【混動百科】什麼叫DHT?本田、長城、吉利的DHT有何區別?

上一期我們淺談了「混聯式結構」之一的「功率分流」,其結構與邏輯可謂複雜至極,本期我們來聊以「本田i-MMD混動系統」為代表的另一類「混聯式結構」。

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本田i-MMD混動系統結構示意圖

在此前「Px電機架構」的章節中,我們曾經淺談過「本田i-MMD混動系統」,這套混動系統與使用「行星齒輪組」的「功率分流」混動變速器最大的結構區別便是:無法在「串聯」、「並聯」兩個模式之間做無縫轉換,而兩種模式的切換完全取決於「離合器」的開合。換言之,「混動變速器」內的「功率」要麼以「機械功率」傳遞,要麼以「電功率」傳遞,沒有中間檔。

「本田i-MMD混動系統」的兩個小侷限:發動機和擋位

這種『非黑即白』的選擇模式也帶來一個技術難點——如何克服「串聯模式」下,傳動效率較低的問題。由於在「串聯模式」下由於「發動機」輸出的「功率」必須通過兩台「電機」傳輸,也就是要進行『「機械功率」轉「電功率」再轉「機械功率」』的多次能量形式的轉換,無法避免的有能量損失。

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串聯模式下,功率傳輸流程距離長

比如整套「本田i-MMD混動系統」傳輸效率在大部分情況下都能達到 95% ,但在「串聯模式」下,雖然此時的「發動機」在最佳工況高效率進行運作,但整體傳輸效率卻還要降低5%,即在90%左右,這個效率只能説是中規中矩,與 「CVT變速器」(無級變速器)處於同一水平。

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本田i-MMD混動系統部件/工況對照表

故此,在車速超過70公里/時的高速巡航工況時,「本田i-MMD混動系統」則會選擇切換至「並聯模式」,「發動機」與「電機」共同驅動汽車,整套系統的傳輸效率恢復到最佳狀態。看到這裏大家會問,既然「並聯模式」的效率更高,那「本田i-MMD混動系統」為什麼不增加「並聯模式」的範圍呢?其中的原因大致有2點:

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奧托循環&阿特金森循環的工作原理

1. 「阿特金森發動機」的限制:考慮到「阿特金森發動機」的熱效率和燃燒穩定性,故此,轉速一般只能保持在1200~3000轉/分鐘。另外,「阿特金森循環」在高扭矩的效率不如「奧托循環」,所以,一般只能用於低、中扭矩區域。更多關於「阿特金森發動機」可查看往期內容;

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Honda CR-V Hybrid(2019)

2. 「擋位」限制:目前「本田i-MMD混動系統」只給「並聯模式」配備了一個「擋位」(「傳動比」為 0.803),相當於傳統「變速器」裏的6擋,所以,系統將「並聯模式」的介入時機定在70公里/時。

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搭載兩個凸輪的VTEC發動機的結構

既然知道了侷限在哪裏,那麼我們就可以着手解決。比如「本田i-MMD混動系統」從「發動機」進行調整,選擇搭載「VTEC系統」(Variable Valve Timing and Valve Lift Electronic Control System ,即「可變氣門正時和升程電子控制系統」)的「發動機」,旨在使「發動機」能在「阿特金森循環」與「奧托循環」中切換,以滿足「扭矩」匹配的要求。

快速進入「並聯模式」:『多擋位』方案

然而考慮到「發動機」的經濟性,「本田i-MMD混動系統」仍然將「阿特金森循環」用於多數的工況。而目前國內的車企在提升「混動專用發動機」「熱效率」的同時,開始在自己的「DHT」(Dedicated Hybrid Transmission,即「混合動力專用變速器」)增加更多的「擋位」,以便整個系統更快速地進入「並聯模式」的經濟工況。

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長城檸檬DHT示意圖

這裏我們要先來解釋一下什麼叫「DHT」?簡單地理解便是我們此前提到的所有將雙「電機」融入「變速器」的『混動變速器』總稱。而搭載「DHT」的混動系統我們稱其為「DHT混動系統」,目前主流的「DHT混動系統」都具備以下特點:

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長城檸檬DHT混動系統組成部件示意圖

  • 採用「混動專用發動機」:通常為「阿特金森循環」或深度「米勒循環」的「發動機」,峯值熱效率和高效區範圍遠比燃油平台「發動機」更出色;
  • 更高效的「電機」:通常採用兩個『扁線+油冷+高速』配置的「電機」,擁有功率和扭矩密度高、峯值效率高、高效區範圍廣、損耗低等特性;
  • 結構高度集成化:「電機」、「變速器」以及「控制器」等部件高度集成,動力集成化耦合;
  • 多模式,快速切換:包括「發動機直驅」、「電機直驅」、「串聯模式」和「並聯模式」4種對應不同「速域」和「功率」工況的模式。
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長城檸檬DHT結構示意圖

