混动电机的功率状态下,电机和发动机功率是怎么分配的P恍

  本田i-MMD双电机系统打造的是“環保+乐趣”的高效率双电机系统带来压倒性的低油耗性能,同时高效率电机也能带来畅爽的加速和响应本田这套混动电机的功率系统昰由一台2.0L阿特金森循环和两台电动机组成。其中一台电机用于发电另一台用于驱动车辆行驶。

  本田这套系统具备三种不同的行驶模式分别是纯电机驱动模式(EV Drive Mode)、混合模式(Hybrid Drive Mode)以及发动机驱动模式(Engine Drive Mode),根据不同的行驶路况切换不同的行驶模式,以达到最佳的行駛状态

  可以看到,这套系统最大的一个特点是在急加速(混合驱动模式)下,发动机是通过驱动发电机利用发电机发出的电力供给驱动电机,最终驱动车轮也就是说,混合驱动模式下发动机与电机是以串联的方式输出,最终只是靠电机来驱动车辆并非发动機与电动机同时驱动车辆,这点与的混动电机的功率系统有很大不同

  另外可以看到,在发动机驱动模式下发动机可以通过离合直接与车轮连接驱动车辆行驶,这也是本田这套系统与的混动电机的功率系统另一个不同丰田的混动电机的功率系统无论在任何时刻,发動机都不能剥离电动机单独驱动车轮尽管在高速状态下,发动机也需要带动电机运转本田认为这种情况下会造成发动机额外的动力损耗。而本田这套混动电机的功率系统则避免这个问题实现更高的效率

【本田i-MMD混动电机的功率系统详解】

  在这次体验的最新版本中,夲田对此前这套系统存在的振动问题进行了优化在试驾过程中明显感受这套系统在运行过程中更加的平稳。不同驾驶模式的切换、发动機的介入动作都非常轻微在环形跑道上试驾时,我刻意采取不同的驾驶风格让系统在不同的驾驶模式中快速来回切换。这套系统总能奣白你的驾驶意图快速切换成相应的驾驶模式,以保持高的燃效

  这次体验营,本田三款全新发动机一套混合动力系统系数登场,负责相关项目研发的主力工程师门也全员到场为我们分别进行一一讲解,这天里本田所传达的信息量实在是太大了一番体验下来,夲田的涡轮发动机不会让你失望而这套混合动力系统经过多次改进优化之后,也更趋成熟除了能大幅降低油耗之外还能拥有强劲的动仂,完全不负“SPORT HYBRID”的称号这些搭载相关涡轮增压发动机以及混合动力车型,均将在今年进入国内市场你准备好钞票了吗?

(2016?镇江模拟)如图为我国自行苼产的高性能汽油和电力混合动力车车辆的部分参数如下表所示.


(1)汽车在平直的公路上以汽油机为动力匀速行驶时,若受到的阻力恒为2000N则汽车的最高速度为多少m/s?

(2)汽车的电动机工作时将

能.汽车在行驶时对路面的压力比静止时

(选填“增大”、“减小”或“不變”).

(3)若某次行驶过程中电动机消耗电能2kW?h,则其输出的机械能为多少J若这些机械能由汽油机输出,至少需要燃烧多少kg的汽油(汽油热值为4.6×10

J/kg,保留1位小数)

对混合动力比较关注的读者应該在阅读一些文章的时候接触过所谓的“Px混动电机的功率”的说法,这是什么意思呢其实这指的是电机的位置,用来区分各种有变速箱嘚并联与串并联(混联)混动电机的功率构型

P是position的意思。对于单电机的混合动力系统根据电机相对于传统动力系统的位置,可以把单電机混动电机的功率方案分为五大类分别以P0,P1,P2,P3,P4命名。

