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不混动懵逼,来看可能是史上最全的混动技术对比

2017-12-19 08:02:57 大明 速度周刊
自从2015年大众北美柴油门事件爆发以来,越来越多的车企把未来节能减排的路线瞄准了电气化,到2016年初为止,几大主流车企都推出了油电混动车型,这些混动车型各有其特点,节油效果也不尽相同,这里就挑选几款非插电式的混动车型做一个涵盖实际效果和技术难度,以及成本等方面的对比。
选择对象包括,丰田,福特,本田,通用,大众,现代。没有选择奔驰的原因是因为奔驰其实迄今为止都没有推出像样的非插电混动车型。不选择宝马则是因为宝马早期的混动车型非常有限,近些年的混动i3则与普通车型差异较大,应用了大量碳纤维材料,使用了超窄轮胎,超小动力发动机,这些因素导致i3难以与普通混动车型直接对比。
具体对比车型则分别为凯美瑞混动,蒙迪欧混动,雅阁混动,迈锐宝混动,速腾混动(北美叫捷达混动)和索纳塔混动。这里面除了速腾混动之外都是中级车,速腾的车型大小也比普通紧凑车大半号,较为接近中级车。
首先我们会发现,这些混动车型可以大致分两类,速腾和索纳塔都是传统变速箱的单电机混动。这类混动有几个特点,首先是他们的电机功率相对发动机功率都不大,速腾的只有20KW,索纳塔的也只有38KW,其次就是在较为严格的北美测试规程下,市区油耗比郊区油耗高。最后就是他们的成本方面,由于电机功率较小,逆变器功率也小,并且只有一台电机,在中型车和紧凑型车上,业界主流观点认为成本增加约为2000美元。
第二类混动包括凯美瑞,蒙迪欧,雅阁和迈锐宝。他们共同的特点就是有两个电机,而且电机功率相对发动机功率也比较大,这其中电机最小的是迈锐宝,两个电机功率也分别达到了50KW和76KW。而最大的雅阁混动,电机功率达到了104KW和124KW。他们的特点正好和单电机混动相反,市区油耗比郊区油耗低。而谈到成本,由于混动凯美瑞和混动蒙迪欧的结构在业界已经被反复剖析过,业界普遍认为成本增加约为3000美元,混动迈锐宝相对混动凯美瑞增加了三个离合器,但是电机功率小了不少,最后成本增加大约也应该在3000美元左右。而混动雅阁则由于电机功率最大,个人估计成本增加大约为4000美元。
下面我们就细分项来一一对比说明,首先是油耗。
如果按照EPA的油耗来统计,我们会发现油耗水平基本是(以下数据为百公里油耗)
标准工况油耗
雅阁混动(5.0)=迈锐宝混动(未上市估计值5.0)<捷达混动(5.3)<蒙迪欧混动5.6<凯美瑞混动(5.7)=索纳塔混动(5.7)。
EPA虽然权威性较高,但是车企在测试的时候也是可以做针对性优化的,所以我们找来了北美人气很高的fuelly网站上车主油耗的统计。这些油耗是以车主加油的次数作为统计的。
混动蒙迪欧,总计车主加油14132次,总计平均油耗5.9。
雅阁混动车主总计加油3932次,总计平均油耗5.5,索纳塔混动车主总计加油86次,总计平均油耗5.9,捷达混动车主总计加油1948次,总计平均油耗6.0,凯美瑞混动车主总计加油8376次,总计平均油耗6.1。混动迈锐宝目前还未正式销售,所以没有油耗数据。
这些车主的实际油耗对比结果是:
实际油耗
雅阁混动(5.5)<混动蒙迪欧(5.9)=混动索纳塔(5.9)<捷达混动(6.0)<凯美瑞混动(6.1)
除了考虑油耗,我们还要考虑车辆性能,毕竟混动车如果要做到极致省油,多少会牺牲性能的。性能方面正好北美的C/D杂志对这些车型都做过加速测试。他们的加速能力排序下来是:
加速性能
雅阁混动=凯美瑞混动>迈锐宝混动>捷达混动>索纳塔混动 >蒙迪欧混动。
另外还有个有趣的现象。雅阁混动和蒙迪欧混动都是有插电版的,C/D对他们的插电版做了测试,发现雅阁插电混动反而慢了(7.2s到7.7s),而蒙迪欧插电混动则快了(9.1s到8.6s)。这是怎么回事?
其实如果了解这两种混动的结构就知道,雅阁混动的急加速实际是串联混动状态,这时候加速能力完全取决于大号电动机的输出,因此无论电池大多少,加速时候大电机的输出不变,但是由于插电版增加了重量,所以加速能力反而慢了。
而蒙迪欧混动则是用行星齿轮做动力分配,大号电机的输出一般是受限于电池的输出功率,比如普锐斯(蒙迪欧混动的结构是来自丰田授权,与普锐斯和混凯一样)电池输出27KW(37P)马力,加上普锐斯发动机99马力,总计输出136马力。而插电版蒙迪欧由于加大了电池,电池输出功率也加大,最后的结果是加速能力强了不少。
清晰对比请看下图

