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新能源汽车还需要变速箱吗?-新能源汽车的分类
作者:大赢家电玩    发布日期:2021-02-06 19:34


  汽车按照动力来源形式可以分为传统汽车、普通混合动力汽车新能源汽车。传统汽车主要以内燃机驱动。混合动力汽车是指由两个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成的车辆,按照是否外接充电可划分为一般混合动力(Hybrid)、插电式混合动力(Plug-In)。新能源汽车是指采用新型动力系统,完全或者主要依靠新型能源驱动的汽车,包括插电式混合动力(含增程式)、纯电动和燃料电池等。根据混合度(即电功率比例)的高低,混合动力汽车可以分为微混、弱混和强混等不同类型。不同公司定义不同,目前尚无统一标准。一般来说,微混主要有12V启停,弱混主要有48V混动,而强混包括常见的并联、串联及混联(含功率分流)等。不同混动系统的特性比较如下。

  根据电机布置的位置,混动系统又可以分为P0/P1/P2/P3/P4等不同形式。

  1)P0电机置于发动机皮带轮系端,皮带驱动BSG电机,主要应用于12V启停及48V微混系统;2)P1电机置于变速箱之前,安装在上,在K0离合器之前,主要应用于12V启停及48V微混系统;

  3)P2电机置于变速箱的输入端,在K0离合器之后,主要应用于并联混动系统;

  4)P3电机置于变速箱的输出端,与发动机分享同一根轴,同源输出,主要应用于并联混动系统;

  5)P4电机置于变速箱之后,与发动机的输出轴分离,一般是驱动无动力的轮子,主要应用于并联混动系统。

  下面分别介绍12V启停、48V弱混、强混、插混、纯电动车燃料电池汽车的分类与构成。

  发动机启停(Stop-Start)系统就是在车辆行驶过程中临时停车(例如等红灯)的时候自动熄火,当需要继续前进的时候,自动重启发动机的一套系统。发动机启停作为混合动力车的入门技术,由于成本较低且有一定节能减排效果,目前应用较为广泛。

  a)分离式起动机发电机启停系统,这种系统的起动机发电机是分开设计的,起动机发动机启动提供所需的功率,而发电机则为起动机提供电能。

  b)集成起动机发电机启停系统,这种系统集成的起动机发电机是一个通过永磁体内转子和单齿定子来激励的同步电机,能将驱动单元集成到统中。

  c)马自达智能启停系统,马自达i-stop技术主要通过在气缸内进行燃油直喷,以燃油燃烧产生的膨胀力来重启发动机发动机上的传统启动机在发动机启动时起到辅助作用。

  48V混动系统可以看成12V启停系统的升级版,主要由48V启动电机、锂离子电池组、用于48V与12V电压之间转化的电压控制器(DC/DC)以及相应的控制模块组成。根据电机布置的位置,48V系统也可以分为P0(BSG)、P1/P2/P3(ISG)、以及P4(RealAxleDrive)等不同形式。相比传统12V系统,48V混动系统由于电池电压输出升高,降低了线路损耗,同时电压的升高也可以有效改善起停电机、空调压缩机、冷却水泵等系统的工作时间,让发动机在停车状态最大限度不参与工作;其次是48V的电压更能满足锂电池快速实现能量回收的要求,而回收的能量可用于辅助驱动等,降低发动机负载,从而实现降油耗和排放的作用。

  目前强混车型的类型比较多,按传动系构型可分为串联式、并联式、混联式等三种。

  a)串联式,最接近于纯电系统,配置的发动机仅用于推动发电机发电而不直接参与驱动汽车。系统输出动力等于电动机输出动力。代表车型有日产Note等。

  b)并联式,以发动机为主,电动机为辅,系统输出动力等于发动机与电动机输出动力之和。按照电机位置可以分为P2/3/4等不同类型。代表车型有现代索纳塔混动版。

  c)混联式(串并联),电动机和发动机都能单独驱动汽车。由于系统中配置有独立发电机,因而系统输出动力大于发动机与电动机输出动力之和。混联主要有两种形式,一种是分路式结构(功率分流),以行星排齿轮和双电机等作为传动机构,代表车型有丰田Prius;另一种是开关式结构,以离合器和双电机进行动力切换,代表车型有混动。

