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干货 | 一篇看懂「东风马赫电混DH-i」的混动专用变速器
来自:电动邦
作者:王元祺
2024-02-22 11:33:13
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想写东风旗下的混动技术已经很久了,其实早在一年前的上海车展,我就被邀请参加了技术直播,当时「东风马赫电混DH-i」(后简称「马赫DH-i」)还处于半公布状态,直播完回来整理了一下资料,发现要充分解释其混动变速系统还需要仔细地思考和制图,然后……就忙到过年,现在终于留出了几天,好好地给这套系统做了一下图片,废话不多,干货走起!

马赫DH-i混动变速器的结构——别出心裁

马赫DH-i结构示意图

「马赫DH-i」混动变速器的内部,采用的是目前主流的「P13架构」。用于驱动的「P3电机」、用于发电的「P1电机」、用于实现「功率分流」的一组「行星齿轮机构」、用于实现串并联的两对「齿轮」(配合两套「同步器」)、以及「控制器」等组件共同构建了该混动变速        器。

丰田THS(第一代)原理示意图(仅供参考)

我们先简单回顾一下,当下比较流行的两类混动结构。首先是「功率分流系统」,我们以此前详解过的「丰田THS」(第一代)为例:「发动机」的动力在进入「行星齿轮组」后,在「行星齿轮」(上图黄色底色)上被分为了两股「功率流」(上图①和②),一股用于驱动,而另一股则可以用来发电。而这种通过「行星齿轮组」将动力分流的混动构型,也被称为「功率分流」。

丰田THS(第一代)结构示意图(仅供参考)

整套系统的最大特点在于:

  • 平顺性佳:没有「机电耦合机构」产生的切换顿挫;

  • 经济性佳:「发动机」可以更久地保持在高效区间,较传统燃油汽车的能源利用率更高;

  • 动力上限低:由于受限与动力无法解耦,「发动机」时刻拖拽变速机构,动力传递路径长等原因,瞬时提速较弱,最高极速受限较大。

柠檬DHT结构示意图(仅供参考)

而包括长城、吉利等厂商则主推多挡位「串并联」结构,以长城的「柠檬DHT」为例:通过平行轴的布局,使得「发动机」的动力可以在混动和直驱之间切换,特别是并联模式下,「发动机」与「电驱系统」可以共同输出动力,保证瞬时提速的体验,同时亦可拉升最高极速的上限。

image005.gif

柠檬DHT并联模式示意图(动图)

此外,通过增加档位,进一步放大发动机的作用。当然实现换挡的方式可以多种多样,比较常见的方法有两种:使用同步器或多层离合器。当然,世界上没有完美的机械结构,目前多挡串并联结构的混动系统,依旧从以下几个角度在进行优化:

  • 「机电耦合机构」的优化:进一步降低切换时的顿挫可能,比如强化「机电液压系统」的响应速度,亦或尝试采用其他机构,比如五菱采用了「电磁式离合器」;

  • 系统标定的优化:部分多挡位的多挡串并联混动系统,在装车上市前期,其油耗表现并未完全达到预想中的效果,好在伴随汽车智能化的发展,通过OTA升级,也可以完成后续的标定优化;

  • 成本优化:组件越多,硬件和标定的成本越高,所以,对于主机厂而言,要么通过规模化效应来降本。要么则是减少组件,降低成本。不过对于消费者而言,不用考虑。

马赫DH-i结构示意图(仅供参考)

「马赫DH-i」的别出心裁,则是将「功率分流」和「串并联」相结合。粗看之下,便是将「丰田THS」中的单行星排与「柠檬DHT」中的两挡机构相融合,实现了四挡的调节。不过,这里我要划出两个结构上的重点:

马赫DH-i变速器拆解图

  1. 『内外』各一套「同步器」:一套「同步器」置于「行星齿轮机构」中(即「低速挡同步器」),实现的是「功率分流」下的两个模拟挡位,即是低速1挡和2挡;另一套「同步器」置于「行星齿轮机构」外(即「高速挡同步器」),实现的是「串并联」下的两个真实挡位,即是高速3挡和4挡。为了方便标注和理解,我将所有挡位画在了一起,而非误导;

  2. 没有「机电耦合机构」:由于「行星齿轮机构」的加入,摒弃了「离合器」和「机电液压系统」等组件,整个变速过程是通过两个「电机」进行「发动机」、轴系端的转速调节,「同步器」进行机械啮合。

马赫DH-i系统示意图

所以,从结构逻辑上来说,相比我们最近看到的单挡位DHT,「马赫DH-i」还是比较复杂的。但在结构设计上,两套「同步器」以及两组「齿轮」的布局,可谓是点睛之笔,特别是在近距离观察和工程师的讲解后,我依旧能给出很高的评价。

马赫DH-i混动变速器的变速原理——相对复杂

由于采用了1+1的结构融合,所以「马赫DH-i」的变速逻辑也和其他的混动变速器略有不同:

「行星齿轮机构」模拟低速挡:大部分「功率分流」的混动系统,无论是输入式、输出式还是复合式,皆是以平衡「发动机」效率为目标,而「马赫DH-i」则通过一套附加的「同步器」对「行星齿轮机构」中的组件(个人理解是「内齿圈」、「行星架」或「行星齿轮」中的一个或多个)进行切换(当然也要配合其他的锁止组件共同完成),从而起到放大扭矩的作用,模拟出了两个挡位,具体的标定逻辑,我们在后面的工作模式中展开讲解;

