豐田PHEV插電混動汽車是HEV油電混合汽車的“PLUS版”,參考早期的普銳斯與現(xiàn)階段仍在銷售的卡羅拉雷凌雙擎E ,其電驅(qū)系統(tǒng)的核心仍然是ECVT,所以只要了解這臺動力傳遞器的結(jié)構(gòu)特點,對于豐田的混動技術(shù)總會有一個直觀的理解了。
名詞解釋:ECVT_electron continuous variable transmission,釋義為電子無級變速器。理論上ECVT是一臺變速箱,但其結(jié)構(gòu)與一般理解的傳統(tǒng)CVT有本質(zhì)的差異;普通CVT是依靠帶輪鋼帶組合,通過液壓力控制錐輪夾角的線性變化實現(xiàn)鋼帶角度(傳動比)的線性變化,由于角度變化沒有固定值則等于在限定的傳動比寬度內(nèi)沒有固定前進(jìn)擋,數(shù)字無限大則等于有無數(shù)個檔位。檔位多則換擋體驗非常綿密,所謂的CVT連續(xù)不間斷傳輸正是基于無數(shù)檔位,運(yùn)行狀態(tài)參考下圖。
CVT變速箱雖然能實現(xiàn)連續(xù)不間斷的動力傳輸,但依靠錐輪鋼帶之間的摩擦力傳動必然會產(chǎn)生磨損,其耐用性可以說是自動變速箱中最差的水平。不過不用擔(dān)心,ECVT變速箱并不是這種結(jié)構(gòu),其實現(xiàn)連續(xù)不間斷動力傳輸依靠的是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整;假設(shè)汽車只有一個前進(jìn)擋(1擋),利用油門行程不斷加大,轉(zhuǎn)速線性的升高則輸出馬力也會限行的升高,車速自然會平穩(wěn)且緩步加快,這狀態(tài)也是CVT;不過內(nèi)燃機(jī)不適合高速運(yùn)轉(zhuǎn),所以只有一個檔位利用發(fā)動機(jī)持續(xù)高轉(zhuǎn)調(diào)整車速是不合理的,所以大部分燃油車都有多個前進(jìn)擋利用不同的齒輪比增扭或增速,參考以下圖組。
圖1:1擋齒輪比,此時由發(fā)動機(jī)驅(qū)動的齒輪很小,小齒輪驅(qū)動的從動齒輪直徑大;這種匹配會讓發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速很高但車輪轉(zhuǎn)速很低,不過可以通過高轉(zhuǎn)速實現(xiàn)大馬力輸出,車速低但是牽引力強(qiáng)加速度快,但也費(fèi)油并會增加磨損。
圖2:5擋齒輪比,此時有發(fā)動機(jī)驅(qū)動的齒輪很大,大齒輪驅(qū)動的從動齒輪直徑??;這種組合則為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速低但是車輪(小齒輪)轉(zhuǎn)速高,發(fā)動機(jī)輸出的扭矩小但是車速快,這就是所謂的增速,前者則是增扭。
為什么要看這兩張圖呢?原因為ECVT實現(xiàn)不了這種狀態(tài),ECVT的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括兩臺電動機(jī),一臺為發(fā)電電機(jī),另一臺為驅(qū)動電機(jī)。其中發(fā)電電機(jī)與內(nèi)燃機(jī)串聯(lián)并控制一個檔位(1擋),其主要運(yùn)行模式為純電行駛中電池虧電時,由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電并為電池組充電,實現(xiàn)所謂的行車發(fā)電增程純電駕駛模式;而在高速巡航和急加速時由于電耗過高,僅依靠小功率的發(fā)電機(jī)則無法滿足電耗,此時則需要內(nèi)燃機(jī)結(jié)合離合器以一個檔位輔助輸出動力驅(qū)動車輛行駛。內(nèi)燃式發(fā)動機(jī)只有一個檔位,這種結(jié)構(gòu)很顯然會費(fèi)油且降低NVH水平,不過裝備ECVT的量產(chǎn)車也沒有那么差,這是通過什么技術(shù)手段實現(xiàn)的呢?請看下圖。
