“世界上只有兩種混動,一種叫豐田一種叫其它!”這句話隨着2013年本田i-MMD的推出被打破,在日本油耗測試標準下,混動雅閣取得了3.3L/100km的油耗成績,相比凱美瑞的3.93L/100km明顯更低。不過隨着上汽集團在2014年推出的2擋EDU混動,“全球最強混動”的頭銜直接被中國品牌奪去,因為這套系統無論是設計理念,還是油耗,都超過了當時的頂級混動標杆車型--豐田普鋭斯......
搭載EDU變速箱的榮威 e550
可就當上汽集團對EDU混動的未來充滿憧憬時,意想不到的事情發生了,由於這套混動系統的設計過於前衞,可上汽集團的製造工藝卻跟不上,所以當這套混動系統正式量產上市後,便爆出了質量問題......同時,由於這套混動成本過於高昂,根本無法通過消費市場平衡研發、生產開銷,所以最終這個混動技術的天花板--2擋EDU混動便逐漸退出了市場......
吉利雷神動力
振奮人心的是,在混動領域一直顯得沒什麼存在感的吉利,竟然於2021年底發佈了一款與上汽EDU這個實力頂級、但最終沒能開花結果的技術,在思路上類似的混動系統,一款基於3擋DHT Pro變速器的“雷神動力”混動系統。並且隨着這款混動系統的量產,國產混動正式進入了與日系全面抗衡的時代!下面,為了方便大家理解這款“國產天花板級”的混動系統,同時保證一些對混動種類以及工作原理了解不多的朋友能跟上節奏,所以下面我們先來介紹一下豐田、本田的E-CVT變速箱是如何降低油耗的,以及1個擋位的E-CVT變速箱與3個擋位的DHT Pro變速箱有哪些差別!
(ps:本文篇幅稍長,大概需要20分鐘的閲讀時間,但如果你能跟着我的思路逐句閲讀,我可以保證大家都能看得懂,並且看完後會對混動系統有一個全面的認知!期待那些想提升自己知識儲備的同學在看完後,能在評論區留下你的感受哦~)
本田CR-V混動 E-CVT變速箱
豐田、本田混動車型的變速箱都叫做“E-CVT”,這便導致很多人誤以為它們的混動車型配備了變速箱。但實際上,豐田、本田的混動系統並沒有傳統的變速箱,並且E-CVT也沒有擋位,同時也不能升、降擋。那麼問題就來了,豐田、本田這種1個固定擋位的E-CVT又是如何做到遠低於那些帶有6-8個前進擋的純燃油車都無法實現的超低油耗呢?這時就不得不提混動系統的結構優勢了。
串聯模式
目前市面上的混動大致可以分為串聯、並聯以及串並聯這三種。其中串聯式混動就是咱們所説的“增程式”,如上圖所示,串聯混動結構由一個發動機、一個發電機、一個驅動電機,外加一塊電池組成。工作時,發電機通過發動機的運轉來發電,驅動電機再通過發動機發的電來實現純電行駛。那麼問題就來了,為什麼這種將機械能轉化為電能再驅動車輛的方案能省油呢?畢竟能量的轉化都會伴隨着折損率的呀!要想搞清楚這個問題,咱們只需簡單瞭解一下發動機的特性就明白了!
上:注射器 / 下:發動機吸氣阻力
大家應該都能理解,一台發動機要想省油就得效率高,而要想效率高就得做到阻力小。事實上,發動機就像是一個注射器,活塞向下運動的吸氣階段,就如同我們向外拉動注射器的推杆一樣。而車輛在怠速、低速行駛階段,由於駕駛員只需踩下一點點的油門踏板就能達到提速需求,所以此時發動機的節氣門就會處於與小開度油門相對應的小節氣門開度。
這就像我們用手指堵住注射器的注射口,在只留有一個微小縫隙的狀態下,向外拉動推杆一樣,阻力是非常大的。所以此時,發動機點燃汽油做的功就會有很大一部分浪費在吸氣阻力上,最終造成堵車時的油耗飆升。由此可見,如果我們要想讓發動機省油,就需要讓決定節氣門開度的發動機輸出功率恆定在最高效率的工作區間才行!
