丰田、本田和别克的混合动力,谁才是最强?

15万左右选一台合资品牌的混动车该怎么选呢?在之前也就只能在同一款车之间犹豫不决,嗯,我说的就是卡罗拉和雷凌。虽然这个年头混动车型不少,但是15万左右这个价位的主流合资混动却不多,但是!不久前竟然差不多一个时间里,别克和本田各自推出了一台这个价位的混动车型,分别为微蓝6凌派


丰田、本田和别克的混合动力,谁才是最强?


在竞争力上,三台车都是主流合资,都有着非常成熟的混动技术,在机械品质上也是相当靠谱的。但是一旦要花钱的时候,很多人就会开始犹豫了,好像这个不好,那个也不好……


所以,究竟怎么选。

“选燃油车这些问题不就都没有了!”


那么这些电池电量充裕的混合动力车型的有时相比燃油车究竟高在哪?


当我们的脚在油门上疯狂频繁踩下的时候,其实这个时候我们可以发现转速虽然不是紧跟着油门开度变化的,但是转速的波动还是很大的。


这就意味着发动机只有很小一部分时间是在最佳转速区间工作的,因为从下面这张bsfc图片上可以看到,发动机真正高效区间并不大,所以只要你的脚稍微深了或者浅了,它就偏离了这高效的范围。


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所以怎么才可以省油呢?


那肯定就是稳住油门,无时无刻都把转速控制在发动机的最佳转速区间附近工作,但是在复杂的路况下可不比巡航这么好控制油门,那么怎么才能在复杂的路况下省油呢?


我们来看一下有混动系统的发动机是怎么工作的,拿纯电续航更大混动车型(PHEV)举个例子。下面是大概发动机、车速以及电池电量之间的关系


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可以发现,发动机的转速变化不随着油门开度变化而有非常大的变化,而是通过电控系统都能把发动机工况基本保持在最佳的转速区间。


这不就是你需要混动系统的原因了吗!


所以呢,混动系统的推出最重要的目的还是为了让发动机保持在高效的区间工作。

因为一般来说我们在驾驶过程中,发动机工作时,能保持在高效的区间范围的工况并不算多,所以大家的混动系统核心的目的都是希望通过一些手段,把发动机转速控制在最佳能耗区间,同时在一些频繁启停的路况避免发动机在不高效的区间工作。


那么接下来的要点就是这三款混动系统是怎么让发动机在高效区间运转。


三个混动系统结构有什么不同


在介绍工作方式之前,首先看一下在数据上以及结构三款混动系统都有什么不同:


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虽然雷凌双擎凌派混动都是有两个电机,但是负责驱动的电机只有一个,而微蓝6则有两个。


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*丰田THS II


这是搭载在雷凌混动上的丰田的THS II混动系统,包含了一台1.8L自然吸气发动机,两个电机,一套行星齿轮一个能量控制系统以及一个镍氢电池组组成,其中两个电机中只有一个是驱动车辆行驶的电机。


之所以用“古老的”镍氢电池,其实跟丰田这套混动系统的特性有关,而且浅充浅放让电池有更长的寿命。


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*通用混动系统


同样搭载行星齿轮的通用最新的一套双排行星齿轮插电混动系统,包含了一套1.5L自然吸气发动机,两套行星齿轮,两台电机,一个能量控制系统以及一个三元锂电池组以及两个离合器组成。


因为微蓝6是一台插电混动车型,所以电池容量相比之下要高出不少,同时因为电池容量大,纯电续航足够长,所以NEDC工况下的工信部百公里综合油耗也是最低的,仅有1点几


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*本田i-MMD


本田凌派锐混动的混动系统,主要由一台发动机和两个电机组成,和丰田一样,两个电机中只有一个是驱动车辆行驶的电机,系统中还包含一组离合器,一个能量控制系统以及一个三元锂电池组组成。


虽然本田这套混动系统看起来结构非常简单,但是其实设计方面非常有心机,IMMD的两个电机之间其实是靠空心轴套在一起的,这让整个结构看起来非常简洁和紧凑。同时对空心轴的强度非常高,同时空心轴的对中的也是很考验这套系统内的地方,所以虽然看起来简单不经意,但是也是难以复制的存在。


那么这些结构是如何控制发动机在高效的区间工作呢?