ECVT還有一臺驅(qū)動電機(jī),電機(jī)的特點是恒扭矩發(fā)力,指起步瞬間可以爆發(fā)最大扭矩。大扭矩能以低轉(zhuǎn)速輸出大馬力,所以在起步和急加速時主要依靠電動機(jī),而此時又是汽車能耗最高的狀態(tài)。而內(nèi)燃機(jī)只起到輔助輸出動力的作用,且米勒循環(huán)的發(fā)動機(jī)技術(shù)特點為扭矩很小且功率很低,為了實現(xiàn)節(jié)油內(nèi)燃機(jī)更是會調(diào)校出盡量不輸出最大功率,也就是將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速限制在中低范圍內(nèi),轉(zhuǎn)速低則油耗必然會低了。這是ECVT混合動力汽車能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)油的基礎(chǔ),不過這也帶來了另一個的問題:ECVT混動汽車動力很差。
ECVT仍定義為橫置變速箱,狹小的體積一定程度限制了電機(jī)功率,兩臺電機(jī)中還有一臺發(fā)電電機(jī),那么剩下的驅(qū)動電機(jī)則功率更小。以雙擎E 為例,其ECVT電機(jī)總功率不過50余kw,剩下驅(qū)動電機(jī)功率只能提供勉強(qiáng)可以開的水平。且電機(jī)除恒扭矩以外還有恒功率的特點,指轉(zhuǎn)速過高扭矩快速下滑,此時的電耗會非常高;如果想要節(jié)省電能則需要燃油發(fā)動機(jī)以更高的輸出功率輔助,不過為了實現(xiàn)節(jié)油又限制其動力輸出,于是ECVT雙擎車基本性能都不如面包車。
這類車如果定價在10萬以下還可以接受,因為選擇入門級汽車的主要用戶需求就是節(jié)油;然而裝備這一系統(tǒng)的車,其指導(dǎo)價已經(jīng)高達(dá)20萬左右,那么這些車無疑就是車盲鑒定車了。
DM綠混系統(tǒng)與ECVT結(jié)構(gòu)與運(yùn)行原理基本相同,區(qū)別是綠混結(jié)構(gòu)合理一些,不需要另類的太陽輪也能實現(xiàn)同樣且穩(wěn)定的運(yùn)行模式。不過這一系統(tǒng)正因有上述缺點,所以在2008款F3DM上使用不久后就被淘汰了;目前還有綠混系統(tǒng)的復(fù)刻平臺EDU仍在上汽乘用車中服役,技術(shù)水平與實際表現(xiàn)均不輸ECVT。
全新的DM系統(tǒng)已經(jīng)將電驅(qū)系統(tǒng)拆分出變速箱,并且為燃油動力系統(tǒng)單獨匹配傳統(tǒng)變速箱。參考唐DM,該車的2.0T奧拓循環(huán)發(fā)動機(jī)匹配了25kw功率的發(fā)電啟動一體機(jī),同時匹配了混動系統(tǒng)專用的6擋濕式雙離合變速箱;這一組合能夠?qū)崿F(xiàn)ECVT的增程式駕駛模式,同時可以利用6個前進(jìn)擋實現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)的增扭或增速,讓內(nèi)燃機(jī)的油耗最低且性能最強(qiáng)發(fā)揮;且BSG電機(jī)還可以在雙離合變速箱換擋時控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速,實現(xiàn)平順的換擋體驗。這一系統(tǒng)很顯然要比ECVT和早期的綠混更理想,因為內(nèi)燃機(jī)的動力儲備不會被浪費(fèi)了。
電驅(qū)系統(tǒng)才有前置P3與后置P4架構(gòu)的布局,獨立驅(qū)動電機(jī)與減速器的匹配要比ECVT更穩(wěn)定,且功率完全不受限制。前置電機(jī)有110kw功率,后置電機(jī)有180kw功率,總扭矩有630N·m,僅僅一臺前電機(jī)就能夠碾壓ECVT的全部電機(jī)了。高功率可以在高速駕駛時解決恒功率降扭的問題,同時大扭矩也能實現(xiàn)低速更大的輸出馬力。這套系統(tǒng)實現(xiàn)了電動機(jī)與內(nèi)燃機(jī)功率的最理想發(fā)揮,理論上綜合能耗總會低一些,不過因為沒有同技術(shù)水平的車可以作為對比,所以這臺車的綜合能耗也不好評價,只是能實現(xiàn)4.3秒的破百成績,能耗高一些有何妨?這比ECVT卡羅拉雙擎E 幾乎快三倍。
總結(jié):比亞迪的DM綠混系統(tǒng)與ECVT都屬于過去式,DM3.0的拆分混動平臺仍然是目前的技術(shù)標(biāo)桿,至于4.0系統(tǒng)何時能上市,這就要看競品何時能接近其3.0代的技術(shù)水平了。不過突破這一技術(shù)標(biāo)桿的車企至少不會是豐田,因為豐田汽車目前是比亞迪汽車平臺的客戶。
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