日產e-POWER 串聯式混動系統
然而對於現在的擁堵路況來説,發動機根本不可能恆定在最高效的工作區間。於是工程師便設計出了串聯形式的混動系統,這樣一來發動機無論堵車與否,就都可以始終保持較大的節氣門開度來驅動發電機,然後將驅動車輪的工作全權交給驅動電機來負責。在這種運轉邏輯下, 發動機就不會再受到行駛速度以及路況的束縛了。以上便是專注於讓發動機發電的串聯混動模式,能夠在擁堵路況中做出超低油耗的原因所在。
軒逸e-POWER
目前串聯混動比較有代表性的車型有理想ONE和日產軒逸的e-POWER。其中理想ONE由於配備了大容量電池,並且還能外接充電,所以發動機在電量充足的前提下是不會啓動發電的。而日產軒逸e-POWER由於電池容量很小,所以發動機會在低速行駛時經常啓動發電,到了中高速後,發動機則會一直進行發電。不過由於發動機在串聯混動的全部工作時間內都處於最高效的區間,因此軒逸e-POWER的NEDC百公里油耗便做出了驚人的3.9L,相比純燃油版軒逸4.9L/100km的NEDC油耗整整低了25%!
但這並不意味着串聯式混動就是完美的,因為它天生有着以下這兩個無法解決的問題。第一個問題就是成本,由於串聯式混動的發電過程和驅動過程是同時進行的,因此它需要同時擁有一個發電機和一個驅動電機,這就會導致它的成本要比僅使用一個電機,每次這台電機只在發電、驅動工況二選一的並聯式混動更高。
串聯式混動
而串聯式混動的第二個問題就是能量折損,以及驅動電機在中高速區間不如發動機效率高的問題。其中在能量折損方面,由於串聯式混動首先需要將發動機的機械能通過發電機轉化為電能,然後驅動電機再將電能轉化為驅動車輪的機械能,所以這一來一回就會損失掉大約30%的能量轉化損耗。
當車輛處於低速區間時,由於發動機的效率很低,且還要經歷走走停停的怠速時長,因此即使扣除這30%的能量轉化損耗,串聯式混動的效率也是能完爆純燃油車的。可如果時速提升到60-80km/h及以上時速,那通過更大節氣門開度進入高效率省油工況的純燃油車,就會完爆還需要額外消耗30%汽油來彌補30%能量損耗的串聯式混動了。所以,在道路相對通暢且平均時速較高的歐洲地區,當地的汽車廠商基本都清一色的選擇了下面要講的並聯式混動路線。
並聯式混動
從功能上看,並聯式混動既可以讓發動機單獨驅動車輪,又可以讓電機單獨驅動車輪,甚至還可以讓發動機與電機一起合力驅動車輪。所以相比起只能用電機驅動車輪的串聯式混動,並聯式混動系統的加速性能會更好。
其中,比亞迪就是將並聯式動力優勢發揮到極致的廠家,像是秦Pro插電混動就通過配備一個大功率驅動電機,利用驅動電機與發動機一起合力驅動,扭矩疊加的優勢,輕鬆將0-100km/h加速時間縮短到了5.9秒。要知道,搭載同款1.5T發動機的秦Pro純燃油版的百公里加速時間為9.16秒,相當於一個大功率電機讓秦Pro插電混動的百公里加速時間足足快了3秒多!由此可見並聯式混動在動力方面的優勢有多大。
寶馬 5系530Le 驅動模式
並聯式混動除了加速比串聯式和純燃油車更快以外,由於其可以在高速行駛時切換為發動機單獨驅動的模式,並且此時發動機會達到高效率工作區間,因此並聯式混動系統的高速油耗會與燃油車相當,要遠比串聯式省油。這也是上面説過的,在道路相對通暢的歐洲,並聯式混動要比串聯式更受歡迎的原因,同時這也是寶馬X1新能源、奔馳E級新能源、奧迪A6L新能源這些歐洲混動車型,紛紛採用並聯式混動的原因。
