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混动太片面 重新理解下何谓“真双擎”

2021年12月30日 00:38:03
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来源:买车大师

以往来三亚出差,都是阳光海浪沙滩,一出机场就拥有置身于海岛的欢乐。然而这次只有乌云和台风,不免心里有了落差,就好似生活,美好的东西也不是一成不变的。

虽然天公不作美,但糟糕的天气反而让我更专注于车辆本身的表现。

言归正传,这次来三亚的目的其实是体验丰田的双擎动力。关于THS II混动系统大家已经很熟悉了,本来没有必要再次重复那些已经讲过的内容,但此次广汽丰田带来了他们的产品工程师,在与工程师更深入的沟通之后我发现,其实以往对丰田双擎的解读还是过于表面和简单。

比如,为什么丰田要把THS II混动在版型命名上均命名为双擎?只是为了表达电动机与发动机两个动力源头吗?再比如,行星齿轮结构到底可以带来什么好处?为什么本田i-MMD系统在低速时无法实现发动机直驱,而丰田的THS II可以?除了油耗低、续航长,作为车主,我们还能在THS II上得到什么?

这些问题其实需要对THS II进一步研究后才能得到答案,所以本期是一篇相对深入的技术探讨,将我对丰田双擎的一些研究和试驾体验分享出来(不想看技术解析的可以直接跳到第二部分看“真双擎”对应到驾乘上的优势)。

01混动是统称 丰田是真双擎

双擎概念从命名来讲很简单粗暴,就是表达这台车拥有两个及以上的动力源。像汉兰达拥有前后两个驱动电机+发动机,理论上来说已经做到了三擎结构,但丰田在命名上依然采用的是双擎命名,这是为了突出一个概念——“真双擎”。

所谓真双擎,其实背后的含义是表达无论在任何工况下,都至少有一个驱动电机参与输出。这可能与我们日常的一些观点相违背,不是说进入中高速区间之后,电机的工作效率会变低吗?难道在发动机直驱的时候电机也会介入输出?

是的,哪怕是在中高速发动机介入驱动的情况下,THS II的逻辑依然是会从发动机截出一部分动力给发电机进行发电,再由发电机输出给驱动电机进行驱动。

要解释这个逻辑,我们还得从THS II的最基本结构开始,这里我引用一位UP主画的逻辑图来辅助解释。

(图片来自B站UP主:11磅小老虎)

我们来细分一下这套混动系统各个部件的具体作用,不用将THS II复杂化,更不要将其看作“妖魔鬼怪”,把它当作是一家“公司”就很好理解了。比如,我们介绍一下“动力分配器”这个部门的作用。

动力分配器:这是丰田新一代THS II混动结构里面最重要的一个部件,采用行星齿轮结构,也可称作为动力控制单元。这个单元的外壳通过齿轮直接与前桥差速器相连,基本可以看做是与车轮硬链接,只不过因为减速器的存在转速会有差异。

下图是这个动力分配器的横截面示意图,标记为红色的行星齿轮内部有一根轴直接与发动机曲轴连接,而太阳齿轮则连接发电机,这台电机除了发电之外,还有起动机的作用。

(图片来自B站UP主:11磅小老虎)

动力分配器最大的作用就是既可以让发电机的动力输出给驱动轴,也可以让发动机的动力输出给驱动轴。同时,还可以让发动机动力同时输出给驱动轴和发电机。原理也不复杂,当车轮转速一定,发动机转速增加的时候必然也会带动发电机转动,让这台电机在不同工况下,分别充当动力或发电的角色。而动力分配器可以让发动机动力进行无级分配,这是行星齿轮结构最大的特点。

单向离合:此外,在动力分配器与发动机之间还有一个单向离合,即动力分离结构,它最大的作用是在当发电机要参与动力输出的时候,将红色行星架锁死,让红色行星齿轮原地转动,从而带动蓝色外壳输出动力给驱动轴。

(图片来自B站UP主:11磅小老虎)

驱动电机:作为P3结构的电机,“权力”很大,跟车轮直接“沟通”。工作职责也最简单,就是驱动车辆,减速时动能回收,没了。但在双擎混动中,这台电机基本上全速域都在工作,无论高速低速,它本身与驱动轴的差速器直接相连,没有中间损耗,所以算是整套系统里最高效的动力源。

了解了各部门的本职工作,我们可以来梳理一下在各种工况下,“真双擎”是如何实现的了。

02“真双擎”开起来怎么样?