两对「(定)齿轮」实现高速挡:这点比较好理解,与「柠檬DHT」的逻辑基本相同,「同步器」通过专用的低压小电机,在两对不同齿比的「齿轮」中切换,从而应对高速工况,实现3挡和4挡这两个高速挡位。

image013.gif

马赫DH-i变速原理(直驱模式)示意图(动图)

值得一提的是,相比单一「串并联」的混动系统,拥有「行星齿轮机构」的「马赫DH-i」在同步各个轴系之间转速时,除了可以利用两个「电机」来调速,还能得到「功率分流」结构的加持。如此一来,在『油电-油混-电混』之间切换时,平顺性进一步得到了保证,也是一个让我感到有趣的设计巧思。

马赫DH-i混动变速器的工作模式——模式繁多

「马赫DH-i」相对复杂的结构,自然到来了更多的工作模式,从能量管理角度出发,被分为了纯电、串联、并联(四挡可调)、直驱(四挡可调)、功率分流(双模)、驻车充电和制动能回收这7种。然后老规矩,通过我下班回家的实际工况,粗浅地来分析一下:

image014.gif

马赫DH-i基本工作原理(动图)

再要插一句,我以搭载「马赫DH-i」的PHEV车型为例,因为有「功率分流」加持的HEV车型,在低速时会更多地选择功率分流模式,而PHEV拥有更大的「动力电池」,纯电和串联的工况才会更多一些,故此,更适合我去解释更多的细分工况。

首先,假设车辆出发前,「动力电池」的SOC支持纯电行驶,那么优先使用纯电起步,当我驶出公司所在的园区后,「P3电机」的功率随着我对动力的需求增大而不断提升。此时,处于纯电驱动模式。

当我在城市中低速的道路行驶时,系统基本会让「P3电机」持续驱动车辆,当「动力电池」的SOC降低到一定阈值时,「发动机」便会启动,「发动机」的动力通过「行星齿轮机构」(个人理解是带动「太阳轮」)带动「P1电机」进行发电,为「P3电机」补充供电。

此时,「马赫DH-i」的特色就来了,当车速差不多达到40km/h左右时,系统会根据「动力电池」的SOC状态、「发动机」的实时工况等多方数据进行判断,有一定机率进入「功率分流」模式,「发动机」的动力通过「行星齿轮机构」被分流,一部分发电,一部分直接用于驱动,此时「P3电机」作为补充动力源,只在动力需求突然提升的瞬间才会助力驱动。

接下来有一段高速路需要跑,速度也达到了60km/h以上,那么便有了适合直驱的工况,若「动力电池」的SOC充足,那么系统则会从其他工作模式中切换到发动机直驱模式。

通常情况下,直驱模式会落在高速挡的第一挡,也就是「马赫DH-i」的3挡,何时会上4挡,大家往下看。

此时,前方出现了一辆速度较慢的货车,我想在高速巡航的情况下,进一步提速,所以深踩加速踏板,系统则会检测到动力需求还在提升,故此,系统会让「动力电池」给「P3电机」供电,让它快速给到动力的补充,进入并联模式。

而并联模式的极速标定上限,据我所知大概是在110km/h。若要突破这一速度极限,目前则标定为进入直驱,进入高速挡的二挡,即是4挡。

现在我将从高速路会到城市低速路段,在匝道口需要进行减速,当我们踩下制动踏板时,系统进入制动能回收模式,此时轮端的制动能通过「P3电机」进行回收。最终在多种工作模式的动态切换中,我回到了所住的小区。

当然,由于模式比较多,故此,今天我必须加一点戏份了。比如,今晚我还要送家里的小祖宗去学画画,那么在我驻车时,若「动力电池」的SOC较低,那也可以进入驻车充电模式。

当接到小祖宗,听说今天又在学校里惹祸,我的心情顿时就有几分急躁,一看手表,距离晚上的课也就只有不到20分钟了,所以便将驾驶模式切到了『SPORT』。而此时,「马赫DH-i」才会释放低速挡位,即1挡和2挡。此时,当你猛踩油门时,系统会在直驱模式和并联模式中,进行低速两挡的切换。

马赫DH-i组件特写图

这里也要为网上的一些媒体的误读纠正一下,官方介绍的『并联直驱四挡,功率分流两挡』,不是『4+2』六挡意思,『并联直驱四挡』是要配合「行星齿轮机构」那模拟的两挡共同实现,也就是两套「同步器」共同作用产生的『2*2=4』可能。

巧思背后的可能性

「马赫DH-i」应该是2023年中,我见过比较复杂的新一代量产混动变速器,故此,光是结构和原理的介绍就写了3000多字。限于篇幅,整套系统的参数内容,比如「混动专用发动机」、「电驱系统」等,就留在浅析篇中展开聊。

首搭车型:皓瀚DH-i

近3年来,几乎每一款新一代量产混动变速器发布后,鄙人或多或少地有机会近距离接触,特别是自主品牌的产品,从中我看到了不少基于轻量化、集成化、智能化、高效化的结构设计巧思。

有人会说:『是工程师更厉害了』。然则在巧思的背后,是中国在汽车工业上整体制造工艺的提升,亦是整个产业链愈发成熟带来的可能性,个人寻思着,是不是要开一篇来详解一下,那么让我在评论区看到大家的心声吧~~

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