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以上讨论了这几类混动车型的成本,油耗以及性能。下面总结一下:
雅阁混动方案
可以看出,雅阁混动以最高的成本实现了最低的油耗,最强的性能,机械结构也不复杂。但是这种结构的混动后期成本降低难度很大,主要是需要大功率电机,而且对发动机技术水平要求最高,不是高水平的厂家不要轻易尝试。(国内车企BYD的F3DM结构就类似雅阁混动,但是效果非常一般,包括BYD自己也没有继续大力推广了)

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雅阁混动结构,generator功率104KW,motor功率124KW。
迈锐宝混动方案
而迈锐宝混动油耗目前看来不错,性能也不是很弱,虽然三个离合器增加了机械复杂程度,但是电控复杂程度则要求降低,由于三个离合器的存在,导致成本控制也存在难度,好在电机功率需求不大弥补回来了一点,所以是个不错的混动方案,通用这么多年从VOLT上的积累确实有了成果。笔者认为国内汽车厂家可以考虑这样类似的方案,这个方案对电控的要求不如丰田的高,也不需要传统变速箱技术的积累,对发动机的技术水平要求也不需要本田的那么高,成本要求也不高,最大的的技术难题应该是三个离合器结合分离的时机和结合时候动力和转速的控制。

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混动沃兰达的结构,和混动迈锐宝一样,clutch1,2和OWC是三个离合器,MGA,MGB和是两台电机
丰田、福特混动方案
丰田的THS方案(福特的一样),目前看来受到了挑战,混动凯美瑞虽然动力强,但是油耗不如对手理想,混动蒙迪欧虽然油耗不错,但是性能牺牲了很多。而这种方案最大优点是机械部件最少最简单,意味未来在成本方面最容易得到控制,只需要减少电机成本就能有效降低混动系统成本。但是这套系统对电控要求最高,主要原因就是因为没有分离部件,任何一个部件的转动都会带动其他部件的转动,也就是需要三个部件始终保持协同控制。
丰田THS系统还有点遭遇瓶颈的味道,具体就是新一代普锐斯,相比上一代普锐斯,动力输出反而弱了,油耗仅从4.7下降到了4.5,而为了实现每一代普锐斯油耗降低10%的承诺,普锐斯ECO版本采取的办法是降低车身重量,拿掉备胎,提高胎压等手段实现了4.2的油耗,这些手段本身与混动系统的关系已经不是特别大了。

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丰田混动THS系统硬件结构图
索纳塔、捷达混动方案
索纳塔混动和捷达混动油耗从EPA看来也不错,但是目前用户统计来看,索纳塔混动用户油耗较为接近EPA数据,捷达混动的用户油耗则较EPA数据差异大一些,而且捷达混动属于紧凑级车型,重量和胎宽上都较其他车型为底。这种构建于传统变速箱之上的混动结构在业界往往被称为P2混动(1个电机两个离合),它的缺点就是在过于拥堵状态下油耗会弱于双电机的系统,同时保留传统变速箱也导致了机械部件较多,结构较为复杂,所以个人不大看好这类混动进一步的成本控制。这种混动系统最大的好处是基于已有的变速箱结构,厂家的研发投入较少,目前的成本较低,适用于缺乏混动积累又需要赶快推出混动车型的传统大厂。而且业界很多变速箱企业,如ZF和舍弗勒等都能直接推出类似的方案,主机厂买过来直接用就行了。
这两个混动车型我们可以看出一个现象,就是索纳塔混动比捷达混动实际用下来要省油,考虑到索纳塔比捷达重和大,实际动力系统应该更省油。索纳塔混动的电机功率为38KW,比捷达混动的20KW要大。这种混动基本就是电机功率越大,越省油。厂家往往要考虑的就是如何平衡省油和更大电机带来的成本增加的问题。
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这个图是奥迪A3 e-tron的结构图,和捷达混动结构是一样的,区别仅仅是电机功率更大,电池更大。中间的电机有两个分别连接发动机和变速箱的离合器,这也是P2 hybrid这个称呼的由来 P2 (parallel, two-clutch)。


文章标签: 前瞻技术

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