汽油味最後的堅守？幾分鐘讀懂混合動力

[愛卡汽車 導購原創]

“開過的汽車越多，就越是感到乏味。”身為媒體從業者，筆者經常聽到同行們發出這般感慨。回顧車輪生涯，令我刻骨銘心的經歷只有兩次。一是初見嘉年華ST，它平凡而不凡，有着世上罕見的歡脱性情。後來，我買了一輛。二是初次駕駛普鋭斯，我不禁感慨“混動才是未來”，驚喜之情溢於言表。今天，我還沒擁有過混動，卻比以往任何時候都更渴望擁有。

顧名思義，混合動力（hybrid）將不同的動力源整合在一起，形成合力，共同驅動車輛。所謂不同動力源，是指熱動力源（內燃機）和電動力源（電動機）。其中，內燃機可以是汽油機或柴油機，電動機可以不止一台。內燃機和電動機發揮各自優勢，在整體上提升了燃油經濟性。劃重點：混動系統的“油”和“電”是互補關係，而不是加法關係。

在日常交通場景下，混合動力汽車（HEV，hybrid electric vehicle）的駕駛體驗幾乎無懈可擊。要平順？混動開起來如絲般順滑。要動力？電機響應如閃電般迅速。要油耗？汽油混動效率堪比頂尖柴油機。在上一期《顏必有物》中，我們對駕駛性（driveability）進行了簡單介紹，讀者朋友可點擊下圖查看原文。毫不誇張地説，優秀混動系統代表了駕駛性的頂尖水準。

混合動力的歷史可以追溯到汽車工業早期。1898年，23歲的費迪南德·波爾舍加入好友運營的維也納洛納車身工廠，着手打造雙座電動車Lohner-Porsche，並先後嘗試了雙電機和四電機（均為輪圈電機）方案。四電機版本的Lohner-Porsche不僅是全球首款四驅汽車，還一舉創下當時的汽車速度紀錄（35mph，約56km/h）。然而，該車的鉛蓄電池重達1.8噸，嚴重製約了續航里程。

續航問題如何解決？既然電池太重，不妨試試汽油。波爾舍為Lohner-Porsche增加了兩台DeDionBouton汽油發動機，由發動機驅動發電機，間接為電機提供能量。至此，世界上出現了首款油電混動車型——Lohner-Porsche Mixte Hybrid。從基本設計理念來看，100多年前的混動與今天的混動沒有本質區別。

從小眾走向主流，混合動力開始快速“裂變”，衍生出不同形式。今天，想要分清各類混動，着實需要花費一番功夫。一般來説，混動系統可根據混合程度或電機位置進行分類。混合程度指電機輸出在混動系統綜合輸出中所佔的比重，通常分為微混、輕混、中混和強混四種類型。至於電機位置，所説的不是電機安裝的物理位置，而是電機在動力系統中的位置，通常包括P0、P1、P2、P3、P4、P5六種方案。

電機參與程度越高，理論上節油潛力就越大。由於電機輸出功率與電氣系統電壓有着直接關係，因此混合程度高的混動系統，往往擁有較高的系統電壓。微混、輕混、中混、強混和插混的主要特徵如下：

隨着電氣化技術的發展，前四類混動的邊界正變得模糊。微混節油作用有限，主要用於成本控制嚴格的低級別車型，長期不被好看。輕混的上邊界不斷提高，蠶食着中混的地盤，典型案例為歐系品牌的48V系統。中混定位不上不下，油耗表現遠不如強混，成本特性則不及輕混。強混是油電混動（HEV）領域混合度最高的方案。在強混基礎上提高系統電壓和電機功率，並增加充電接口，便得到了插電式混合動力（PHEV）。

前些年，只有中混和強混支持純電行駛，微混和輕混無此能力。但在未來一段日子裏，邊界有望被打破。從2023年開始，採埃孚將推出混合度更高的第四代8AT MHEV變速箱（文章回顧）。用48V系統實現高功率或許不難，然而想要做到純電驅動，則需要混動架構（亦稱為構型）的支持。這引出了下一個話題：P0-P5究竟代表什麼？

在混動系統中，電機位置與混合程度密切相關，對節油表現、駕駛感受有着直接影響。需要再次強調的是，電機位置以動力系統（傳動鏈）為參考系，與電機的物理位置沒有必然關係。具體來看，發動機、離合器、變速箱、主減速器是區分電機位置的關鍵節點。

P0電機佈置在發動機前端，也就是傳統啓動機的位置。P0電機通過皮帶與發動機曲軸相連，通常被稱作BSG（皮帶式啓動/發電一體機）。P0構型混動成本較低，但節油效果有限，多用於微混和輕混。隨着系統電壓的增加，P0電機的性能也相應提升。48V BSG最大功率可達10kW左右，啓機速度和平順性遠優於傳統的12V啓動機。

