◆文/山東 劉華

為了促進節(jié)能減排，滿足《乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》(簡稱雙積分)文件的政策要求，很多車廠陸續(xù)推出了非插電式混合動力轎車。本文選擇2018款廣汽豐田凱美瑞、2016款廣汽本田雅閣、2017款上汽通用君威等三款售價相近且有代表性的中級轎車，對其安裝的非插電式混合動系統(tǒng)用發(fā)動機、高壓電池、電控變速器以及工作模式等進行詳細的技術比較。

一、混合動力車用發(fā)動機

混合動力轎車用發(fā)動機一般采用阿特金森(Atkinson)循環(huán)的發(fā)動機，阿特金森循環(huán)發(fā)動機的熱效率比傳統(tǒng)的奧拓(Otto)循環(huán)發(fā)動機更高，原因在于前者的膨脹比大于壓縮比，一般通過采用可變氣門正時系統(tǒng)來實現(xiàn)。與傳統(tǒng)轎車的發(fā)動機不同，混合動力轎車用發(fā)動機主要的設計目標是經(jīng)濟性，凱美瑞混合動力車發(fā)動機采用了燃油雙噴射系統(tǒng)，而雅閣及君威均采用燃油缸內(nèi)直噴系統(tǒng)。三款混合動力車用發(fā)動機的類型及主要參數(shù)對比見表1。

表1 三款混合動力車用發(fā)動機的類型及主要參數(shù)對比

對比上述三款混合動力車用發(fā)動機，可以看出凱美瑞車發(fā)動機的排量、壓縮比、熱效率及最大功率、最大扭矩等參數(shù)均最大，雅閣車發(fā)動機次之，而君威30H車發(fā)動機最小。

二、混合動力車用高壓電池

混合動力轎車的高壓電池主要采用的類型為鎳氫電池、高壓鋰電池(以三元鋰電池為主)等，一般采用風冷，安裝在汽車后排座椅下部(如凱美瑞)或后排座椅與后備箱之間的空腔內(nèi)(如雅閣、君威等)。三款混合動力車用高壓電池的類型及主要參數(shù)對比列于表2。

表2 三款混合動力車用高壓電池的類型及主要參數(shù)對比

對比上述三款混合動力車用高壓電池，可以看出只有凱美瑞車采用了鎳氫電池，其他兩款車均采用了三元鋰電池；三款混合動力車用高壓電池的總電壓、總電量相近。用戶對混合動力車始終關注的核心為高壓電池質(zhì)保，豐田公司為用戶購買鎳氫電池組無憂保險(僅限為非營運車輛)的方式，用戶可享受“不限年限，不限里程”的無憂保障。

三、混合動力車用電控變速器

電控變速器為混合動力車的核心部件。眾所周知，豐田公司手握轎車混合動力系統(tǒng)特別是電控變速器的大量專利，為規(guī)避專利，其他公司開發(fā)的轎車混合動力系統(tǒng)用電控變速器與豐田車型會有明顯的區(qū)別。三款混合動力車電控變速器的主要參數(shù)及技術特點列于表3。

表3 三款混合動力車電控變速器的主要參數(shù)及技術特點

對比上述三款混合動力車用驅(qū)動電機，可以看出雅閣混合動力車用驅(qū)動電機的最大功率、最大扭矩最大。

1.凱美瑞混合動力車電控變速器

凱美瑞混合動力車電控變速器習慣稱為混合動力傳動橋，2018款凱美瑞混合動力傳動橋由小電機MG1、大電機MG2、復合齒輪裝置、傳動橋阻尼器、中間軸齒輪、減速齒輪、差速器齒輪機構(gòu)和油泵組成。該傳動橋為3軸結(jié)構(gòu)，復合齒輪裝置、傳動橋阻尼器、油泵、MG1和MG2連接至輸入軸。中間軸從動齒輪和減速主動齒輪連接至第二軸。減速從動齒輪和差速器齒輪機構(gòu)連接至第三軸(圖1)。

圖1 混合動力傳動橋結(jié)構(gòu)圖

(1)電機MG1、MG2

電機MG1(小)和MG2(大)為緊湊、輕量且高效的三相永磁同步電機，內(nèi)置于混合動力傳動橋內(nèi)，由定子、定子線圈、轉(zhuǎn)子、永久磁鐵和解析器(也稱為電機轉(zhuǎn)速位置傳感器)等組成(圖2)。MG1電機主要用作發(fā)電機來使用，為MG2驅(qū)動車輛提供電能并對鎳氫電池充電。另外，啟動發(fā)動機時，MG1作為起動機來使用。MG2主要作用是利用MG1和鎳氫電池提供的電能，以驅(qū)動電機模式驅(qū)動車輛行駛，此外，在減速或制動過程中MG2用作發(fā)電機對鎳氫電池充電，以回收再生制動能量。

圖2 電機結(jié)構(gòu)圖

為了實現(xiàn)對電機進行矢量控制，需精確測量電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速及磁極的位置(相位)，為此安裝了解析器(電機轉(zhuǎn)速位置傳感器)。解析器采用旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)形式，由3個定子線圈(勵磁線圈、檢測線圈S、檢測線圈C)和轉(zhuǎn)子(隨電機轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn))組成。

(2)復合齒輪裝置

復合齒輪裝置由動力分配行星齒輪機構(gòu)和電動機減速行星齒輪機構(gòu)等組成。通過采用2套行星齒輪機構(gòu)的齒圈和中間軸主動齒輪及駐車鎖止齒輪做成一體的復合齒輪，使復合齒輪裝置的結(jié)構(gòu)更為緊湊和輕量化。動力分配行星齒輪機構(gòu)的太陽齒輪連接至MG1、行星架連接至發(fā)動機、齒圈位于復合齒輪上。電動機減速行星齒輪機構(gòu)的太陽齒輪連接至MG2、齒圈位于復合齒輪上、行星架固定至傳動橋外殼(圖3)。