綜上所屬,並聯式混動有着加速快以及高速省油的優點,但由於其只有一個電機,並不像串聯式混動那樣擁有在堵車時一個用來發電,一個用來驅動共兩個電機,所以並聯式混動在市區裏開起來省不省油就取決於電池的電量了。如果電量夠用的話,那在擁堵路況下發動機就可以完全熄火,來用電機驅動;可如果電池電量不足的話,車輛就只能靠發動機單獨驅動了,那堵車時的油耗就勢必會比串聯式高出不少了。從串聯、並聯兩種結構對比不難看出,它們各自的優缺點都很明顯,所以要想做到低速市區行駛和高速行駛都省油,那就需要兩者進行結合,而它們的結合體就叫做“串並聯”。
本田i-MMD 兩種模式切換
由於串並聯式混動可以在擁堵路況下切換成串聯模式,通過發動機帶動發電電機,為驅動電機供電來驅動車輪,因此串並聯系統也需要搭載兩個電機才能完成工作。而當車輛行駛到高速路況時,串並聯系統又可以切換到並聯模式工作,也就是通過發動機直接驅動車輪。縱觀豐田的THS,以及本田i-MMD混動,雖説二者的工作原理不同,但事實上二者都屬於串並聯式混動。而國產串並聯混動系統的開創者,就是我們開頭提到的上汽EDU,隨後比亞迪、長城也紛紛加入到了串並聯的混動路線。
那為何我會説吉利的這套“雷神動力”混動系統是“國產混動天花板”呢?難道只是因為吉利的3擋DHT Pro變速箱比長城DHT的兩擋變速箱多了一擋嗎?非也!這是因為吉利的“雷神動力”混動系統採用了與其它國產品牌完全不同的混動結構,一種豐田只捨得在百萬級雷克薩斯豪車上使用的結構!
長城DHT混動系統結構圖
通過上圖我們可以看出,長城DHT混動系統的兩個擋位只能給發動機(ICE)和發電機(GM)使用,而驅動電機(TM)則直接繞過了2擋變速箱與車輪連接,也就是説,長城DHT混動中的驅動電機並不能享受到兩個擋位帶來的好處。
吉利雷神動力混動系統
而吉利“雷神動力”混動系統的不同之處在於,如上圖所示,它的發動機、發電機以及驅動電機都是可以使用3擋的。由於相比於其它混動系統,吉利混動的驅動電機多了使用3擋變速箱的能力,因此在這套混動的純電行駛工況下,負責驅動車輛的驅動電機就可以根據車速來選擇擋位,從而達到降低驅動電機電耗的目的了。不僅如此,在車輛的減速過程中,驅動電機還能利用三個擋位中,滿足當前時速的最低擋位來放大電機扭矩,從而達到更強的動能回收效率。
吉利3擋DHT Pro變速箱
如果換個角度來看的話,由於有了三個擋位的存在,所以在達到同一目標值扭矩的前提下,吉利這套混動系統便可以採用功率、體積更小的電機,然後再通過擋位放大的手法來實現,相當於降低了電機的尺寸。以上便是吉利多擋位混動與其它品牌多擋位混動的區別所在。
事實上,為混動電機加擋位這個操作,作為混動祖師爺的豐田集團早在2006年就在高端品牌車型雷克薩斯GS450h上運用過。但與吉利不同的是,當時GS450h上的2擋位變速箱是專供驅動電機使用的,發動機並不能共用。這個2擋變速箱的工作邏輯很簡單,當車輛處於靜止起步加速或者低速行駛階段時,車輛的驅動電機會掛上1擋,來放大扭矩提升加速性能;而當車輛高速行駛時,驅動電機就會掛上2擋,通過降低轉速來提高效率,並且還能提升車輛的最高行駛速度。
也正是因為GS450h的驅動電機配備了2擋變速箱,因此這台車的0-100km/h加速時間比GS300快了1.3秒,達到了5.9秒,同時NEDC油耗也控制在了8.1L/100km的水平。不過這台車的售價也從GS300的69.6萬,漲到了89.8萬的高價!