一、P0是电机放在传统启动机的位置

传统汽车发电机与发动机曲轴通过皮带柔性连接當发动机运转时,会有少量的能量传递到这里带动逆变器发电

P0就位于发动机前端附件驱动系统(FEAD:Front End Accessory Drive)上,也就是普通汽车上逆变器的位置P0混动电机的功率就是把这个逆变器换成了一个比较大的电机。

位于发动机前部的该辅助系统包括电动机、电动涡轮、一体式发电机/起動机、高压发电机等

传统汽车上的FEAD如下图所示,其中Crank为发动机曲轴Alt.为逆变器,给车载12V电池充电以满足电动车窗、车灯、电启动器、车載多媒体系统的用电需要A/C为空调压缩机,supercharger为机械增压器P/S为Power Steering助力转向,在这里是机械液压助力的油泵Water Pump为冷却发动机的水泵,Tens为张紧器鼡于调节皮带的受力即传递到皮带上的能量的大小。此外一些老系统用于控制进气时间的凸轮轴也在这个皮带上

P0系统一个重要的优势昰,有了功率较大的BSG(Belt-driven Starter/Generator 皮带传动启动/发电一体化电机)再配合较大的蓄电池,就可以做到在等红绿灯发动机停机的时候带动空调的机械压缩机运转。而P1系统如果要实现同样的功能就需要使用电压缩机。

不过即使P0混动电机的功率有张紧器,一般来说皮带这种软性连接的效率仍然有限,因此无论是给发动机加力还是回收动能的功率都有限

P0因此一般只应用于自动启停系统,以及12-25V微混和48V弱混

典型的微混系统-采用超级电容的马自达i-Eloop,即是P0布局:

液压皮带张紧器Hydraulischer Riemenspanner在P0混动电机的功率中是一个比较重要的部件需要比一般的张紧器调节张力的能力更强,从而保证在启动发动机和动能回收时有较大的传动效率

二、P1是电机放在发动机后离合器前原来飞轮的位置

其实与P0相仿,只不過P1是将ISG(Integrated Starter and Generator盘式一体化起动机/发动机)固连在了发动机上它取代了传统的飞轮,发动机曲轴则充当了ISG电机的转子所以它同样支持发动机啟停、制动能量回收发电。

只要发动机在运转转子就跟着旋转,给定子加一个交流电压有机械连接的P1布局传动效率要高得多,除了自動启停、微混和弱混外还可以应用在100-200V电压的中混系统中。

由于电机与发动机采用了刚性连接所以P1级可以实现动力辅助,在驾驶员踩下油门踏板后ECU会控制ISG电机立刻补充动力,以此让汽车保持动力输出与节油性的高度平衡在不同程度的制动过程中,ISG电机都可以实现发动機制动能量的回收和储存在下长坡时它还会根据具体车速施加辅助制动力矩,以此提升安全性

P1混动电机的功率因为电机直接套在曲轴仩,二者转速必须相等而不像通过皮带连接的P0布局有一个传动比,因此电机需要有比较大的扭矩、比较大的体积同时还需要做得比较薄从而能放到原来飞轮的位置,成本较高

P1 曲轴相连的好处:与皮带轮相比更节油。实际应用中较高的驱动力矩使得驾驶性能更佳;坏處:由于力矩密度高,成本较高;变速箱不同需要有不同的设计方案,逆变器的功率要高一些

这两种布置方式都不适合电机、电池更夶的强混系统。因为不管是P0还是P1只要电机旋转,发动机曲轴就必须旋转这样电机没办法单独驱动车轮。在动能回收和滑行模式下也洇为必须带动曲轴空转而浪费动能并增加噪音和振动。P1系统并没有纯电行驶模式

目前P1级多为中混汽车为主,由于可靠性高而且成本较低国内公交车和自主品牌多采用P1。如果你对于排放没有非常高的要求但是又追求加速性能或者较低售价,那你可以尝试这一类型的混动電机的功率车型

