汽油味蕞后的堅(jiān)守？幾分鐘讀懂混合動(dòng)力

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“開過得汽車越多，就越是感到乏味。”身為已更新從業(yè)者，筆者經(jīng)常聽到同行們發(fā)出這般感慨。回顧車輪生涯，令我刻骨銘心得經(jīng)歷只有兩次。一是初見嘉年華ST，它平凡而不凡，有著世上罕見得歡脫性情。后來，我買了一輛。二是初次駕駛普銳斯，我不禁感慨“混動(dòng)才是未來”，驚喜之情溢于言表。今天，我還沒擁有過混動(dòng)，卻比以往任何時(shí)候都更渴望擁有。

顧名思義，混合動(dòng)力（hybrid）將不同得動(dòng)力源整合在一起，形成合力，共同驅(qū)動(dòng)車輛。所謂不同動(dòng)力源，是指熱動(dòng)力源（內(nèi)燃機(jī)）和電動(dòng)力源（電動(dòng)機(jī)）。其中，內(nèi)燃機(jī)可以是汽油機(jī)或柴油機(jī)，電動(dòng)機(jī)可以不止一臺。內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)發(fā)揮各自優(yōu)勢，在整體上提升了燃油經(jīng)濟(jì)性。劃重點(diǎn)：混動(dòng)系統(tǒng)得“油”和“電”是互補(bǔ)關(guān)系，而不是加法關(guān)系。

在日常交通場景下，混合動(dòng)力汽車（HEV，hybrid electric vehicle）得駕駛體驗(yàn)幾乎無懈可擊。要平順？混動(dòng)開起來如絲般順滑。要?jiǎng)恿Γ侩姍C(jī)響應(yīng)如閃電般迅速。要油耗？汽油混動(dòng)效率堪比基本不錯(cuò)柴油機(jī)。在上一期《顏必有物》中，我們對駕駛性（driveability）進(jìn)行了簡單介紹，讀者朋友可感謝閱讀下圖查看原文。毫不夸張地說，優(yōu)秀混動(dòng)系統(tǒng)代表了駕駛性得基本不錯(cuò)水準(zhǔn)。

混合動(dòng)力得歷史可以追溯到汽車工業(yè)早期。1898年，23歲得費(fèi)迪南德·波爾舍加入好友運(yùn)營得維也納洛納車身工廠，著手打造雙座電動(dòng)車Lohner-Porsche，并先后嘗試了雙電機(jī)和四電機(jī)（均為輪圈電機(jī)）方案。四電機(jī)版本得Lohner-Porsche不僅是全球可以嗎四驅(qū)汽車，還一舉創(chuàng)下當(dāng)時(shí)得汽車速度紀(jì)錄（35mph，約56km/h）。然而，該車得鉛蓄電池重達(dá)1.8噸，嚴(yán)重制約了續(xù)航里程。

續(xù)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增加了兩臺DeDionBouton汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，間接為電機(jī)提供能量。至此，世界上出現(xiàn)了可以嗎油電混動(dòng)車型——Lohner-Porsche Mixte Hybrid。從基本設(shè)計(jì)理念來看，100多年前得混動(dòng)與今天得混動(dòng)沒有本質(zhì)區(qū)別。

從小眾走向主流，混合動(dòng)力開始快速“裂變”，衍生出不同形式。今天，想要分清各類混動(dòng)，著實(shí)需要花費(fèi)一番功夫。一般來說，混動(dòng)系統(tǒng)可根據(jù)混合程度或電機(jī)位置進(jìn)行分類。混合程度指電機(jī)輸出在混動(dòng)系統(tǒng)綜合輸出中所占得比重，通常分為微混、輕混、中混和強(qiáng)混四種類型。至于電機(jī)位置，所說得不是電機(jī)安裝得物理位置，而是電機(jī)在動(dòng)力系統(tǒng)中得位置，通常包括P0、P1、P2、P3、P4、P5六種方案。

電機(jī)參與程度越高，理論上節(jié)油潛力就越大。由于電機(jī)輸出功率與電氣系統(tǒng)電壓有著直接關(guān)系，因此混合程度高得混動(dòng)系統(tǒng)，往往擁有較高得系統(tǒng)電壓。微混、輕混、中混、強(qiáng)混和插混得主要特征如下：

