常有P2,P2.5和P3電機(jī)模式。P2模式下,電機(jī)安裝在變速箱的輸入端,即變速箱之前,在發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱之間。P3電機(jī)安裝在變速箱的輸出端,即變速箱之后。P2.5顧名思義就是既不在變速箱之前,也不在變速箱之后,實(shí)際是耦合在雙離合變速器結(jié)構(gòu)中。

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P2模式示意圖

在并聯(lián)模式下發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輛,不用于發(fā)電,通常有多個(gè)檔位。電機(jī)也可直接驅(qū)動(dòng)車輛。代表技術(shù)如采用P2路線的長(zhǎng)安藍(lán)鯨iDD。

混聯(lián)模式下的串并聯(lián)模式為雙電機(jī)模式,發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)均可直接驅(qū)動(dòng)車輛,同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)也能用作發(fā)電為電機(jī)供電。此外,發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)均可以有多個(gè)擋位。代表技術(shù)如長(zhǎng)城檸檬混動(dòng)DHT。

功率分流模式同樣為雙電機(jī)結(jié)構(gòu),指的是將發(fā)動(dòng)機(jī)的功能分為兩個(gè)支流,分別以機(jī)械功率流和電功率流的形式驅(qū)動(dòng)車輛。電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)均可直接驅(qū)動(dòng)車輛。功率分流模式也可分為單模功率分流與雙模功率分流等,代表車型為豐田普銳斯。

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豐田普銳斯功率分流混動(dòng)系統(tǒng)功率流

多種技術(shù)路線均同樣適用于HEV和PHEV。

03 各路線的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

那么,各個(gè)技術(shù)路線都有什么優(yōu)缺點(diǎn)?以及各家車企讓人眼花繚亂的宣傳語(yǔ)中都藏了什么玄機(jī)?

首先,從理論角度來(lái)看,串聯(lián)式由于只用電機(jī)驅(qū)動(dòng),可以獲得電動(dòng)車的駕乘感受,在動(dòng)力平順性和NVH方面表現(xiàn)良好。而且,由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,傳動(dòng)效率高。發(fā)動(dòng)機(jī)不直接參與驅(qū)動(dòng),因而其運(yùn)行效率與車速無(wú)關(guān),可以一直在高效區(qū)間運(yùn)作。

但缺點(diǎn)同樣也是由于發(fā)動(dòng)機(jī)不直接參與驅(qū)動(dòng),在高速工況下,由于電機(jī)本身的特性,能量消耗大。同時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)要先將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,再由電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,能量流動(dòng)路徑長(zhǎng),也導(dǎo)致油耗增高。而且,在B級(jí)以上的乘用車上,串聯(lián)式的油耗也會(huì)明顯增加。此外,在虧電狀態(tài)下,串聯(lián)式混動(dòng)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性較差,高速工況下的NVH也較難控制。

并聯(lián)模式的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)都能對(duì)車輛直驅(qū),且可多檔調(diào)速,因而動(dòng)力性好。低速工況下純電驅(qū)動(dòng),中高速工況下發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū),可保證電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)都運(yùn)行在最佳工作區(qū)間。

高速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)能隨時(shí)直驅(qū),能量路徑短,油耗低。而且,同樣由于發(fā)動(dòng)機(jī)能隨時(shí)介入直驅(qū),車輛動(dòng)力性受溫度影響小,因而適應(yīng)性好。

其缺點(diǎn)則是變速結(jié)構(gòu)復(fù)雜且擋位多。一般采用并聯(lián)模式的混動(dòng)系統(tǒng)通常都有6-9擋變速,因而對(duì)于變速結(jié)構(gòu)的要求較高,控制較為困難。如果是橫置發(fā)動(dòng)機(jī),并聯(lián)系統(tǒng)由于軸向尺寸較大,緊湊性設(shè)計(jì)難度大,也會(huì)占用較多空間,導(dǎo)致布局困難。此外,由于是單電機(jī)系統(tǒng),發(fā)電和驅(qū)動(dòng)不能同時(shí)進(jìn)行。

串并聯(lián)模式的優(yōu)點(diǎn)是減速結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,傳動(dòng)效率高。同時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)可用作發(fā)電,不參與直驅(qū),因而可保持在高效區(qū)間運(yùn)作。在低速工況下可實(shí)現(xiàn)純電驅(qū)動(dòng),駕乘感受良好。

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此外,對(duì)于單擋變速機(jī)構(gòu),由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,平順性好易控制,而多擋變速機(jī)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,但燃油經(jīng)濟(jì)性高。