从结构上来看,丰田和通用是利用了行星齿轮组;

本田则是用了两个电机分别控制发电和驱动。


无论是三个系统中的任何一个,都是为了解除发动机与车轮的绑定。


工作原理分别介绍

1.丰田混动 行星齿轮组在THS ii系统中作用


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在行星齿轮中的四个部分都各有分工,首先与外齿圈相连的是2号电机,而2号电机主要负责是驱动车辆,也可以理解为外齿圈和2号电机是与车轮相连的。


然后是行星齿轮架,它与发动机相连,当发动机的动力传递到行星齿轮架后,就会带动行星齿轮,然后动力就可以通过行星齿轮分配到外齿圈和太阳轮。


而与太阳轮相连的则是THS系统中的另一个电机,简称1号电机,这个电机的作用主要不是为了驱动车辆,它存在的作用更多是为了调节发动机的转速。


下面分享几个主要的情况下的动力流,这样可以更清晰看明白这个混动系统的原理。

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在低转速的车况下行驶时,为了保持发动机始终在高效区间,电控系统会增大引擎的输出,而冗余的部分的输出会通过发电机转化为电能储存在电池里。


其实丰田这套混动系统最核心的地方在于,发动机始终都被这套系统控制在非常合适的工作区间工作。


尽管我们驾驶时有非常复杂的路况,但是依靠THS II系统的调节,以及电池和电机的适当辅助,让发动机避免在热效率较差的工况下工作,同时又能回收发动机的冗余的能量,以及车辆在滑行以及制动的时候的动能。所以丰田这套系统的作用在将发动机效率最高化。


但是这套系统也不是没有缺点。因为行星齿轮组的外齿圈与MG2电机是始终相连的,也就意味着无论什么情况MG2电机都是需要被带着转动,这在一些情况下会造成一定的能量浪费


说得清晰一点就是,在第二种混合驱动的模式下,尽管不需要2号电机工作,但是发动机将动力给到了齿圈,而齿圈与2号电机连接,那么2号电机必定会被带着空转,造成一定的能量浪费。


2.通用混动系统 行星齿轮组在通用混动系统中的作用


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通用这套混动系统是一套插电式混合动力系统,跟丰田比较相似的地方在于,他们都用了行星齿轮组的结构。


但通用这套动混系统的行星齿轮组跟丰田实则又很不一样他们不同在于行星齿轮的工作方面。通用这套系统的两组行星齿轮是相互作用的,相比丰田来说,通用这套系统有着更多的自由度。


在这套系统中,在两个行星齿轮相连的这两个离合器其实是除了控制机械能是否传递到2号行星齿轮组外,还可以通过控制离合来控制行星齿轮组是否分配动力,减少能量浪费,这个我们通过介绍能量流来跟大家解释。

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以上两个是纯电驱动模式,因为是插电混动车型,车辆更多时间会用到纯电驱动车辆,所以微蓝6设计了两个纯电模式,一个单电机驱动,一个是双电机驱动,电控系统会根据驾驶员油门踏板信号来选择。


混合动力模式分为三种:


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一种是靠行星齿轮组1获得的发动机动力驱动行星齿轮组2获得的电池组动力两者一同驱动车辆。其中因为为了保证发动机在更高效的转速区间工作,所以一部分冗余的机械能会通过一号电机发电,给电池存起来。所以这个时候电池有充电也有放电。


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另一种是车辆需要更高的动力输出,所以靠1号离合和2号离合结合,锁定1号太阳轮,以避免能量流向电机1,尽量将发动机输出的动力全部输出给输出轴,同时2号电机辅助出力。


这里的设计其实非常巧妙,因为利用离合器1和2可以让1号行星齿轮组的太阳轮锁定,这就免去了继续带动电机1的负担,几乎是有完整的发动机输出给到车轮端。

这个模式是在混动模式下最高效的一个模式,因为它避免了大多数动力转换(机械能转电能,电能转机械能带来的能量损耗)

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在最后这个高负荷模式下,动力通过两个行星齿轮组分割,电机1主要作用是为了控制发动机转速,这个作用其实与丰田的1号电机是一样的,所以虽然在图中看起来有能量循环浪费的错觉,但其实这都是为了更好控制发动机的输出。