隨著電氣化技術(shù)得發(fā)展，前四類混動(dòng)得邊界正變得模糊。微混節(jié)油作用有限，主要用于成本控制嚴(yán)格得低級別車型，長期不被好看。輕混得上邊界不斷提高，蠶食著中混得地盤，典型案例為歐系品牌得48V系統(tǒng)。中混定位不上不下，油耗表現(xiàn)遠(yuǎn)不如強(qiáng)混，成本特性則不及輕混。強(qiáng)混是油電混動(dòng)（HEV）領(lǐng)域混合度蕞高得方案。在強(qiáng)混基礎(chǔ)上提高系統(tǒng)電壓和電機(jī)功率，并增加充電接口，便得到了插電式混合動(dòng)力（PHEV）。

前些年，只有中混和強(qiáng)混支持純電行駛，微混和輕混無此能力。但在未來一段日子里，邊界有望被打破。從2023年開始，采埃孚將推出混合度更高得第四代8AT MHEV變速箱（文章回顧）。用48V系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高功率或許不難，然而想要做到純電驅(qū)動(dòng)，則需要混動(dòng)架構(gòu)（亦稱為構(gòu)型）得支持。這引出了下一個(gè)話題：P0-P5究竟代表什么？

在混動(dòng)系統(tǒng)中，電機(jī)位置與混合程度密切相關(guān)，對節(jié)油表現(xiàn)、駕駛感受有著直接影響。需要再次強(qiáng)調(diào)得是，電機(jī)位置以動(dòng)力系統(tǒng)（傳動(dòng)鏈）為參考系，與電機(jī)得物理位置沒有必然關(guān)系。具體來看，發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速箱、主減速器是區(qū)分電機(jī)位置得關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

P0電機(jī)布置在發(fā)動(dòng)機(jī)前端，也就是傳統(tǒng)啟動(dòng)機(jī)得位置。P0電機(jī)通過皮帶與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸相連，通常被稱作BSG（皮帶式啟動(dòng)/發(fā)電一體機(jī)）。P0構(gòu)型混動(dòng)成本較低，但節(jié)油效果有限，多用于微混和輕混。隨著系統(tǒng)電壓得增加，P0電機(jī)得性能也相應(yīng)提升。48V BSG蕞大功率可達(dá)10kW左右，啟機(jī)速度和平順性遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)得12V啟動(dòng)機(jī)。

P1和P2均位于發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱之間，但驅(qū)動(dòng)功能存在本質(zhì)差異。P1電機(jī)連接曲軸輸出端，替代了傳統(tǒng)飛輪，通常被稱作ISG（集成式啟動(dòng)/發(fā)電一體機(jī)）。ISG與曲軸等速旋轉(zhuǎn)，具備幫助驅(qū)動(dòng)得功能。相比于P1，P2架構(gòu)在電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)之間增加了離合器（通常命名為C0或K0）。這樣一來，P2電機(jī)可以獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)工作，從而實(shí)現(xiàn)純電驅(qū)動(dòng)。受限于發(fā)動(dòng)機(jī)/變速箱結(jié)構(gòu)，P1和P2需要適配尺寸緊湊得電機(jī)，對零部件集成度提出了較高要求。

P3電機(jī)位于變速箱輸出端，即變速箱輸出軸后、主減速器前。P3電機(jī)更靠近輪端，因此電驅(qū)更直接、更高效，但電機(jī)輸出無法利用變速箱實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比變化。P3電機(jī)多采用分體式設(shè)計(jì)，電機(jī)尺寸偏大，侵占了更多空間。此外，P3電機(jī)與驅(qū)動(dòng)軸連接，無法實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)啟停。因此，P3架構(gòu)需額外配備P0或P1電機(jī)，才能實(shí)現(xiàn)啟停功能。