本田思域混动电机的功率和Insight的第一代本田IMA混动电机的功率,以及奔驰的S400混动电机的功率都采用P1布局。

三、P2也布置在发動机和变速箱中间

跟P1一样P2也需要布置在发动机和变速箱中间,但因为不必像P1一样整合在发动机外壳中布置的形式更灵活——不仅可以矗接套在变速箱输入轴上(这样一般需要重新设计变速箱),也可以通过皮带与变速箱输入轴连接甚至也可以使用减速齿轮(体积较大)。

P2在纯电动模式下可以和发动机断开连接因为电机和发动机之间还有个离合器,因此在纯电动模式下发动机并不会被拖动同时由于P2模式下,电机的后面有变速箱因此变速箱的所有挡位都可以被电机利用。

P2的模式是:发动机-离合器1-电机-离合器2-变速箱-差速器-车轮

P2是目湔市面混动电机的功率车型采用最多的模式。电机放在离合器后变速箱前通过在发动机与变速箱之间插入两个离合器和一套电动机来实現混动电机的功率;是一种并联式的两个离合器的混合动力系统。P2和P1模式基本相同唯一区别在于电动机和发动机之间有没有离合器,是鈈是可以切断电动机的辅助驱动

和P1不同的是,P2系统实现纯电驱动了

相比于P1,P2有以下几个优势:

因为和发动机之间有离合器因此可以單独驱动车轮;在动能回收时也可以切断与发动机的连接。

因为和轴之间可以有传动比因此不需要太大的扭矩,可以降低成本和电机的體积

▼大众图昂3.0升V6柴油机+8速自动变速器+P2构型(双离合器),谁能告诉小编这车多少钱

但P2也有劣势,它只有在变速箱切换到空挡的时候才能切断与车轮的连接,从而可以用于启动发动机但如果变速箱不能很快的切到空挡(基于行星齿轮的AT可以),就需要一个额外的启動电机来满足自动启停系统频繁快速启停电机的要求——或者是一个在P1位置的中低压启动电机或者是一个在P0位置的48V以上的中高压BSG电机。後者有两个电机接了中高压因此一般也被称为“P0P2系统”,是双电机直连混动电机的功率(串并联)的一种

从系统结构原理可知,P2是在發动机和变速箱中间硬生生的夹入了一个离合器和一个电机这将会引入一个极其麻烦的问题:轴向尺寸的增加。

主机厂的工程师都知道有时最大的麻烦就是布置问题。为了解决这个硬件上的问题攻城狮们也是蛮拼的,想出了好多点子:发动机减缸(四缸变三缸六缸變四缸)、壳体一体化设计方案、离合器进一步缩入电机内部, 见下图:

说实话这真是堪称机智的硬件设计方案!舍弗勒将离合器系统集荿至电机的定子中推出电动中心式执行机构(ECA),减少执行机构的体积的同时提高离合器的控制精度

中心的12v无刷直流电机可实现约0.002mm的高精喥单步增量控制,使得舍弗勒P2系统可以在“行进间起动发动机”时精确地控制发动机和电机之间的扭距传递

舍弗勒为什么在中国推P2?

实際上Schaeffler舍弗勒除了P2还有48V系统和纯电驱动系统,主推P2当然是经过lao jian ju hua 深思熟虑的了:

1) 政府2020油耗目标P2节油率高

2) P2为模块化设计,集成方便

3) 相仳开发一套新的混动电机的功率系统P2成本低

4) P2可以拿中国插电式混合动力补贴(要求纯电续驶里程>50km)

目前哪些车搭载舍弗勒的混动电机嘚功率系统?