待時間來到2017年,雷克薩斯又推出了LC500h跑車,這台車在原來THS-II的基礎上增加了4個擋位,並且這4個擋位還可供驅動電機和發動機共同使用。在這台4AT的扭矩放大下,儘管LC500h的3.5L自吸發動機和電機功率都不大,但它依然做出了5秒破百的優秀加速成績。比發動機、電機動力參數相近的GS450h快了整整0.9秒,並且這還是在LC500h這台車比GS450h重了100多公斤前提下實現的成績。
除了LC500h外,雷克薩斯旗艦轎車LS500h也採用了這套混合動力系統,作為一款D級豪華轎車,LS500h的NEDC百公里油耗只有6.8L,並且百公里加速僅需5.4秒。由此可見,為包括驅動電機在內的混動系統增加多擋位變速箱是件多麼有益的事情。
豐田多級混合動力系統結構
上面鋪墊了這麼多,終於可以進入今天的正題了!既然為包括驅動電機在內的混動系統匹配變速箱是一件好處多多的事情,那為何至今都沒有哪台親民家用車的混動系統搭載了這項技術呢?除了技術難、成本高以外,有一個非常重要的原因就是,普通家用車多為橫置發動機,基本沒有空間在佈置了混動電機的情況下再在機艙內橫向塞進一套能為驅動電機提供擋位的變速箱了。
左:上汽EDU / 右:吉利 DHT Pro
此時縱觀市面上的解決方案,也就只有行星齒輪組這種結構緊湊、重量輕的形式能夠在橫置發動機機艙有限的橫向空間內實現多達3個的擋位數量了,並且還不會像當年上汽EDU的AMT變速箱那樣,在換擋時會產生動力中斷的情況。
3擋 DHT Pro變速箱
可由於行星齒輪組的加工工藝難度極大,目前只有像是採埃孚、愛信,以及通用、福特這樣的全球大廠有實力、有錢去造,所以像是此前國內最早造出能為驅動電機、發動機都提供換擋變速箱的上汽EDU,也只是採用了結構簡單的AMT結構。由此可見,吉利為了自己生產出這套通過行星齒輪組換擋的3AT,背後一定砸了不少的錢,並且吃了不少的苦。
通過上圖我們可以看出,吉利這套3個擋位DHT Pro變速箱位於驅動電機以及發動機+ISG電機之間,所以無論是驅動電機單獨驅動車輪、發動機單獨驅動車輪,還是二者合力一同驅動車輪,都是能借助這台3AT變速箱來改變速比的。不過要提前聲明的一點是,此次吉利官方並沒有給出這套混動系統中,發動機+ISG電機、驅動電機以及3擋變速箱在不同工況下的具體工作邏輯。
但根據混動系統的通用邏輯,我們也是可以估計出大概的:當車輛處於低速或中低速區間行駛時,上圖右側那個名為“第一離合器”的離合器便會斷開,進而使發動機+ISG電機與3AT變速箱斷開,車輛將會由驅動電機組合3AT變速箱帶動行駛。此時發動機會根據電池電量來決定是熄火還是啓機帶動ISG電機進行發電。而這種狀態就跟本田的i-MMD一樣,在中低速處於串聯模式。但要注意的是,本田的i-MMD可沒有擋位,不能像吉利這套“雷神動力”一樣,能通過3個擋位時刻讓電機處於省電的狀態。
而一旦第一離合器結合,發動機的動力就會經過3AT變速箱傳遞至車輪,如果此時驅動電機繼續運轉,那麼發動機和電機的動力就會一起傳遞到車輪。如果驅動電機停止工作,那就會變為發動機直接驅動,這時就屬於並聯模式。
星越L雷神智擎Hi·X油電混動版
由於這次試駕的車型為星越L雷神混動版試裝車,外觀和內飾並非是最終版,所以下面我們主要來聊聊這款車在油耗、動力、NVH方面的真實表現。動力方面,星越L混動版搭載全新的三缸1.5T發動機,最高熱效率達到了43.3%,不過由於採用了省油的米勒循環,所以動力性能相比奧托循環有所下降,最大功率150馬力,峯值扭矩225N·m,與發動機匹配的是我們上面着重介紹的3擋DHT Pro變速箱。