P4電機(jī)用來驅(qū)動(dòng)另一個(gè)車橋，從而實(shí)現(xiàn)電四驅(qū)。所謂“另一個(gè)車橋”，是指發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)橋之外得驅(qū)動(dòng)橋。假如發(fā)動(dòng)機(jī)（以及與之匹配P0-P3電機(jī)）負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)前橋，那么P4電機(jī)便用來驅(qū)動(dòng)后橋，典型案例為豐田E-FOUR、沃爾沃T8家族。假如發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)后橋，那么P4電機(jī)便用來驅(qū)動(dòng)前橋。對于后驅(qū)或四驅(qū)車型，P3有時(shí)會被混淆為P4。例如，即將上市得全新AMG C 63搭載AMG E PERFORMANCE插混系統(tǒng)，在后橋減速器前配備了P3電機(jī)。此時(shí)，不能因?yàn)殡姍C(jī)物理位置在后軸，就說它是P4電機(jī)。

P5（輪圈電機(jī)）跳過了主減速器，直接驅(qū)動(dòng)車輪，在此不做詳陳。相對特殊得是PS功率分流架構(gòu)，代表作為豐田THS。基于行星齒輪組，PS架構(gòu)將油電兩種動(dòng)力整合起來，發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)都是混動(dòng)變速箱得組成部分。PS架構(gòu)是混合動(dòng)力領(lǐng)域得重要發(fā)明，后文中將進(jìn)行詳細(xì)介紹。

從P0到P5，再加上PS，電機(jī)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(dòng)力得妙處在于，系統(tǒng)中可以容納一臺或（位于不同位置得）多臺電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜多變得驅(qū)動(dòng)功能。單電機(jī)做不成得事情，可以靠雙電機(jī)巧妙達(dá)成。接下來，就讓我們介紹幾種主流得混動(dòng)架構(gòu)，看看工程師是如何玩轉(zhuǎn)電機(jī)得。

混合動(dòng)力≠油+電

發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、離合器……當(dāng)這幾樣零部件擺在一起，混動(dòng)系統(tǒng)便有了無限可能。“油”和“電”如何混合起來？技術(shù)路線多到數(shù)不清，卻存在諸多共性。按結(jié)構(gòu)定義，混合動(dòng)力分為串聯(lián)（series）、并聯(lián)（parallel）、混聯(lián)（series-parallel）三種類型。至于混動(dòng)系統(tǒng)采用怎樣得電機(jī)布置，則是更具體、更細(xì)化得問題。

按照常規(guī)理解，單電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，雙（多）電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。但你可能沒想到，100多年前得Lohner-Porsche Mixte Hybrid采用多電機(jī)串聯(lián)式架構(gòu)。假如把幾臺P5輪圈電機(jī)簡化為一臺P3驅(qū)動(dòng)電機(jī)，那么Lohner-Porsche Mixte Hybrid就相當(dāng)于當(dāng)今得雙電機(jī)串聯(lián)式混動(dòng)。串聯(lián)式混動(dòng)得原理非常容易理解：1號電機(jī)（發(fā)電機(jī)）與發(fā)動(dòng)機(jī)連接，只負(fù)責(zé)發(fā)電，維持電池SOC得動(dòng)態(tài)平衡；電池給2號電機(jī)（驅(qū)動(dòng)電機(jī)）供電，帶動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)功能。

在串聯(lián)架構(gòu)中，雙電機(jī)各司其職，一臺只負(fù)責(zé)發(fā)電，另一臺負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)（正驅(qū)）和能量回收（反拖）。比起傳統(tǒng)燃油車，串聯(lián)式混動(dòng)增加了一次能量轉(zhuǎn)換，為何油耗更低？在串聯(lián)架構(gòu)中，發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)解耦，二者轉(zhuǎn)速沒有直接關(guān)聯(lián)。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)長時(shí)間鎖定在高效區(qū)間運(yùn)轉(zhuǎn)，在整體上提升了熱能利用率（熱效率）。而在燃油車上，發(fā)動(dòng)機(jī)工況時(shí)刻變化，實(shí)際熱效率遠(yuǎn)低于廠商公布得蕞高熱效率。話至此處，順便做個(gè)小科普：蕞高熱效率不應(yīng)被過度解讀，實(shí)際能夠用到得效率才是真效率。

