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混动百科丨什么叫「DHT」?本田、长城、吉利的「DHT」有何区别?
来自:电动邦
作者:王元祺
2021-12-01 11:20:21
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上一期我们浅谈了「混联式结构」之一的「功率分流」,其结构与逻辑可谓复杂至极,本期我们来聊以「本田i-MMD混动系统」为代表的另一类「混联式结构」。

本田i-MMD混动系统结构示意图

在此前「Px电机架构」的章节中,我们曾经浅谈过「本田i-MMD混动系统」,这套混动系统与使用「行星齿轮组」的「功率分流」混动变速器最大的结构区别便是:无法在「串联」、「并联」两个模式之间做无缝转换,而两种模式的切换完全取决于「离合器」的开合。换言之,「混动变速器」内的「功率」要么以「机械功率」传递,要么以「电功率」传递,没有中间档。

「本田i-MMD混动系统」的两个小局限:发动机和挡位

这种『非黑即白』的选择模式也带来一个技术难点——如何克服「串联模式」下,传动效率较低的问题。由于在「串联模式」下由于「发动机」输出的「功率」必须通过两台「电机」传输,也就是要进行『「机械功率」转「电功率」再转「机械功率」』的多次能量形式的转换,无法避免的有能量损失。

串联模式下,功率传输流程距离长

比如整套「本田i-MMD混动系统」传输效率在大部分情况下都能达到 95% ,但在「串联模式」下,虽然此时的「发动机」在最佳工况高效率进行运作,但整体传输效率却还要降低5%,即在90%左右,这个效率只能说是中规中矩,与 「CVT变速器」(无级变速器)处于同一水平。

本田i-MMD混动系统部件/工况对照表

故此,在车速超过70公里/时的高速巡航工况时,「本田i-MMD混动系统」则会选择切换至「并联模式」,「发动机」与「电机」共同驱动汽车,整套系统的传输效率恢复到最佳状态。看到这里大家会问,既然「并联模式」的效率更高,那「本田i-MMD混动系统」为什么不增加「并联模式」的范围呢?其中的原因大致有2点:

image003.gif

奥托循环&阿特金森循环的工作原理

1. 「阿特金森发动机」的限制:考虑到「阿特金森发动机」的热效率和燃烧稳定性,故此,转速一般只能保持在1200~3000转/分钟。另外,「阿特金森循环」在高扭矩的效率不如「奥托循环」,所以,一般只能用于低、中扭矩区域。更多关于「阿特金森发动机」可查看往期内容;

Honda CR-V Hybrid(2019)

2. 「挡位」限制:目前「本田i-MMD混动系统」只给「并联模式」配备了一个「挡位」(「传动比」为 0.803),相当于传统「变速器」里的6挡,所以,系统将「并联模式」的介入时机定在70公里/时。

搭载两个凸轮的VTEC发动机的结构

既然知道了局限在哪里,那么我们就可以着手解决。比如「本田i-MMD混动系统」从「发动机」进行调整,选择搭载「VTEC系统」(Variable Valve Timing and Valve Lift Electronic Control System ,即「可变气门正时和升程电子控制系统」)的「发动机」,旨在使「发动机」能在「阿特金森循环」与「奥托循环」中切换,以满足「扭矩」匹配的要求。

快速进入「并联模式」:『多挡位』方案

然而考虑到「发动机」的经济性,「本田i-MMD混动系统」仍然将「阿特金森循环」用于多数的工况。而目前国内的车企在提升「混动专用发动机」「热效率」的同时,开始在自己的「DHT」(Dedicated Hybrid Transmission,即「混合动力专用变速器」)增加更多的「挡位」,以便整个系统更快速地进入「并联模式」的经济工况。

长城柠檬DHT示意图

这里我们要先来解释一下什么叫「DHT」?简单地理解便是我们此前提到的所有将双「电机」融入「变速器」的『混动变速器』总称。而搭载「DHT」的混动系统我们称其为「DHT混动系统」,目前主流的「DHT混动系统」都具备以下特点:

长城柠檬DHT混动系统组成部件示意图

  • 采用「混动专用发动机」:通常为「阿特金森循环」或深度「米勒循环」的「发动机」,峰值热效率和高效区范围远比燃油平台「发动机」更出色;        

  • 更高效的「电机」:通常采用两个『扁线+油冷+高速』配置的「电机」,拥有功率和扭矩密度高、峰值效率高、高效区范围广、损耗低等特性; 

  • 结构高度集成化:「电机」、「变速器」以及「控制器」等部件高度集成,动力集成化耦合; 