其缺點(diǎn)在于發(fā)動(dòng)機(jī)需要達(dá)到一定車速才能并入驅(qū)動(dòng),導(dǎo)致動(dòng)力性受限。同時(shí),在高速工況下,發(fā)動(dòng)機(jī)需要達(dá)到一定功率才能并聯(lián),而串聯(lián)模式下由于能量流動(dòng)路徑長(zhǎng),加之電機(jī)本身的特性,會(huì)導(dǎo)致油耗較高。此外,多擋串并聯(lián)結(jié)構(gòu)會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性,其平順性和NVH控制就相對(duì)較難。

功率分流模式的優(yōu)點(diǎn)是,發(fā)動(dòng)機(jī)也可不參與驅(qū)動(dòng)而只用作發(fā)電,因而可以不受車速影響,保持在高效區(qū)間運(yùn)作。此外,由于其采用無(wú)級(jí)變速,整體平順性和舒適性都較好。

缺點(diǎn)是減速機(jī)構(gòu)復(fù)雜,控制難度大。而且,由于發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)轉(zhuǎn)速高,NVH差。此外,采用功率分流模式的車型動(dòng)力性相對(duì)較弱,不適合B級(jí)以上的車型。

從理論角度來(lái)看,各技術(shù)路線各有優(yōu)缺點(diǎn)。那么,在實(shí)際應(yīng)用中,對(duì)于用戶最為關(guān)注的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn),各技術(shù)路線之間的區(qū)別到底如何?

04 到底哪種技術(shù)更優(yōu)?

徐向陽(yáng)和北航智能傳動(dòng)研究中心團(tuán)隊(duì)利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃和仿真對(duì)不同路線在確定參數(shù)下的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了比較。

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團(tuán)隊(duì)選擇分別可代表城市工況、標(biāo)準(zhǔn)工況和高速工況的三種典型工況,分別以A級(jí)車、B級(jí)車、C級(jí)車三種車型進(jìn)行對(duì)比。結(jié)論基于在動(dòng)態(tài)規(guī)劃的仿真平臺(tái)上進(jìn)行的仿真分析,采用全局最優(yōu)的能量管理策略,動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法,以消除由于能量管理策略不同對(duì)構(gòu)型產(chǎn)生的油耗的影響。

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從結(jié)論來(lái)看,在動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)上,多擋位串并聯(lián)最優(yōu),其次是雙模功率分流,再次是P2并聯(lián),然后是單擋串并聯(lián)、單模功率分流,串聯(lián)構(gòu)型表現(xiàn)最差。

從具體分析來(lái)看,首先是串并聯(lián)結(jié)構(gòu)與串聯(lián)結(jié)構(gòu)之間的對(duì)比分析。

通過對(duì)三種車型在三種駕駛工況下的綜合對(duì)比發(fā)現(xiàn),串并聯(lián)混動(dòng)的燃油經(jīng)濟(jì)性要明顯優(yōu)于串聯(lián)混動(dòng)系統(tǒng);其次,在功率需求較大的高速公路上行駛時(shí),串并聯(lián)混動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)油潛力要比串聯(lián)顯著;串并聯(lián)混動(dòng)和串聯(lián)混動(dòng)系統(tǒng)的燃油消耗差異在A級(jí)車城市工況下是最小的,而B級(jí)以上的車型在高速工況下,其燃油消耗性差異明顯增大。

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單純從技術(shù)角度來(lái)看,增程式確實(shí)不如目前國(guó)內(nèi)主流的插電混動(dòng)。

目前,國(guó)外的串聯(lián)混動(dòng)主要用在A級(jí)或A0級(jí)車上,沒有用在中大型的SUV上,因?yàn)槠淠芎拇_實(shí)較大。

其次,串并聯(lián)有不同的擋位,按照發(fā)動(dòng)機(jī)三個(gè)擋位,電機(jī)三個(gè)擋位來(lái)進(jìn)行仿真對(duì)比,可以看出,在綜合動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性上,串并聯(lián)的3擋DHT優(yōu)于2擋DHT優(yōu)于1擋DHT。

目前國(guó)內(nèi)串并聯(lián)混動(dòng)產(chǎn)品中,擋位主要分為1擋,2擋和3擋。團(tuán)隊(duì)也研究了增加擋位對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),增加發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)擋位對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的改善,要比增加驅(qū)動(dòng)電機(jī)的擋位數(shù)量更有優(yōu)勢(shì)。

但徐向陽(yáng)表示,擋位數(shù)并不是越多越好,增加到4個(gè),5個(gè),6個(gè)擋位后,雖然仍會(huì)改善,但邊際效應(yīng)會(huì)降低,還會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜度增加,因而3擋是一個(gè)比較理想的方案。

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動(dòng)力性方面,團(tuán)隊(duì)得出的結(jié)論是,增加電機(jī)的擋位數(shù)量比增加發(fā)動(dòng)機(jī)的擋位數(shù)量效果會(huì)更好。