在欧洲P2方案最为流行但欧洲主机厂硬件集成和开发能力较强,舍弗勒多是作为零部件(clutch)供应商满足主机厂的开发需求即可:

舍弗勒推出P2混动电机的功率模块的最大特点是它可以与现有的发动机和变速箱构成的动力总成相配合达成混动电机的功率系统,因为其具有非常紧凑的体积并且在不需要昂贵的离合器配合下可提供超过800Nm的扭矩。可以适应包括从中混到插电重混的各种车型

舍弗勒P2混动电機的功率模块以一种创新性的方式来分配动力走向。扭矩由电机向发动机方向传递启动发动机时其由可分离式离合器Disconnect clutch传递,可传输最大300Nm嘚扭矩而发动机和电机向变速箱侧输出动力的时候,其通过单向离合器One way clutch传输扭矩最大可达到800Nm。

代表车型奥迪a3 e-Tron大众用自己的1.4TSI发动机,搭载永磁同步电机+6速DSG自动变速器峰值功率可以达到150千瓦,而峰值扭矩可以飙升到350牛米

四、P3是电机放在变速箱后面直接驱动主减

P3模式是將电动机挪到了变速箱的末端,模式是:发动机-离合器--变速箱-电机-减速器-车轮

P3模式下的纯电动驱动需要克服前面被拖动的变速箱的加速阻力,电机的换挡是无级且无动力中断相比在电机在变速箱前的P0、P1和P2布局,P3最主要的优势是纯电驱动和动能回收的效率传统车用变速箱都有较大损耗,对于插电混动电机的功率系统来说因为电驱比例高更是不能忍受的。

P3因为电机必须与车轴相连因此电机无法用于启動发动机,因此P1位置的中低压启动电机仍然是必须的而且为了满足自动启停的需要,电机的功率也不能太小电池也需要加大。

但是┅个新的问题出现了,如果用于自驾、露营需要用电,这时候P3的缺点就出来了,当电池电量用完后只能放弃电器;P2就可以启动发动機发电,满足如同电磁炉等大功率的用电电器

吃瓜群众会问了,P2和P3这两个结构有什么不同吗其实,你可以理解它们是一样的毕竟大镓所了解的混动电机的功率,能单独纯电跑能充电,还能油电一起跑能省油,至于什么结构消费者基本不会太在意。

难道P2优秀于P3鈈见得。P3会比P2少一组离合器且纯电传动更为直接,更高效比如比亚迪的秦,在急加速方面就表现非常突出其它混动电机的功率基本朢尘莫及。同样在行驶过程中,可以选用合适的挡位后结合对应的离合器来启动发动机相比P2就容易些,更像是反拖发动机启动

最关鍵的是,对于工程师而言分体设计的难度更低,驱动电机不会在原来的双离合器的位置上硬挤出空间满足电机的安装。但是单减速器带来的高性能电机,可能会提高成本

另外,匹配过电机的同行都清楚额定扭矩和峰值扭矩,以及与发动机的叠加扭矩会对DCT的离合器匹配提出更多的要求。相比秦的P3在匹配电机的时候DCT的双离合器总成未发生更改设计而言,高尔夫的GTE就不见得有那么幸运可能大家都會认为,DQ250的350牛米的输入扭矩未发生变化啊

事实是,原本匹配2.0T的发动机如今改成低功率的1.4T+ISG,才满足了整车需求而原本能满足超过220公里烸小时的车速,如今被降低到202公里每小时其实最高车速对于我们而言,意义不大而百公里提速的变化比较微弱,原因就简单多了变速器是个“管家”的嘛,宅子里的爆棚能力就是“管家”的极限能力。

比亚迪用自己的1.5T+6速DCT自动变速器再加上110KW的电机,完成插电混的动仂总成

P3构型的缺点:电机无法与变速箱或发动机进行整合,需要占用额外的体积理论上来说,P3比较适合后驱车有充足的空间予以布置。此外也可以增加P0位置的BSG电机连上高压电,由此变身为“P0-P3构型”的串并联混动电机的功率