P1和P2均位於發動機和變速箱之間，但驅動功能存在本質差異。P1電機連接曲軸輸出端，替代了傳統飛輪，通常被稱作ISG（集成式啓動/發電一體機）。ISG與曲軸等速旋轉，具備輔助驅動的功能。相比於P1，P2架構在電機和發動機之間增加了離合器（通常命名為C0或K0）。這樣一來，P2電機可以獨立於發動機工作，從而實現純電驅動。受限於發動機/變速箱結構，P1和P2需要適配尺寸緊湊的電機，對零部件集成度提出了較高要求。

P3電機位於變速箱輸出端，即變速箱輸出軸後、主減速器前。P3電機更靠近輪端，因此電驅更直接、更高效，但電機輸出無法利用變速箱實現傳動比變化。P3電機多采用分體式設計，電機尺寸偏大，侵佔了更多空間。此外，P3電機與驅動軸連接，無法實現發動機啓停。因此，P3架構需額外配備P0或P1電機，才能實現啓停功能。

P4電機用來驅動另一個車橋，從而實現電四驅。所謂“另一個車橋”，是指發動機驅動橋之外的驅動橋。假如發動機（以及與之匹配P0-P3電機）負責驅動前橋，那麼P4電機便用來驅動後橋，典型案例為豐田E-FOUR、沃爾沃T8家族。假如發動機負責驅動後橋，那麼P4電機便用來驅動前橋。對於後驅或四驅車型，P3有時會被混淆為P4。例如，即將上市的全新AMG C 63搭載AMG E PERFORMANCE插混系統，在後橋減速器前配備了P3電機。此時，不能因為電機物理位置在後軸，就説它是P4電機。

P5（輪圈電機）跳過了主減速器，直接驅動車輪，在此不做詳陳。相對特殊的是PS功率分流架構，代表作為豐田THS。基於行星齒輪組，PS架構將油電兩種動力整合起來，發動機、電機都是混動變速箱的組成部分。PS架構是混合動力領域的重要發明，後文中將進行詳細介紹。

從P0到P5，再加上PS，電機位置集齊了七色彩虹糖，看起來眼花繚亂。別急，這些只是開始。混合動力的妙處在於，系統中可以容納一台或（位於不同位置的）多台電機，從而實現複雜多變的驅動功能。單電機做不成的事情，可以靠雙電機巧妙達成。接下來，就讓我們介紹幾種主流的混動架構，看看工程師是如何玩轉電機的。

混合動力≠油+電

發動機、電動機、離合器……當這幾樣零部件擺在一起，混動系統便有了無限可能。“油”和“電”如何混合起來？技術路線多到數不清，卻存在諸多共性。按結構定義，混合動力分為串聯（series）、並聯（parallel）、混聯（series-parallel）三種類型。至於混動系統採用怎樣的電機佈置，則是更具體、更細化的問題。

按照常規理解，單電機結構簡單，雙（多）電機結構複雜。但你可能沒想到，100多年前的Lohner-Porsche Mixte Hybrid採用多電機串聯式架構。假如把幾台P5輪圈電機簡化為一台P3驅動電機，那麼Lohner-Porsche Mixte Hybrid就相當於當今的雙電機串聯式混動。串聯式混動的原理非常容易理解：1號電機（發電機）與發動機連接，只負責發電，維持電池SOC的動態平衡；電池給2號電機（驅動電機）供電，帶動車輪旋轉，實現驅動功能。

在串聯架構中，雙電機各司其職，一台只負責發電，另一台負責驅動（正驅）和能量回收（反拖）。比起傳統燃油車，串聯式混動增加了一次能量轉換，為何油耗更低？在串聯架構中，發動機與驅動電機解耦，二者轉速沒有直接關聯。因此，發動機長時間鎖定在高效區間運轉，在整體上提升了熱能利用率（熱效率）。而在燃油車上，發動機工況時刻變化，實際熱效率遠低於廠商公佈的最高熱效率。話至此處，順便做個小科普：最高熱效率不應被過度解讀，實際能夠用到的效率才是真效率。

在串聯架構中，發動機的任務是協助發電，職責非常單一。工程師只需保證特定工況點的效率，而不需要面面俱到。因此，串聯式混動對內燃機要求較低，降低了開發難度和開發成本。結構層面，串聯架構的發動機不具備直驅功能，簡化了混動變速箱。事實上，串聯架構通常採用固定齒比減速器，不需要複雜的換擋機構。換個角度看，串聯式混動就像是配備燃油發電系統的電動車，難怪有車企稱之為“汽油電驅”。