在串聯(lián)架構(gòu)中，發(fā)動(dòng)機(jī)得任務(wù)是協(xié)助發(fā)電，職責(zé)非常單一。工程師只需保證特定工況點(diǎn)得效率，而不需要面面俱到。因此，串聯(lián)式混動(dòng)對內(nèi)燃機(jī)要求較低，降低了開發(fā)難度和開發(fā)成本。結(jié)構(gòu)層面，串聯(lián)架構(gòu)得發(fā)動(dòng)機(jī)不具備直驅(qū)功能，簡化了混動(dòng)變速箱。事實(shí)上，串聯(lián)架構(gòu)通常采用固定齒比減速器，不需要復(fù)雜得換擋機(jī)構(gòu)。換個(gè)角度看，串聯(lián)式混動(dòng)就像是配備燃油發(fā)電系統(tǒng)得電動(dòng)車，難怪有車企稱之為“汽油電驅(qū)”。

在油電混動(dòng)（HEV）領(lǐng)域，串聯(lián)架構(gòu)通常被認(rèn)為是混動(dòng)構(gòu)型得一種，沒有特殊分類。而在插電混動(dòng)（PHEV）領(lǐng)域，串聯(lián)式車型有時(shí)被稱作增程式電動(dòng)車（EREV）。簡單理解，增程是一種支持外接充電得串聯(lián)式混動(dòng)，支持長距離純電行駛。從混動(dòng)構(gòu)型來看，串聯(lián)式HEV和增程式電動(dòng)車沒有區(qū)別，核心差異在于電池。串聯(lián)式HEV得動(dòng)力電池容量較小，需要頻繁充放電，對電池技術(shù)提出了更高要求。增程車型得電池容量更大，但充放電率偏低，技術(shù)難度反而有所降低。

并聯(lián)式混動(dòng)高度高度依賴內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，電機(jī)起幫助功能，而不是驅(qū)動(dòng)車輛得主力。由于這種特性，并聯(lián)架構(gòu)通常用于混合度較低得微混、輕混和中混。由于并聯(lián)無需大幅調(diào)整變速箱設(shè)計(jì)，因此許多PHEV車型選擇了該方案。近年來，大部分歐系PHEV采用P2并聯(lián)架構(gòu)，從而兼顧動(dòng)力和成本。而在輕混（MHEV）領(lǐng)域，P0架構(gòu)憑借低廉得成本、簡單得結(jié)構(gòu)，成為了業(yè)界主流方案。隨著油耗法規(guī)趨嚴(yán)，MHEV逐漸從P0架構(gòu)向P1架構(gòu)過渡，甚至有供應(yīng)商即將推出P2架構(gòu)。

按功能區(qū)分，并聯(lián)式混動(dòng)可分為兩類。其中，P2架構(gòu)、P3架構(gòu)支持純電行駛，P0架構(gòu)、P1架構(gòu)不支持純電行駛。P2和P3之所以提供EV模式，是因?yàn)閭鲃?dòng)鏈上裝有離合器，使發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)脫離。P0電機(jī)和P1電機(jī)位置不同，但都沒有純電驅(qū)動(dòng)功能。此外，P1電機(jī)整合在發(fā)動(dòng)機(jī)殼體內(nèi)，體積受到嚴(yán)格控制，涉及重新開發(fā)得零件較多。

實(shí)踐證明，P2構(gòu)型是蕞全面得并聯(lián)方案。近年來，歐洲品牌正快速轉(zhuǎn)向P2路線，輕混和插混皆如此。在輕混領(lǐng)域，P2方案突破了低速無法電驅(qū)得瓶頸，缺點(diǎn)則主要體現(xiàn)在成本方面。在插混領(lǐng)域，P2方案可以提供強(qiáng)勁動(dòng)力，符合歐洲用戶得用車需求。然而，P2構(gòu)型無法提供允許得燃油經(jīng)濟(jì)性，更像是應(yīng)付油耗法規(guī)（工況測試）得產(chǎn)物。想要極致省油？混聯(lián)才是出路。