而在并聯(lián)結(jié)構(gòu)下,團(tuán)隊(duì)主要以P2電機(jī)路線為代表進(jìn)行了研究分析。

P2路線在全球范圍內(nèi)主要以德系為代表,國(guó)內(nèi)則主要是長(zhǎng)安一家采用。其擋位通常分為6-9擋。

徐向陽(yáng)團(tuán)隊(duì)得出的結(jié)論是,隨著擋位增加,不管P2電機(jī)參數(shù)如何,其對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的改善并不明顯。因而,徐向陽(yáng)認(rèn)為,采用P2路線的話,基于6擋的變速箱即可,并不需要做到更多的7擋8擋,增加額外的成本和復(fù)雜度。

功率分流模式可分為單模功率分流和雙模功率分流。對(duì)比結(jié)果顯示,雙模功率分流在動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性上都要優(yōu)于單模功率分流

另一方面,據(jù)徐向陽(yáng)表示,不管采用何種混動(dòng)路線,提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率依然是降低能耗最有效的方法。

研究對(duì)比發(fā)現(xiàn),發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率每提升5個(gè)百分點(diǎn),整體混動(dòng)系統(tǒng)的能耗就可以降低超過10個(gè)百分點(diǎn)。

因而,雖然純電是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì),但只要混動(dòng)存在,發(fā)動(dòng)機(jī)的創(chuàng)新發(fā)展就依然有意義。

徐向陽(yáng)認(rèn)為,在混動(dòng)技術(shù)上,未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)會(huì)是以多擋化的DHT和單電機(jī)P2模式為主。

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從分析結(jié)果來(lái)看,多擋化的DHT和單電機(jī)P2模式在動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性上都有不錯(cuò)的表現(xiàn)。

當(dāng)然,由于多擋化的DHT在變擋平順性和NVH方面會(huì)有較大的挑戰(zhàn),而單電機(jī)P2路線同樣對(duì)變速器有較高的要求。所以,就混動(dòng)技術(shù)的發(fā)展而言,對(duì)變速箱與發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)化依然是技術(shù)改良的重點(diǎn)

05 不同技術(shù)路線都有哪些代表產(chǎn)品?

捋清了技術(shù)路線,那么,如今市面上這么多混動(dòng)產(chǎn)品,到底誰(shuí)家用的什么技術(shù)?我們也來(lái)大致梳理一下。

目前國(guó)內(nèi)自主品牌中采用串并聯(lián)技術(shù)的最多。由于各家技術(shù)又經(jīng)歷過不同的發(fā)展,期間也有過不同技術(shù)的交叉換代,此處我們不多加贅述,只簡(jiǎn)單介紹當(dāng)前最新的技術(shù)模式。

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目前,國(guó)內(nèi)車企中采用串并聯(lián)DHT技術(shù)的包括比亞迪DM混動(dòng),長(zhǎng)城檸檬混動(dòng)DHT,吉利雷神混動(dòng)Hi·X,東風(fēng)馬赫MHD,北汽魔方DHT,奇瑞鯤鵬DHT和廣汽GMC 2代等。

其中,比亞迪DM混動(dòng)為1擋串并聯(lián)結(jié)構(gòu),長(zhǎng)城檸檬混動(dòng)DHT、北汽魔方DHT、廣汽GMC 2代均為2擋混動(dòng),吉利雷神混動(dòng)Hi·X、奇瑞鯤鵬DHT則為3擋,

長(zhǎng)安藍(lán)鯨iDD為P2單電機(jī)模式,上汽EDU則為P2.5單電機(jī)模式。

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多擋位DHT技術(shù)與單電機(jī)模式均可以實(shí)現(xiàn)較好的動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性的平衡,前者更傾向于燃油經(jīng)濟(jì)性。而后者則有著更好的動(dòng)力性表現(xiàn)。

而新勢(shì)力品牌如理想、嵐圖、哪吒、問界等則多采用了串聯(lián)式,也即增程式。

在國(guó)外品牌中,日系混動(dòng)路線包括以豐田為代表的THS功率分流模式,本田的串并聯(lián)模式i-MMD,以及日產(chǎn)的串聯(lián)混動(dòng)技術(shù)路線。其中,豐田采用的是單模式功率分流模式。

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美系品牌中,通用采用的也是功率分流模式,不過不同于豐田的單模式功率分流,通用采用的是雙模式功率分流。

而以奔馳、寶馬、大眾、奧迪為代表的德系,則主要走的是單電機(jī)并聯(lián)路線。

以現(xiàn)代起亞為代表的韓國(guó)走的也是與歐洲類似的P2并聯(lián)混動(dòng)技術(shù)。

從以上分析中可以看出,不同的技術(shù)有著不同的優(yōu)缺點(diǎn)。在特定的方面,不同技術(shù)可以分出優(yōu)缺點(diǎn),但最終產(chǎn)品適合什么路線,依然是由公司定位決定。

本文來(lái)自微信公眾號(hào)“AutoR智駕”(ID:zhinengqiche),作者:黃華丹


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