在油電混動（HEV）領域，串聯架構通常被認為是混動構型的一種，沒有特殊分類。而在插電混動（PHEV）領域，串聯式車型有時被稱作增程式電動車（EREV）。簡單理解，增程是一種支持外接充電的串聯式混動，支持長距離純電行駛。從混動構型來看，串聯式HEV和增程式電動車沒有區別，核心差異在於電池。串聯式HEV的動力電池容量較小，需要頻繁充放電，對電池技術提出了更高要求。增程車型的電池容量更大，但充放電率偏低，技術難度反而有所降低。

並聯式混動高度高度依賴內燃機系統，電機起輔助功能，而不是驅動車輛的主力。由於這種特性，並聯架構通常用於混合度較低的微混、輕混和中混。由於並聯無需大幅調整變速箱設計，因此許多PHEV車型選擇了該方案。近年來，大部分歐系PHEV採用P2並聯架構，從而兼顧動力和成本。而在輕混（MHEV）領域，P0架構憑藉低廉的成本、簡單的結構，成為了業界主流方案。隨着油耗法規趨嚴，MHEV逐漸從P0架構向P1架構過渡，甚至有供應商即將推出P2架構。

按功能區分，並聯式混動可分為兩類。其中，P2架構、P3架構支持純電行駛，P0架構、P1架構不支持純電行駛。P2和P3之所以提供EV模式，是因為傳動鏈上裝有離合器，使發動機和驅動電機脱離。P0電機和P1電機位置不同，但都沒有純電驅動功能。此外，P1電機整合在發動機殼體內，體積受到嚴格控制，涉及重新開發的零件較多。

實踐證明，P2構型是最全面的並聯方案。近年來，歐洲品牌正快速轉向P2路線，輕混和插混皆如此。在輕混領域，P2方案突破了低速無法電驅的瓶頸，缺點則主要體現在成本方面。在插混領域，P2方案可以提供強勁動力，符合歐洲用户的用車需求。然而，P2構型無法提供最優的燃油經濟性，更像是應付油耗法規（工況測試）的產物。想要極致省油？混聯才是出路。

串聯/並聯是什麼？

在真實用車場景中，工況多到難以計數，串聯或並聯很難面面俱到。串聯架構採用單級減速器，高速能耗不佔優勢。並聯架構側重內燃機，城市油耗相對偏高。於是，人們創造了兼顧兩端的混聯架構。顧名思義，混聯兼顧了串聯和並聯兩種形式，有時也被稱作串並聯。

混聯具備串聯能力，需要配備雙電機。混聯又具備並聯能力，應提供發動機直驅功能。粗略理解，混聯相當於串聯和並聯的集合體。想要實現混聯，可以依託於內燃機系統進行大幅改造，例如比亞迪DM-p的P0+P3+P4架構、上汽EDU的P1+P2架構。然而，改良很難實現質變，極致效率需要混動專屬架構（DHT）的支持。DHT有多種解決方案，其中最著名的無疑是豐田THS和本田i-MMD。

與串聯架構相比，本田i-MMD看似只是增加了幾組齒輪和離合器，但事情並不像看上去那樣簡單。為了滿足發動機直驅需求，內燃機需重新設計，既要滿足高效發電，又要支持高效驅動。本田i-MMD沒有傳統變速箱，不能像比亞迪DM-p或採埃孚混動8AT那樣換擋。不過，i-MMD的發動機直驅齒比和驅動電機齒比完全不同，滿足了不同工況的需要。嚴格來説，i-MMD傳動系統是一台特殊的電氣化2擋變速箱。它有2種齒比，但不支持真正意義上的換擋。

多擋位DHT固然可以解決效率問題，卻也帶來了更復雜的機械結構，得與舍的平衡很難掌握。更多情況下，多擋DHT方案只是為了規避專利限制或發動機瓶頸。是否存在一種混聯架構，既擁有多種傳動比，又可提供優秀的燃油經濟性？答案是肯定的：功率分流（power-split）架構。PS架構的代表作是豐田THS，通用、福特也提供該類混動方案。

藉助行星系統，PS架構將發動機、MG1電機和MG2電機解耦，三者轉速只需滿足一個線性關係，而不用像並聯架構那樣等比例變化。換言之，PS架構利用電機調節發動機轉速，實現了速比連續可變。從這個意義上講，PS架構的功率分流裝置是真正的E-CVT電子無級變速箱。PS架構幾乎全能，但也存在缺點。由於發動機與行星排剛性連接，一旦啓機，振動和噪音就隨之而來。在部分工況下，PS架構不如P1+P3混聯高效，但二者差距並不明顯。

編輯點評：電氣化愈演愈烈，留給汽油味的時間不多了。多年以後，混動或許已經走進陳列室，被證明是特定時代背景下的過渡品。一百年太久，只爭朝夕。當下，混動無疑是兼顧平順性、響應性和經濟性的最優解。比燃油車順心，比電動車省心，讓錢袋子安心，混動有許多理由成為未來10年的主角。在轉型期，您願意選擇燃油車、混動車還是電動車？歡迎在評論區暢所欲言。

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