混動百科丨什麼叫『三擎四驅』?電機是如何被連線起來的?
上一期我們初步地瞭解了混動汽車的一些基礎詞彙,這期,我們就從混動汽車的關鍵——動力總成中的「電機」入手,詳細分析一下這些「電機」的作用以及搭配的方式。
充滿噱頭的『三擎四驅』
首先來談談三代「比亞迪DM混動系統」不為人所熟知的「DM-p技術」,其擁有『雙擎四驅』(比如新款的比亞迪漢DM)和『三擎四驅』兩種模式。這套系統就非常有意思:
比亞迪DM-p『雙擎四驅』模式
『雙擎四驅』模式:也就是在「發動機」前端有一個功率可達25kW(峰值扭矩60N·m)的「P0電機」(BSG電機),在後橋則有一個功率可達180kW(峰值扭矩330N·m)的「P4電機」。此時,「發動機」與「P4電機」可同時驅動車輪,也就是所謂的『雙擎四驅』模式。
比亞迪DM-p『三擎四驅』模式
『三擎四驅』模式:即是在『雙擎四驅』模式下,在「變速箱」(雙離合變速箱)後端配上了一個功率可達110kW(峰值扭矩250N·m)的「P3電機」,當『三擎』(發動機+P3電機+P4電機)共同工作時,理論最大功率可媲美一臺V8的大引擎。
不同位置電機的簡介
在此前的基礎知識介紹中,我們已經基本瞭解了『Px電機』的佈局位置、作用和特點。其中的『P』即是『Position』(位置)的意思,而每個位置上的「電機」具體發揮著什麼作用,接下來就詳解一下。
P0電機:強大的起動電機
傳統汽車的啟動系統
對於傳統汽車而言,當「發動機」運轉時,「傳動皮帶」帶動「發電機」發電,發出來的電,部分直接帶動車內的電氣裝置,比如空調的壓縮機等,多餘的電則為「蓄電池」充電。但對於混動汽車而言,我們希望這個「發電機」能起到更大的作用。
所以,在P0這個位置工程師們設計了電壓與功率更大的「BSG電機」(Belt-driven Starter/Generator,帶傳動起動/發電一體化電機),旨在使其兼具發電和主動調節「發動機轉速」等作用,舉幾種工況:
1. 發電時,「發動機」帶動皮從而帶動「BSG電機」發電,把機械能轉化為電能,發出來的電能透過「電機控制器」,把電能分配給「驅動電機」及「高壓用電器件」;
2. 在等紅綠燈「發動機」停機時,「BSG電機」帶動「空調」的「機械壓縮機」運轉;
3. 驅動時,透過「傳動皮帶」把「BSG電機」的電能轉化為「發動機」的機械能,調節「發動機轉速」。
但目前大部分的「BSG電機」仍然透過「傳動皮帶」傳動,容易出現打滑失效的情況,即使有「張緊器」,其傳動效率仍然有限,不支援其進行更大強度的動力輸出,無論是給發動機加力還是回收動能的功率都有限。
因此,「P0電機」一般只應用於「自動啟停」以及12 ~25 V「微混」和48 V「弱混」,通常還是用於發動機怠速停機、停機後的快速起動、制動時能量的回收。以賓士A級和B級車上使用的「P0電機」為例,其採用的「BSG電機」配合擁有更強調節張緊能力的「液壓傳動帶張緊器」,在啟動發動機和進行能量回收時,實現更高的傳動效率。
當然,對於「P0電機」的最佳化並沒有停止,正如上圖某車企BSG電機的宣傳資料所展示的,「BSG電機」的玩法還有很多,若將「BSG電機」置於「發動機」的前段進行硬性連線,或許能將效率進一步提升,但是否有這樣的必要,仍然存疑。說到『剛性連線』,不妨來看看剛性連線的「P1電機」。
P1電機:與發動機固連
「P1電機」又稱「ISG電機」(Integrated Starter and Generator,盤式一體化起動/發動一體化電機)位於發動機後、離合器前的位置,通常被固連在了「發動機」上,從而取代了傳統汽車的「飛輪」,當然也有例外。
P1電機(ISG電機)示意圖
由於「P1電機」與「發動機」採用剛性連線,通常直接套在「發動機」的「曲軸」上,「曲軸」充當了「P1電機」的「轉子」,只要「發動機」在運轉,「P1電機」就跟著旋轉。因此:
1. 在駕駛人踩下加速踏板後,控制單元會控制「ISG電機」加速轉動,與「發動機」一起做功,確保動力的輸出,同時降低了「發動機」的能耗,達到省油;
2. 在不同程度的制動過程中,「ISG 電機」不再從「蓄電池」中索取電能,從而跟隨「發動機」中的「曲軸」空轉,給「曲軸」帶來負擔,降低轉速,可謂是在給「發動機」制動,同時在慣性的作用下可以發電,逆向為「蓄電池」充電,實現動能回收;
3. 採用機械連線的「P1電機」佈局的傳動效率要比「P0電機」佈局的混動程度更高,因此除了自動起停、微混和弱混外,還可以應用在100 V~200 V電壓的中混系統中。
與「發動機」剛性連線的「P1電機」看似比起「P0電機」效率更高,但兩者都有著一些共同的結構弱點,比如:
1. 無論是「P0電機」還是「P1電機」都存在一個結構上缺點,因為只要「電機」旋轉,「發動機」中的「曲軸」就必須旋轉,無法單獨執行,故此,這裡兩種「電機」都無法單獨驅動車輛;
2. 在動能回收和滑行模式下,「P0電機」「P1電機」也因為必須帶動「曲軸」空轉,其中浪費的部分動能以及增加噪音和振動,使得因此「P0 電機」和「P1電機」都不適合電機、電池更大的強混系統。
好在「P1電機」的結構可靠性較高且成本較低,所以,十分適合運營類車輛使用,比如國內的不少公交車便喜歡採用「P1電機」。此外,早期的本田和賓士也採用過這種架構。比如和搭載第一代「本田IMA混動系統」(Integrated Motor Assist 綜合電機輔助並聯混動架構)的「本田思域Hybrid」、「本田Insight」、七代「本田雅閣混動」、「本田CR-Z」等,又比如「賓士S400 BlueHYBRID」等。
暫告一段落
由於篇幅的原因,我們下期繼續詳解各個「電機」的作用與搭配,若是大家有什麼問題,可以在評論區提出來。下期我們不見不散。