  • 多模式,快速切换:包括「发动机直驱」、「电机直驱」、「串联模式」和「并联模式」4种对应不同「速域」和「功率」工况的模式。

长城柠檬DHT结构示意图

聚焦回『为「DHT」增加「挡位」』的问题上,以「长城柠檬DHT」为例,通过上图我们可以看到,其「DHT」拥有2个「挡位」。

在低车速急加速时,由于有「1挡」的存在,故此,长城汽车官宣在40公里/时左右时,「发动机」即可介入动力输出,使得汽车能快速进入「并联模式」。如此一来,这套混动系统在保证动力充沛的同时,又保证「发动机」的经济性。

中高车速全负荷加速时,则可以切换至「2挡」,此时,由于「发动机」的「功率」被放大,释放出更大的扭矩,长城汽车官方宣称『可比单档串并联架构的轮端力矩大1000N·m左右』。

image011.gif

长城柠檬DHT混动系统多种模式(动图)

『两挡直驱』应该算是「长城柠檬DHT混动系统」最大的特点之一,当然,常规的「纯电模式」、「串联模式」和「动能回收模式」也不会少。而从混动控制的逻辑与工况对应后,我们大致可以归纳如下:

低速工况:车辆采用「纯电模式」,内部集成高性能驱动「电机」保证低速爬坡超大马力,动力响应迅捷,加速平顺,此时为『零油耗』;

中高速工况:「发动机」和「电机」采用「混联式」模式,在「并联」和「串联」中灵活切换,可充分发挥「发动机」和「电机」的双重驱动能力,保证更好的燃油性;

高速工况:「发动机」与「电机」进行「并联」驱动,提供充沛的动力,保证高速路况加速更平稳,动力更强劲。

长城柠檬DHT混动系统的串联模式

若你问我,为什么没有「发动机直驱模式」?其实是有的,不过这种工况发生的情况比较少。因为通常在高速巡航时,才会有机会(非必须)让「发动机」单独去驱动「车轮」,但只要对「功率」和「扭矩」的需求有一点点变化,整个系统就有强烈的趋势,去切换到其他的模式,比如:

很难出现的发动机(2挡)直驱模式

切换到「串联模式」:动力要求很弱,「发动机」的「功率」过剩,正好可以带动「电机」来发电,为「电池」充电;

切换到「并联模式」:动力要求较强,「P3电机」直接介入,与「发动机」共同输出「功率」;

切换到「混联模式」:动力要求一般,此时,可以是「P1电机」介入调整「发动机」的「扭矩」或「转速」。亦或是「发动机」带动「P1电机」为「P3电机」发电,并将多余的「功率」传输到「输出轴」。

总之大家要记住一个原则:「DHT混动系统」不刻意追求单一零部件或单点效率最高,而是追求动力总成的综合效率最大化。

国产DHT的崛起:新混动时代即将到来?

雷神智擎Hi·X混动系统包含两款DHT和两款混动发动机

无独有偶,最近吉利汽车也发布了新一代的混动平台「雷神动力平台」,而下属模块中包含一套混动动力总成——「雷神智擎Hi·X混动系统」,其中的「DHT Pro」通过独特的双排「行星齿轮组」实现了「3挡」布局。

雷神智擎Hi·X混动系统中的DHT Pro示意图

吉利汽车官方资料显示,「DHT Pro」在20公里/时的速度下便可进入「并联模式」。且在「1挡」的大速比加持下,实现弹射起步,让起步加速的能力提升50%。此外,「DHT Pro」将「电机」、「变速器」和「控制器」等多个部件进行高度集成,能够承受的最大输出扭矩达到了4920N·m。

定轴齿轮换挡结构(长城柠檬DHT100)示意图

虽然「雷神智擎Hi·X混动系统」与「长城柠檬DHT混动系统」同属于『多挡位传输』的「DHT」,但的确存在着一些区别:「长城柠檬DHT混动系统」属于『定轴齿轮换挡结构』,而「雷神智擎Hi·X混动系统」属于『行星齿轮组换挡结构』。这里不展开详解,我们放在单品牌介绍中再细聊。

市售的部分DHT产品参数对比(点击放大查看)

总而言之,言而总之,增加「DHT」的「挡位」都是为了延长「发动机」在最高效率区间的使用工况,从而减少传输损耗较大的工况,达到提升整套动力总成综合效率的目标。

光从技术的角度来看,目前国内的「DHT混动系统」已有崛起的趋势。当然,我们还要通过最终装车后的实际表现来判断一套混动系统是否成功。最后,我用无限暗示的眼神看向本田,弱弱地问一句:

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