聚焦回『為「DHT」增加「擋位」』的問題上,以「長城檸檬DHT」為例,通過上圖我們可以看到,其「DHT」擁有2個「擋位」。

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在低車速急加速時,由於有「1擋」的存在,故此,長城汽車官宣在40公里/時左右時,「發動機」即可介入動力輸出,使得汽車能快速進入「並聯模式」。如此一來,這套混動系統在保證動力充沛的同時,又保證「發動機」的經濟性。

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中高車速全負荷加速時,則可以切換至「2擋」,此時,由於「發動機」的「功率」被放大,釋放出更大的扭矩,長城汽車官方宣稱『可比單檔串並聯架構的輪端力矩大1000N·m左右』。

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長城檸檬DHT混動系統多種模式(動圖)

『兩擋直驅』應該算是「長城檸檬DHT混動系統」最大的特點之一,當然,常規的「純電模式」、「串聯模式」和「動能回收模式」也不會少。而從混動控制的邏輯與工況對應後,我們大致可以歸納如下:

低速工況:車輛採用「純電模式」,內部集成高性能驅動「電機」保證低速爬坡超大馬力,動力響應迅捷,加速平順,此時為『零油耗』;

中高速工況:「發動機」和「電機」採用「混聯式」模式,在「並聯」和「串聯」中靈活切換,可充分發揮「發動機」和「電機」的雙重驅動能力,保證更好的燃油性;

高速工況:「發動機」與「電機」進行「並聯」驅動,提供充沛的動力,保證高速路況加速更平穩,動力更強勁。

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長城檸檬DHT混動系統的串聯模式

若你問我,為什麼沒有「發動機直驅模式」?其實是有的,不過這種工況發生的情況比較少。因為通常在高速巡航時,才會有機會(非必須)讓「發動機」單獨去驅動「車輪」,但只要對「功率」和「扭矩」的需求有一點點變化,整個系統就有強烈的趨勢,去切換到其他的模式,比如:

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很難出現的發動機(2擋)直驅模式

切換到「串聯模式」:動力要求很弱,「發動機」的「功率」過剩,正好可以帶動「電機」來發電,為「電池」充電;

切換到「並聯模式」:動力要求較強,「P3電機」直接介入,與「發動機」共同輸出「功率」;

切換到「混聯模式」:動力要求一般,此時,可以是「P1電機」介入調整「發動機」的「扭矩」或「轉速」。亦或是「發動機」帶動「P1電機」為「P3電機」發電,並將多餘的「功率」傳輸到「輸出軸」。

總之大家要記住一個原則:「DHT混動系統」不刻意追求單一零部件或單點效率最高,而是追求動力總成的綜合效率最大化。

國產DHT的崛起:新混動時代即將到來?

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雷神智擎Hi·X混動系統包含兩款DHT和兩款混動發動機

無獨有偶,最近吉利汽車也發佈了新一代的混動平台「雷神動力平台」,而下屬模塊中包含一套混動動力總成——「雷神智擎Hi·X混動系統」,其中的「DHT Pro」通過獨特的雙排「行星齒輪組」實現了「3擋」佈局。

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雷神智擎Hi·X混動系統中的DHT Pro示意圖

吉利汽車官方資料顯示,「DHT Pro」在20公里/時的速度下便可進入「並聯模式」。且在「1擋」的大速比加持下,實現彈射起步,讓起步加速的能力提升50%。此外,「DHT Pro」將「電機」、「變速器」和「控制器」等多個部件進行高度集成,能夠承受的最大輸出扭矩達到了4920N·m。

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定軸齒輪換擋結構(長城檸檬DHT100)示意圖

雖然「雷神智擎Hi·X混動系統」與「長城檸檬DHT混動系統」同屬於『多擋位傳輸』的「DHT」,但的確存在着一些區別:「長城檸檬DHT混動系統」屬於『定軸齒輪換擋結構』,而「雷神智擎Hi·X混動系統」屬於『行星齒輪組換擋結構』。這裏不展開詳解,我們放在單品牌介紹中再細聊。

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市售的部分DHT產品參數對比(點擊放大查看)

總而言之,言而總之,增加「DHT」的「擋位」都是為了延長「發動機」在最高效率區間的使用工況,從而減少傳輸損耗較大的工況,達到提升整套動力總成綜合效率的目標。

光從技術的角度來看,目前國內的「DHT混動系統」已有崛起的趨勢。當然,我們還要通過最終裝車後的實際表現來判斷一套混動系統是否成功。最後,我用無限暗示的眼神看向本田,弱弱地問一句:

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