圖3 復合齒輪裝置

(3)傳動阻尼器

傳動阻尼器一般稱為扭轉(zhuǎn)減振器?；旌蟿恿囕v在發(fā)動機運轉(zhuǎn)停止或啟動瞬間，會產(chǎn)生很大的扭轉(zhuǎn)振動，而在傳動裝置結(jié)構(gòu)上又取消了液力變矩器，無液力減震作用，因此，為減少傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動，提高可靠性以及駕乘的舒適性，混合動力車輛普遍在發(fā)動機飛輪與傳動橋之間安裝了傳動阻尼器(圖4)。

圖4 傳動阻尼器

(4)傳動橋油泵

機械油泵采用余擺線型油泵，內(nèi)置于混合動力傳動橋內(nèi)。由發(fā)動機驅(qū)動，壓力潤滑各部齒輪。另外傳動橋還通過減速齒輪旋轉(zhuǎn)，飛濺潤滑齒輪，減小機械油泵運轉(zhuǎn)負載。

2.雅閣混合動力車電控變速器

2016款雅閣混合動力車的電控變速器結(jié)構(gòu)與凱美瑞車有明顯不同。該電控變速器(E-CVT)內(nèi)部集成了發(fā)電機、驅(qū)動電機、扭轉(zhuǎn)減振器、超越離合器、超越離合器齒輪、4根平行軸及齒輪等部件(圖5)。(1)飛輪與扭轉(zhuǎn)減振器

圖5 E-CVT內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

與凱美瑞混合動力車類似，2016款雅閣混合動力車在發(fā)動機飛輪與電控變速器的輸入軸之間安轉(zhuǎn)了扭轉(zhuǎn)減振器。飛輪通過1個定位銷以及8個螺釘與曲軸凸緣連接，扭轉(zhuǎn)減振器通過6個螺釘固定在飛輪后端面上，電控變速器的輸入軸通過外花鍵插入扭轉(zhuǎn)減振器的內(nèi)花鍵孔中，將發(fā)動機的動力輸入到電控變速器內(nèi)(圖6)。

圖6 飛輪及扭轉(zhuǎn)減振器

(2)平行軸及齒輪

電控變速器內(nèi)集成了4根平行軸及齒輪：輸入軸及齒輪、發(fā)電機軸及齒輪、驅(qū)動電機軸及齒輪、副軸及齒輪(圖7)。輸入軸的外花鍵與扭轉(zhuǎn)減振器的內(nèi)花鍵連接，將發(fā)動機的動力輸入到E-CVT內(nèi)部。輸入軸也與超越離合器連接。驅(qū)動電機軸與驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)子連接，驅(qū)動電機軸齒輪與副軸常嚙合齒輪嚙合，然后通過主減速器、差速器、半軸將動力傳給兩個前輪(驅(qū)動輪)，驅(qū)動車輛行駛。駐車齒輪通過花鍵與驅(qū)動電機軸連接，并隨驅(qū)動電機軸同步轉(zhuǎn)動。發(fā)電機軸與發(fā)電機的轉(zhuǎn)子連接，發(fā)電機軸齒輪與輸入軸的常嚙合齒輪嚙合。發(fā)動機轉(zhuǎn)動時，通過常嚙合齒輪傳動帶動發(fā)電機運轉(zhuǎn)。

副軸上集成了副軸常嚙合齒輪及主減速器驅(qū)動齒輪，副軸常嚙合齒輪與驅(qū)動電機齒輪及超越離合器齒輪嚙合。主減速器驅(qū)動齒輪將來自驅(qū)動電機或發(fā)動機的動力傳遞至主減速器從動齒輪，然后經(jīng)過差速器、半軸傳遞至前輪(驅(qū)動輪)。

圖7 平行軸及齒輪

(3)超越離合器及超越驅(qū)動齒輪

與凱美瑞、君威車混合動力系統(tǒng)不同，2016款雅閣混合動力轎車的電控變速器內(nèi)采用了超越離合器(PCM控制)，超越離合器為液壓驅(qū)動的濕式多片式離合器，位于輸入軸的末端。通過超越離合器改變動力傳遞路徑，從而實現(xiàn)在驅(qū)動發(fā)電機或驅(qū)動車輪之間切換發(fā)動機的動力。

當超越離合器不工作(分離)，若發(fā)動機運行時，發(fā)動機動力將通過扭轉(zhuǎn)減振器→輸入軸→輸入軸齒輪→發(fā)電機軸齒輪→發(fā)電機軸→發(fā)電機，實現(xiàn)發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。當超越離合器工作(接合)，發(fā)動機運行時，發(fā)動機動力將通過扭轉(zhuǎn)減振器→輸入軸→超越離合器→超越齒輪→副軸齒輪→副軸→主減速器驅(qū)動齒輪→主減速器從動齒輪→差速器→半軸→前輪，實現(xiàn)將發(fā)動機動力傳遞給前輪(驅(qū)動輪)。另外，當超越離合器工作(接合)且發(fā)動機運行時，發(fā)動機還將同時驅(qū)動發(fā)電機轉(zhuǎn)動(空轉(zhuǎn))。

(4)發(fā)電機及驅(qū)動電機

發(fā)電機、驅(qū)動電機均采用了重量輕、體積小、高效率高的三相永磁同步電機。驅(qū)動電機、發(fā)電機以及電機轉(zhuǎn)速位置傳感器的作用與凱美瑞混合動力車類似，在此不再贅述。