代表车型:本田i-DCD、比亚迪-秦、长安逸动。現代的混合动力采用这种系统此外法拉利的LaFerrari混动电机的功率超跑也是。

五、PS是电机位于变速箱内部

在很多文章中Ps与P3被统一称为P3布局,泹实际上二者还是有区别的P3是电机在变速箱的输出轴耦合,可以离变速箱有一定距离更靠近传动轴,一般采用齿轮或链条传动

而Ps则昰直接整合在变速箱内部的。Ps系统都是基于双离合变速箱的它很好的利用了双离合变速箱可以在两个输入轴之间切换的特点,将电机集荿到了其中一轴(一般是偶数挡位轴)上面

实际应用中被人们称为P3的混动电机的功率构型,其实往往实际上是Ps比如大众速腾混动电机嘚功率、奥迪A3 e-tron、沃尔沃T5前驱混动电机的功率、比亚迪秦等等。使用Ps的方案包含了中混、强混、混合策略插电混动电机的功率以及增程式插电混动电机的功率。

六、P4是电机放在后桥上另外轮边驱动也叫P4

P4模式是把电动机放在了驱动桥,直接驱动车轮P4布局的电机既可以通过鏈条或齿轮驱动前轴/后轴,也可以干脆就像讴歌NSX混动电机的功率超跑那样在一侧取消轮轴而直接用两个轮毂电机,这样一来转弯的性能哽高(不过对于电控的要求也极高)二来省去了轮轴和差速器带来的效率损失和额外车重。

P4布局最大的特点是电机与发动机不驱动同┅轴,这意味着:

(1)车辆可以实现四驱

(2)电机与发动机实际上是通过地面耦合的工作性质虽然跟其它简单并联很类似,但在车内部不存在任哬机械连接

P4布局的特性与P3布局大体相似。不过大部分P4布局(只有一个P4电机接了高压电)不能随意在纯电驱和纯发动机驱动之间切换,這意味着前后驱的切换不利于车辆操控性和舒适性。P4混动电机的功率大多应用于各种插电混动电机的功率或者是弱混模式,因为不方便纯电驱与纯发动机驱动间的切换P4强混反而是比较少的。

因此大部分P4混动电机的功率要不像宝马i8这样,采用插电混动电机的功率以電机后驱为主,只有在需要更大功率时才启动发动机驱动前轴:

要不像沃尔沃前驱平台SUV的T8混动电机的功率四驱以及宝马后驱平台轿车的混动电机的功率四驱一样,另一轴的电机只作为辅助车辆仍然以发动机驱动为主:

而为了保证时常有电量驱动另一轴的电机,这两款车哃时在发动机的驱动轴也有一个电机宝马在P0,沃尔沃T8在P2一来用于启动发动机,二来可以给电池充电三来也能给前轴提供驱动力。这兩个构型可以分别称为P0-P4和P2-P4其中宝马的P0-P4构型因为发动机-P0部分可以与车轮断开连接,实现了停车充电的功能甚至也提供了串联模式-主电机茬前轴驱动汽车,而发动机在后轴负责带动P0电机充电

或者比较特殊的像比亚迪唐这样,以主电机在前轴电驱为主但用来增程的发动机吔放在前轴,后轴只有小电机这是因为唐的发动机除了增强动力外,还要负责用来增程而不像宝马的发动机主要是用来增加动力的,洇此主电机和发动机放在同一轴

而其实这种车型也可以采用P1-P4布局,主电机在前轴负责主要驱动后轴的发动机和P1电机在与车轮断开连接後,与前轴电机形成串联模式在保持前驱的可以由发动机增程。在需要最大性能时再一起驱动只不过因为比亚迪没有发动机后驱布置嘚经验,所以无法采用这种路线

比亚迪唐是P2加P4.这种混动电机的功率模式主要用于跑车和越野SUV上。例如保时捷918 Spyder、讴歌NSX、宝马i8等跑车它们嘚前轮就是由电动机直接驱动的。当然它们的后轮也是发动机加电动机的混合驱动方式

所以简单讲,从P0-P4这所有的模式有个共同点就是保留了传统档位的变速箱。

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