3.本田I-MMD 看起来是“最简单”的一位


最后一个是本田的混动系统了。这套混动系统的工作原理可以说是三个系统中最简单的了。因为它是三个混动系统中唯一没有行星齿轮组的,少了相互连接又不相互影响的动力“纠缠”,仅用一些巧妙的设计,让一切都变得简单了起来。


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本田这个混动系统中有两个电机,分别是行驶用的电机和发电用的电机当车辆在纯电模式下行驶的时候,行使用电机会使用电池的电能来驱动车辆;


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当电池电量不足,或者需要更多的能量来驱动车辆的时候,发动机会被启动并驱动发电用电机发电,并把电能提供给驱动用电机供电,以此驱动车辆行驶,电池充放电的逻辑主要是看电池中的电能情况,当发电机产生的电力比电动机消耗的电力少时,电池组会放电来补偿驱动车辆。


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当发动机的输出冗余时电能会被充到电池组中。也就是说,在这套混动系统的混动模式中,从发动机到车轮端,是完全没有机械路径的。


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而当车辆进入高速行驶的时候,车辆会根据能效优先的情况需要来判断离合器的结合,当离合器结合,车辆会进入发动机直连驱动模式,也就是跟传统发动机一样,直接靠发动机动力驱动车辆。在这种情况下,发动机如果有富裕的能量,充电用电机会执行辅助行驶和充电。


这个直连模式是IMMD这套混动模式的亮点所在,因为高转速下发动机的效率是比电机要更高的。


总结:


虽然都是混动,但是三家的策略和理念都不尽相同。


首先是丰田的混动系统更多是侧重于用发动机的输出,它是利用电机来调节发动机转速,在复杂路况的情况下,发动机会被保持在高效的区间工作,如果发动机的输出无法满足油门踏板信号的要求,那么这个时候电池会输出动力,与发动机一同驱动车辆行驶。


而当低速行驶的时候,发动机可以也会远离工作的高效区间,这个时候系统会控制发动机在更高转速下工作,这时可以将多余的动力给到电池储存起来。


所以无论油门踏板信号如何,发动机主要还是保持在一个比较高效的转速范围工作,这个转速下的动力需求不足的时候,电池补充,富余的时候,给电池充电。减少发动机在低能效区间工作,同时回收被浪费的能量,在适当的时间释放,驱动车辆。


但丰田这套混合系统还是存在硬伤,行星齿轮虽然分割了动力,但两台电机与发动机仍是始终联动。也就是纯电模式下,虽然1号电机不需要工作,但是因为行星齿轮的特性的原因,它依然会被带着空转。在更高效的工况下,发动机直接驱动车轮,虽然2号电机不需要工作,但是仍会被带着空转,这些都是不必要的能量浪费。而本田则没有这样的问题。


因为本田这套混动系统是更加偏向于电驱动的系统,发动机和车轮在除了直连模式下,可以说是彻底的分离,发动机跟车轮之间是没有任何机械连接的,所有发动机的动能都会通过发电用电机转化为电能。


在巡航的时候,发动机效率比较高,可以进入到发动机直连驱动,这时发动机可以抛开电机的这些累赘,直接驱动车辆行驶,减少不必要的能量损失。这里相比丰田在高速巡航时是非常优势的。


同时如果是更运动的驾驶风格来说的话,本田这套系统相比有行星齿轮组分割动力的丰田来说会更加运动一点,因为本田首先是利用纯电机驱动车辆行驶,动力来的更加直接,其次它的电机功率也更高。


通用这套混动系统作为一个插电式混动,虽然想着买了个插电混动,当然就是关注纯电续航就差不多了,发动机只是备用的,但事实上,较短的纯电续航里程(60km)也只能在短距离的通勤中把它纯电车使用,而在更多时候它依然是台混动车,PHEV依然需要一个很好的混动系统。相比卡罗拉混动来说,微蓝6用两个离合器解决了行星齿轮组无法解藕带来能量浪费的问题,其实是非常高效的设计,同时也有着不错的动力性。


但是很明显,微蓝6这套混动系统相对复杂一些,这就意味着对于能量控制管理的设计要求更高,这也导致了这套混动系统在成本上都要大于丰田以及本田。但是对于一些需要市区纯电通勤使用,以及需要兼顾一定的续航能力的消费者来说,也不需要过于担心它因为没电而不高效。

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页面更新:2024-04-10

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