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高集成化模块化 别克君越30H混动系统深度详解
发布时间:2021-03-02 15:32    作者:葡萄牙赌场   

  从今年下半年开始,世界上的混动车不再是“一个是丰田,一个是其它”了。锐混动版、30H 全混动车型的推出代表了本田通用各自在混动系统领域的解决方案。丰田通用一致采用行星齿率分流的解决方案,但通用采用的是双排行星齿轮,在系统结构以及控制逻辑上比丰田更加复杂。为了让大家能更加深入的了解通用这套混动系统,这次新出行来到泛亚研发中心,跟工程师们一起来对这套系统进行拆解,挖掘它更深层的秘密。

  目前通用这套全新的混动系统已经应用在混动版和XL 混动版身上,此前最先是应用在海外新一代沃蓝达上。此次拆解的也是搭载在30H 全混动车上的这套系统。

  30H 全混动版这套系统由 1.8L 自然吸气发动机和两台电机组成,其中发动机最大输出功率为 94kW,最大输出扭矩为 175Nm。主电机最大功率为 60kW,最大扭矩为 275Nm。副电机最大功率为 54kW,最大扭矩为 140Nm。系统综合功率为 136kW,综合输出扭矩为 380Nm。官方公布的百公里综合油耗为 4.7L,介于混动版(4.2L)和凯美瑞双擎之间(5.3L)。

  这套混动系统在海外隶属于通用第二代 voltec 混动系统,但在国内并没有在名称上给予宣传,主要原因在于基于这套系统未来还会衍生出包括 HEV(混动系统)、PHEV插电式混动系统、EREV插电式增程混动系统等多种动力驱动模式,你可以将它看作是一套模块化系统。未来它将应用在包括别克雪佛兰以及凯迪拉克旗下的一系列新能源车中。

  在别克的计划中, 2017 年将推出 EREV 插电式增程混合动力车,2018 年推出 PHEV 插电式混合动力车,2019 年推出 EV 纯电动车。后续的两款混动车都将采用基于君越混动版所搭载的这套混动系统所衍生出来的驱动系统,也就是我们今天在泛亚研发中心拆解的这台,所以这套系统对于来说也尤为重要。

  目前量产车在用的混动系统中,仅有通用丰田属于真正的功率分流式系统,通过行星齿轮组将发动机和电机的功率进行真正的融合,再根据行驶工况需要分流到车轮驱动车辆行驶。

  丰田THS 系统由发动机、双电机以及单排行星齿轮组成,相对通用在原理以及结构简单一些。30H 全混动目前在用的混动系统是由发动机、双电机以及双排行星齿轮组成,原理以及结构上都要复杂些。(目前最复杂的应该属于凯迪拉克CT6 PHEV 在用的双电机、三排行星齿轮、5 个离合器结构)

  了解这套混动系统的工作原理之前,我们先来了解一下行星齿轮组的原理。行星齿轮主要由太阳轮、行星架和外齿圈组成,三者之间可以任意固定其中一者,另外两者便可按照固定的齿比运转。如果三者同时运转,改变其中一者的转速,则另外两者的转速也会随着改变。

  在通用的这套混动系统中,一共有两组行星齿轮,发动机、两个电机(MGA、MGB)、两个离合器(C1、C2)以及输出轴分别和两组行星齿轮的太阳轮、行星架以及外齿圈各自连接。它们之间的对应连接如下: 1、MGA -行星齿轮组 1 太阳轮 2、MGB -行星齿轮组 2 太阳轮 3、发动机-行星齿轮组 1 外齿圈 4、离合器C1-行星齿轮组 1 太阳轮(同时可齿合MGA 和行星齿轮组 2 外齿圈) 5、离合器C2-行星齿轮组 2 外齿圈(可锁止固定外齿圈) 6、输出轴-行星齿轮组 1 和行星齿轮组 2 行星架

  根据发动机、双电机的不同工作情况,这套混动系统可以分为三种不同的工作模式。包括纯电动模式(单电机和双电机EV模式)、混联模式以及固定齿比混联模式。不同的工作模式下发动机、双电机以及离合器的工作情况分别如下:

  单电机 EV 模式:离合器C2(外齿圈)锁止,MGB(太阳轮)运转,带动行星架转动,动力通过行星齿轮组 2 的行星架传递到车轮,带动车辆起步。此时MGA 和发动机均不启动。

  双电机 EV 模式:对于行星齿轮组 1 来说,此时发动机(外齿圈)不启动,MGA (太阳轮)启动带动行星齿轮组 1 行星架转动;对于行星齿轮组 2 来说,离合器C2(外齿圈)锁止,MGB(太阳轮)同时运转,带动行星架转动;最终动力通过行星齿轮组 1 和 2 的行星架传递到车轮,同时驱动车辆行驶。