以本次试驾的威兰达双擎为例,这台车搭载一台TNGA 2.5L发动机,并且是一台三电机车型。因为它在P4位置(后桥)上还有一台驱动电机,实现了E-Four电子四驱,这套四驱主要是为提升冰雪路面的稳定性,前后比最大可以达到2:8。不过由于动力并不经过传动轴和分动箱进行分配,所以理论上的前2后8状态是以降低前电机的输出功率为代价,所以说通过性并不算E-Four的长处。

话分两头,回到双擎的逻辑上。当威兰达双擎处于低速的时候,工作逻辑很简单,电池给驱动电机供电,驱动电机输出的动力通过差速器传到车轮,此时发电机与发动机均未运行,但与前桥差速器硬连接的动力分配器也会转动,理论上来说存在动力损耗,此时的运行效率其实不如同样是纯电工况下的i-MMD。

当然,车内确实很安静,再加上威兰达双擎本身NVH也还不错,所以这一阶段的体验是最好的,整台车最接近于纯电动车的驾驶感受。

当车辆进入中高速区间,发动机开始介入,此刻进入双擎模式。发动机输出动力通过动力分配器进入前桥差速器,同时驱动电机依然保持动力输出状态。但由于发动机与前桥差速器之间不存在变速箱,所以在固定的齿比关系下,该模式的运行速度区间并不多,因为THS II的控制机构要保持发动机时刻处于高效区间。

具体到驾乘感受上,此刻状态下的威兰达双擎依然保持了足够灵敏的油门响应,且动力输出非常线性,发动机的启动也没有突兀感。不过,由于发动机介入在一个经济转速(经济转速≠低转速),所以纯电下优异的NVH开始减分,但整体在一个可接受范围内。

当你继续加大油门,系统逻辑会沿着两种方向发展。当电量充足的时候,发动机会进入纯电高负荷状态,此刻电池会同时给驱动电机和发电机供电,而发电机也变成辅助驱动电机与P3驱动电机一起为车辆输送动力。此刻发动机是停机状态,通过我们前面提到的单项离合工作原理,让动力分配器实现动力传递。

如果电池电量不够而驾驶者又需要动力的时候呢?此时发动机则开始介入,输出的动力经行星齿轮机构无级分配,一部分直驱车轮,一部分输出给发电机,让其发的电绕过电池直接给驱动电机供电。如果是地板油的话,电池还会进一步释放剩余电力给驱动电机以达到最大功率状态。当然了,这种急加速的状态毕竟不会持续太久,所以电池电量不会消耗到太低。而当动力需求小于当前系统输出功率的时候,发电机就会把冗余功率给电池进行充电。

所以你看,除了低速以及启停状态下的工况,THS II永远是双擎状态工作,哪怕是高速发动机直驱工况下,也会有一部分功率通过动力分配器给到电机进行辅助输出。所以,搭载THS II的车型理论上动态响应都非常出色,完美规避了发动机直驱时出戏的感受。尤其是柠檬DHT还给输出轨迹上增加了“2AT”,要做到全速度丝滑就更难了。

当然,从物理的特性上来说,动力分配器本身一定不是一个高效的方案。能量从机械能变为电能又转化为机械能,肯定没有直接机械传动高效。从这个角度出发,THS II也不是完美无缺。

简单总结下,其基本逻辑就是为了保证发动机处于最佳效率区间,所以它输出功率会是一个经济功率,这个功率可能会大于需求的功率,也可能会低于需求的功率。大于的时候反充到电池,小于的时候用电机补足。这本身是最小化功率浪费,最大化发动机效率的一种方式。

对于车主来说,这样的逻辑最大的特点就是亏电油耗极低和全速域超快动态响应,无论有电没电,都不影响双擎车型的最终表现。正因为此,丰田旗下所有双擎车型,在同系列里销售占比都极高。因为开双擎车型本身就是一种相对高级的驾乘体验,威兰达双擎自然也不例外。

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