星越L混動與RAV4、CR-V混動一樣都沒有外接充電口,所以油耗幾乎不受電池容量和電量的影響。咱們先來聊聊這款車的油耗表現,我們這次單程試駕距離為50.4公里,涵蓋城市環路、市內幹路、國道、山路,全程耗時1小時15分鐘,平均時速為40km/h,最終在車上3個成年人,且沒開空調的情況下,我開出的表顯油耗為4.1L/100km。考慮到星越L的整備質量比RAV4、CR-V更重,所以如果它的表顯油耗與實際油耗相近的話,那麼這個成績可是相當優異了。
在運行邏輯方面,就像我上面説過的那樣,官方並沒有給出發動機+ISG電機、驅動電機以及3擋變速箱在不同工況下的具體工作邏輯。但根據我在試駕中的摸索,我發現它與豐田、本田的混動一樣,發動機在低速起步階段是沒有啓動的。此時,電池會為驅動電機供電來帶動車輛以純電模式行駛。隨着車速的提高,發動機會啓動並帶着ISG電機單獨發電,並且不會與3AT變速箱連接。這也就意味着,如果開着混動星越L在市區行駛,那這台車開起來完全就是一台電車的感受。
而當混動星越L的車速超過80km/h,或者車輛行駛在上坡路中負載較大的路段時,這套混動系統便會自動切換成並聯模式,發動機會與3AT變速箱相連,並直接輸出動力驅動車輪。除此之外,像是駕駛員在起步或者中低速階段進行急加速,發動機也會和驅動電機展開並聯模式,通過3AT變速箱為車輛帶來最強大的動力輸出,這也是沒有變速箱的本田i-MMD根本無法實現的工況。
由於RAV4、CR-V的混合動力系統只有1個固定擋位,所以不論行駛速度和油門開度如何變化都不會產生頓挫,然而星越L油電混動版有3個擋位,電機和發動機輸出的動力都會經過3AT後再傳遞到車輪,那麼這就對它的換擋平順性提出了考驗。在此次試駕中,我也着重對這點進行了體驗,在嘗試過多種駕駛風格和方法後,我發現這台3AT無論是緩慢加速、急加速 、減速、滑行都不會出現頓挫,而且發動機和電機介入的又快又順,可以説這套混動系統匹配的相當完善了。
混動系統的噪音是人們常常忽視的考量維度,其中噪聲的來源通常有兩部分,一是為了打造出熱效率更高的發動機,廠商都會將發動機的點火角儘量提前,這便會導致發動機的燃燒噪音變大;二是驅動電機偏高的轉速,又容易使電驅動變速箱齒輪產生高頻嘯叫。而這些問題在豐田、本田的混合動力上都出現過。
在試駕星越L混動版的過程中,我大多是開着窗户駕駛的,按理説發動機和電機的運轉聲我在車內應該聽得一清二楚,不過當我在市區以相對温柔的風格駕駛時,我是基本沒察覺到發動機介入時的動靜,以及運轉聲和震動的。所以我認為,如果不提前告知試駕者這是一台混動車型,相信很多人第一次開星越L油電混動版都會誤以為這是一台純電動車!不過,這輛開起來安靜如純電動車般的混動,最吵的工況並不是地板油加速,而是怠速時發動機臨時啓動發電的聲音,那種三缸機本身不佳的聽感,疊加發動機發電所需的些許轉速,最終的聲音要遠比一般純燃油車更明顯也更粗糙。好在,混動車很少會在怠速的時候發電。
在短短几年內,中國汽車品牌不僅從沒有像樣的混動進化到了優秀混動遍地開花,而且還直接拼到了“內卷”的程度......能與本田掰手腕的比亞迪DM-i混動只有1個擋,可它卻將性價比做到了極致,最低只賣10.58萬。長城DHT晚到一步,卻將混動“卷”到了2擋。吉利雖然頂着“罵名”遲遲沒有發佈混動,但這一發布就憋出了一個大招,搞定了難度極高的工藝,並直接“卷”到了國際領先的水平!這對於作為消費者的我們而言, 那絕對是一件好事,要知道2016年擁有2個擋位的雷克薩斯GS450h的售價高達74.5萬,而今天擁有3個擋位的星越L油電混動版預售價卻只有17.37萬元,這再一次印證了那個真理:一項技術如果被中國掌握了,那它很快就會變成白菜價!