  混联模式:在这个工作模式下,发动机MGB 同时启动,发动机一边驱动车轮一边带动MGA 发电,MGA 所发的电量部分或者全部用于供应电机2。 对应的是离合器C1 断开,发动机启动带动行星齿轮 1 外齿圈旋转,行星架也随着外齿圈一起转动驱动车轮,此时外齿圈还同时带动太阳轮驱动MGA 发电。而离合器C2 闭合锁止行星齿轮 2 的外齿圈,MGB 启动带动行星架旋转驱动车轮行驶。

  固定齿比混联模式:在固定齿比模式下,离合器C1 和离合器C2 同时闭合,此时行星齿轮组 1 太阳轮被离合器C1 锁止不动(MGA不动),发动机通过行星齿轮组 1 的外齿圈带动行星架以固定的齿比驱动车轮行驶。 此时行星齿轮组 2 外齿圈被离合器C2 锁止,MGB 则随着车轮不同的扭矩需求进行相应的工作驱动车轮或者进行动能回收。

  TPIM 控制器集成化设计 节省空间提高安全性能在目前大部分混动车上,例如凯美瑞双擎电驱模块都是和双电机是分开布置的。打开发动机舱盖,都能看到有三条很粗的线缆连接着电驱模块和动力系统。这个电驱动模块是用来驱动电机,同时将电池的直流电转换成电机的交流电,三条线缆便是高压三相交流电缆。

  在通用的这套系统上,这个电驱动模块 TPIM 控制器和双电机集成在一起,所以打开君越混动版的发动机盖,我们看不到这个方形盒子、也看不到三根粗线缆。这种电驱模块集成设计是这套系统的亮点之一。

  通用的工程师介绍,电驱模块集成化设计有效降低了整套系统的体积和重量。根据官方公布的数据,这套混动系统(不包括发动机)重量只有 125kg,大小和一台普通的相当。这样可以方便的和传统变速箱实现模块化替换,实现多平台车型(HEV 全混动、EREV 插电式增程混动、PHEV 插电式混动)的灵活应用。

  没有高压线的外露,从某种程度来说也杜绝了安全隐患,有效的提高了这套混动系统的安全性能。从现场这套混动系统拆解来看,除了电机转速传感器所需的电线外,你也能发现几乎没有任何线缆。

  将 TPIM 控制模块拆掉之后接下来要拆掉动力输入端端盖。打开端盖可以看到在发动机动力输入端设置了减震器,这是为了消除发动机介入时由于扭矩差所引起的震动,提高整车行驶时的 NVH 体验。

  电机采用条形绕组结构拆开端盖后,便可以看到链轮总成。动力通过链条输出到减速机构,最终传递到车轮主减速器同样也采用了行星齿轮结构,所占体积更小,而且也动力的传递也相对更加平顺。

  拆下行星齿轮便可以看到 2 号电机,作为主驱动电机,它的最大输出功率为 60kW,最大扭矩为 275Nm,拆开之后可以看到电机采用的是条形绕组结构,相比圆形绕组它的直流阻抗更低,同时也具有更好的散热特性。

  拆开 2 号电机之后,下面是行星齿轮组 1 和 1 号电机。发动机、两个电机以及两组行星齿轮均是采用同轴布置。离合器C1 和行星齿轮组 1 太阳轮和 1 号电机连接,可将太阳轮 1 锁止,同时可以齿合 1 号电机和行星齿轮组 2 的外齿圈。1 号电机主要起到辅助作用,所以功率和扭矩相对也比较小一些,它同时也能起到发电的作用。

  双排行星齿轮组机构是通用的专利,相比丰田的单排行星齿轮组机构多了一组行星齿轮。理论上对发动机的调速范围更广,能在更多不同行驶工况下保持发动机运行在高效区间,最大限度起到节油效果。

  之前我们已经对君越30H 混动版进行过油耗测试(点击这里查看),市区百公里综合油耗大约为 5.3L,高速路况综合油耗约为 6.5L 左右。一箱油大概能行驶 800 公里左右,如果是在市区行驶以我们 5.3L/100km 的油耗值,大概能跑 900 公里左右。如果你一个月的的行驶里程在 2000km 以内,实际上一个月可能只需要去两次加油站。

  总结:通过工程师的拆解,可以看到这套系统最大的亮点在于高度集成化,电驱系统和双排行星齿轮、双电机机构集成在一起,不但能带来更小的体积和更轻的重量,而且没有外露的高压线在某种程度上也降低了安全隐患。另外这套系统也可以看作一套模块化系统,在经过轻微的整改之后可以衍生出 PHEV 插电式混动系统、EREV 插电式增程混动系统等多种动力驱动系统。未来也将会在通用旗下更多车型平台应用。根据官方的消息,别克首款搭载这套系统衍生出来的插电式混动车将在明年推出,让我们拭目以待。

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