  插混分类与强混类似,也包括串联式(增程式)、并联式、混联式等三种,主要区别是插混车型可以充电,并且电池系统的带电量更高,纯电行驶里程更长。

  b)并联式,包括P2/3/4等多种形式,代表车型有插电混动版、吉利帝豪GLPHEV、长城WeyP8等。

  c)混联式(串并联),同样包括分路式及开关式两种,分路式结构(功率分流)代表车型有通用凯迪拉克CT6插混版,开关式结构代表车型有上汽荣威eRX5。

  纯电动车指的是完全由动力电池提供电力驱动的电动车,其驱动系统与串联式混动类似。

  我们可以将燃料电池系统视为发动机或增程器,燃料电池汽车的架构类似于串联式混合动力,有插电式或不插电等不同形式。

  传统变速箱作为协调发动机转速车轮实际行驶速度的变速装置,用于发挥发动机的最佳性能。具体来说,由于发动机的合理转速区间较窄(一般在1000-4000rpm左右),转速过低则无法输出转矩,而一旦发动机转速过高则会处于一种低效的工作状态,所以在行驶时,燃油车需要通过换挡来调整减速比,从而使转速保持在合理的工作区间。

  按操纵方式分类,传统变速箱可以分为手动变速器自动变速器(含半自动变速器)两大类。按照结构和原理的不同,自动变速器可以分为四种形式:液力自动变速器(AT)、无级变速器(CVT)、双离合变速器(DCT)、机械式自动变速器(AMT)。

  普混汽车中,弱混汽车一般是在原有发动机变速箱基础上加装12V或48V混动系统,其变速箱与传统基本一致,但大都配置的是自动变速箱。对于12V启停汽车而言,装配12V启停系统的汽车与传统汽车变速箱上并无差别。对于48V微混汽车而言,装配P0/1/4方案的变速箱与传统汽车没有差别,装配P2/3方案的变速箱或需要略作改动,但大体结构仍与传统相同。而强混及新能源汽车变速箱和传统汽车略有不同,按照混动和纯电等不同动力形式进行划分,车型和结构不同,变速箱差异较大。

  串联式混合动力系统最接近于纯电系统,发动机仅用于推动发电机发电而不直接参与驱动汽车,大都无需变速箱,一般仅在电机输出端配置单级减速器,部分会与电机或电机控制器集成为二合一或三合一驱动系统,未来或采用多挡变速箱。

  按照电机位置,并联式混动有P2/3/4等不同构型。对于P2结构而言,混动变速箱与传统自动变速箱差别较小;对于P3结构,部分将电机集成在变速箱内部,结构改动较大。而对于P4结构,一般称为电驱动桥变速箱结构与串联式结构类似。部分车型P4结构与P2结构结合,前驱仍包含P2并联混动变速箱,如长城WeyP8等。

  长城WEYP8及长安CS75PHEV应用了舍弗勒的P4结构电驱动桥,其中使用了两挡变速箱。

  混联式变速机构与传统变速箱差异较大,主要有两种形式,一种是分路式结构(功率分流),以行星排齿轮和双电机等作为传动机构,另一种是开关式结构,以离合器和双电机进行动力切换。

  丰田THS混动系统的E-CVT变速箱属于分路式结构(功率分流),结构非常简单,仅仅由MG发电机MG2驱动电机、行星齿轮系统、动力控制单元PCU等组成,具有平顺性好、传动效率高、结构简单、体积小等优点,是全球应用最为广泛的混动变速箱之一。

  本田i-MMD混联变速箱属于开关式结构,主要由发电机、驱动电机、离合器及动力控制单元PCU等构成,具有纯电模式、串联混动、并联混动三种模式,在结构简单的同时,还能保持高效动力输出和极低的油耗。

  对于插混汽车,增程式混动的变速系统与串联式混动类似,目前大都采用单级减速器,未来或采用2挡或多挡变速箱;并联式及混联式插混与强混系统类似,均需要特定的变速箱。

  对于纯电动汽车,变速系统与增程式(串联式)混动系统类似。目前全球主流纯电动汽车均采用电机匹配单级减速器的架构,未来或采用2挡或多挡变速箱。

  对于燃料电池汽车,其驱动系统构造类似于串联式混合动力,一般采用单级减速器,未来或采用2挡或多挡变速箱。

  综上所述,对于混动及纯电动汽车,纯电动及串联式混动需要单级减速器或多挡变速箱,并联式混动变速箱与传统自动变速箱类似,而混联式等则需要专用混动变速箱。

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