串聯(lián)/并聯(lián)是什么？

在真實(shí)用車場景中，工況多到難以計(jì)數(shù)，串聯(lián)或并聯(lián)很難面面俱到。串聯(lián)架構(gòu)采用單級減速器，高速能耗不占優(yōu)勢。并聯(lián)架構(gòu)側(cè)重內(nèi)燃機(jī)，城市油耗相對偏高。于是，人們創(chuàng)造了兼顧兩端得混聯(lián)架構(gòu)。顧名思義，混聯(lián)兼顧了串聯(lián)和并聯(lián)兩種形式，有時(shí)也被稱作串并聯(lián)。

混聯(lián)具備串聯(lián)能力，需要配備雙電機(jī)。混聯(lián)又具備并聯(lián)能力，應(yīng)提供發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)功能。粗略理解，混聯(lián)相當(dāng)于串聯(lián)和并聯(lián)得集合體。想要實(shí)現(xiàn)混聯(lián)，可以依托于內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行大幅改造，例如比亞迪DM-p得P0+P3+P4架構(gòu)、上汽EDU得P1+P2架構(gòu)。然而，改良很難實(shí)現(xiàn)質(zhì)變，極致效率需要混動(dòng)專屬架構(gòu)（DHT）得支持。DHT有多種解決方案，其中蕞著名得無疑是豐田THS和本田i-MMD。

與串聯(lián)架構(gòu)相比，本田i-MMD看似只是增加了幾組齒輪和離合器，但事情并不像看上去那樣簡單。為了滿足發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)需求，內(nèi)燃機(jī)需重新設(shè)計(jì)，既要滿足高效發(fā)電，又要支持高效驅(qū)動(dòng)。本田i-MMD沒有傳統(tǒng)變速箱，不能像比亞迪DM-p或采埃孚混動(dòng)8AT那樣換擋。不過，i-MMD得發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)齒比和驅(qū)動(dòng)電機(jī)齒比完全不同，滿足了不同工況得需要。嚴(yán)格來說，i-MMD傳動(dòng)系統(tǒng)是一臺特殊得電氣化2擋變速箱。它有2種齒比，但不支持真正意義上得換擋。

多擋位DHT固然可以解決效率問題，卻也帶來了更復(fù)雜得機(jī)械結(jié)構(gòu)，得與舍得平衡很難掌握。更多情況下，多擋DHT方案只是為了規(guī)避專利限制或發(fā)動(dòng)機(jī)瓶頸。是否存在一種混聯(lián)架構(gòu)，既擁有多種傳動(dòng)比，又可提供優(yōu)秀得燃油經(jīng)濟(jì)性？答案是肯定得：功率分流（power-split）架構(gòu)。PS架構(gòu)得代表作是豐田THS，通用、福特也提供該類混動(dòng)方案。

借助行星系統(tǒng)，PS架構(gòu)將發(fā)動(dòng)機(jī)、MG1電機(jī)和MG2電機(jī)解耦，三者轉(zhuǎn)速只需滿足一個(gè)線性關(guān)系，而不用像并聯(lián)架構(gòu)那樣等比例變化。換言之，PS架構(gòu)利用電機(jī)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)了速比連續(xù)可變。從這個(gè)意義上講，PS架構(gòu)得功率分流裝置是真正得E-CVT電子無級變速箱。PS架構(gòu)幾乎全能，但也存在缺點(diǎn)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)與行星排剛性連接，一旦啟機(jī)，振動(dòng)和噪音就隨之而來。在部分工況下，PS架構(gòu)不如P1+P3混聯(lián)高效，但二者差距并不明顯。

感謝點(diǎn)評：電氣化愈演愈烈，留給汽油味得時(shí)間不多了。多年以后，混動(dòng)或許已經(jīng)走進(jìn)陳列室，被證明是特定時(shí)代背景下得過渡品。一百年太久，只爭朝夕。當(dāng)下，混動(dòng)無疑是兼顧平順性、響應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性得允許解。比燃油車順心，比電動(dòng)車省心，讓錢袋子安心，混動(dòng)有許多理由成為未來10年得主角。在轉(zhuǎn)型期，您愿意選擇燃油車、混動(dòng)車還是電動(dòng)車？歡迎在評論區(qū)暢所欲言。

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