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新闻 > 技术 >混动百科丨什么叫三擎四驱?电机是如何被连接起来的?

混动百科丨什么叫三擎四驱?电机是如何被连接起来的?

作者/来源:电动邦
2021-08-30 16:08:50

上一期我们初步地了解了混动汽车的一些基础词汇,这期,我们就从混动汽车的关键——动力总成中的「电机」入手,详细分析一下这些「电机」的作用以及搭配的方式。

充满噱头的『三擎四驱』

相比,比亚迪的三代混动技术DM-i,大家都有所了解,今天,我们不展开讲这套省油的混动系统,而是来谈谈比亚迪同期发布的DM-p,也就是拥有『双擎四驱』(比如新款的比亚迪汉DM)和『三擎四驱』两种模式的第三代DM技术。其为双电机架构,可实现串联模式。

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比亚迪DM-p『双擎四驱』模式

『双擎四驱』模式:也就是在「发动机」前端有一个功率可达25kW(峰值扭矩60N·m)的「P0电机」(BSG电机),在后桥则有一个功率可达180kW(峰值扭矩330N·m)的「P4电机」。此时,「发动机」与「P4电机」可同时驱动车轮,也就是所谓的『双擎四驱』模式。

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比亚迪DM-p『三擎四驱』模式

『三擎四驱』模式:即是在『双擎四驱』模式下,在「变速箱」(双离合变速箱)后端配上了一个功率可达110kW(峰值扭矩250N·m)的「P3电机」,当『三擎』(发动机+P3电机+P4电机)共同工作时,理论最大功率可媲美一台V8的大引擎。

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不同位置电机的简介

在此前的基础知识介绍中,我们已经基本了解了『Px电机』的布局位置、作用和特点。其中的『P』即是『Position』(位置)的意思,而每个位置上的「电机」具体发挥着什么作用,接下来就详解一下。

P0电机:强大的起动电机

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传统汽车的启动系统

对于传统汽车而言,当「发动机」运转时,「传动皮带」带动「发电机」发电,发出来的电,部分直接带动车内的电气设备,比如空调的压缩机等,多余的电则为「蓄电池」充电。但对于混动汽车而言,我们希望这个「发电机」能起到更大的作用。

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P0电机(BSG电机)示意图

所以,在P0这个位置工程师们设计了电压与功率更大的「BSG电机」(Belt-driven Starter/Generator,带传动起动/发电一体化电机),旨在使其兼具发电和主动调节「发动机转速」等作用,举几种工况:

· 发电时,「发动机」带动皮从而带动「BSG电机」发电,把机械能转化为电能,发出来的电能通过「电机控制器」,把电能分配给「驱动电机」及「高压用电器件」;

· 在等红绿灯「发动机」停机时,「BSG电机」带动「空调」的「机械压缩机」运转;

· 驱动时,通过「传动皮带」把「BSG电机」的电能转化为「发动机」的机械能,调节「发动机转速」。

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奔驰A级和B级上的P0电机

但目前大部分的「BSG电机」仍然通过「传动皮带」传动,容易出现打滑失效的情况,即使有「张紧器」,其传动效率仍然有限,不支持其进行更大强度的动力输出,无论是给发动机加力还是回收动能的功率都有限。

因此,「P0电机」一般只应用于「自动启停」以及12 ~25 V「微混」和48 V「弱混」,通常还是用于发动机怠速停机、停机后的快速起动、制动时能量的回收。以奔驰A级和B级车上使用的「P0电机」为例,其采用的「BSG电机」配合拥有更强调节张紧能力的「液压传动带张紧器」,在启动发动机和进行能量回收时,实现更高的传动效率。

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来自某车企BSG电机的宣传资料

当然,对于「P0电机」的优化并没有停止,正如上图某车企BSG电机的宣传资料所展示的,「BSG电机」的玩法还有很多,若将「BSG电机」置于「发动机」的前段进行硬性连接,或许能将效率进一步提升,但是否有这样的必要,仍然存疑。说到『刚性连接』,不妨来看看刚性连接的「P1电机」。

P1电机:与发动机固连

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P1电机(ISG电机)示意图

「P1电机」又称「ISG电机」(Integrated Starter and Generator,盘式一体化起动/发动一体化电机)位于发动机后、离合器前的位置,通常被固连在了「发动机」上,从而取代了传统汽车的「飞轮」,当然也有例外。

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传统汽车上的曲轴飞轮组,加入P1电机

由于「P1电机」与「发动机」采用刚性连接,通常直接套在「发动机」的「曲轴」上,「曲轴」充当了「P1电机」的「转子」,只要「发动机」在运转,「P1电机」就跟着旋转。因此:

· 在驾驶人踩下加速踏板后,控制单元会控制「ISG电机」加速转动,与「发动机」一起做功,确保动力的输出,同时降低了「发动机」的能耗,达到省油;

· 在不同程度的制动过程中,「ISG 电机」不再从「蓄电池」中索取电能,从而跟随「发动机」中的「曲轴」空转,给「曲轴」带来负担,降低转速,可谓是在给「发动机」制动,同时在惯性的作用下可以发电,逆向为「蓄电池」充电,实现动能回收;

· 采用机械连接的「P1电机」布局的传动效率要比「P0电机」布局的混动程度更高,因此除了自动起停、微混和弱混外,还可以应用在100 V~200 V电压的中混系统中。

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搭载第一代本田IMA的思域Hybrid(2003)

与「发动机」刚性连接的「P1电机」看似比起「P0电机」效率更高,但两者都有着一些共同的结构弱点,比如:

· 无论是「P0电机」还是「P1电机」都存在一个结构上缺点,因为只要「电机」旋转,「发动机」中的「曲轴」就必须旋转,无法单独运行,故此,这里两种「电机」都无法单独驱动车辆;

· 在动能回收和滑行模式下,「P0电机」「P1电机」也因为必须带动「曲轴」空转,其中浪费的部分动能以及增加噪音和振动,使得因此「P0 电机」和「P1电机」都不适合电机、电池更大的强混系统。

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奔驰S400 BlueHYBRID(2010)的P1电机

好在「P1电机」的结构可靠性较高且成本较低,所以,十分适合运营类车辆使用,比如国内的不少公交车便喜欢采用「P1电机」。此外,早期的本田和奔驰也采用过这种架构。比如和搭载第一代本田IMA(Integrated Motor Assist 综合电机辅助)并联混动架构的思域Hybrid、Insight、七代雅阁混动、CR-Z等,又比如奔驰S400 BlueHYBRID等。

来源:电动邦

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