长城“柠檬混动DHT”是DHT吗?


不是。“柠檬混动DHT”中,DHT是指混合动力专用技术(Dedicated Hybrid Technology),是一套完整的混合动力技术方案,包含发动机、变速器、驱动桥、电池等组件。

是。作为核心部件的变速器,采用了集成化设计,概念上可以归为DHT(Dedicated Hybrid Transmission,混合动力专用变速器)。

DHT全称为混合动力专用变速器(Dedicated Hybrid Transmission),由李斯特公司(AVL)的Robert Fischer博士在国际CTI第十四届论坛(2015年12月,柏林)上首次提出。自此,DHT成为了变速器界名正言顺的新分类。

DHT首要工作职责仍是变速。与其他类型变速器相比,DHT集成了电机,可以对来自发动机以及电机的动力进行调配,并统一对外输出。而在附加式混动方案(例如,P2混动)中,电机属于附加组件,电机缺失的情况下,传统动力系统仍可以正常工作。因此,集成电机成为判断是否属于DHT一个核心依据。


附加式混动与DHT(图片来源:《节能与新能源汽车传动技术的发展 》,徐向阳) 附加式混动与DHT(图片来源:《节能与新能源汽车传动技术的发展 》,徐向阳)


模块化、集成化是工业技术的演化方向之一,这点,在混合动力领域仍然适用。附加式混动方案(P0~P4混动)中,由于整体动力系统是基于内燃机传动系统设计的,因此节油减排效果有较大的局限。同时,引入的附加组件占用了比较大的空间,给整车空间设计也带来了不小的挑战。而DHT的集成化程度较高,传动路径很短,动力损耗可以大幅度降低。而且,对混动场景进行优化后,在占用空间更小的前提下,整体的节油减排效果也会更好。

丰田1997年的普锐斯打开了混动汽车的大门。如今看来,丰田混动系统中的变速器也符合DHT的定义。2020年12月,长城汽车发布了“柠檬混动DHT”,成为国内首提DHT概念的车企。

我们就以这两套技术方案为例,来看看DHT到底是什么。


#1

最早的DHT——丰田混动变速


丰田混动系统(Toyota Hybrid System,THS),从1995年开始研发,随普锐斯于1997年12月面世。2003年,经过改良的THS II,被安装在了第二代普锐斯上。也是在这时,THS II技术被雷克萨斯采用,因此,又起了个名字:HSD(Hybrid Synergy Drive)。如今,普锐斯已经发展到第四代(2015至今),而THS也被多次改进(最新变速器型号为P810/P910),不过官方仍然称为THS II。

THS II 布置图(图片来源:toyota) THS II 布置图(图片来源:toyota)


THS结构图(图片来源:toyota) THS结构图(图片来源:toyota)


对于THS而言,电机与发动机既可以共同驱动车辆,也可以在串联模式下工作(电机驱动,发动机发电),属于典型的混联构型。实现多种工作模式的核心便是“功率分流装置”。

常规工作模式下,发动机的动力一部分直接驱动车轮,另外一部分转换为电力,通过驱动电机输出辅助动力。“功率分流”(power split)描述的正是这一特性。

THS通过动力控制单元(PCU),可以灵活地调整发动机与电机的动力输出配比,以及工作模式。这套混动系统中,两个电机与功率分流装置构成了一个独立的组件,作用相当于传统汽车中的变速器,这便是DHT。


卡罗拉双擎搭载的P610变速器(图片来源:toyota) 卡罗拉双擎搭载的P610变速器(图片来源:toyota)


所谓的“功率分流装置”就是一组行星齿轮,设计十分优雅。齿圈与电机2(MG2)连接,同时也是动力输出的部件;行星架与发动机连接;最内部的太阳轮则与电机2(MG2)连接。工作原理很简单:通过调整三套齿轮部件的转速,实现齿圈速度的动态变化。


功率分配装置/行星齿轮(图片来源:toyota) 功率分配装置/行星齿轮(图片来源:toyota)


行星齿轮动力连接 行星齿轮动力连接


纯电动模式

电机2与齿圈相连,启动后,可以直接驱动汽车。这时,发动机不工作,为纯电动模式。汽车起步时,采用该模式。

纯电动模式能量流(图片来源:toyota) 纯电动模式能量流(图片来源:toyota)


纯电动模式下行星齿轮工作状态如下图所示,电机2的动力加在齿圈上,对外输出。注意,该模式下,太阳轮会反转,此时MG1不发电。

纯电动模式行星齿轮状态 纯电动模式行星齿轮状态


充电模式

如果齿圈速度为0,发动机启动后,将带动MG开始发电,这时就是充电模式。

充电模式能量流(图片来源:toyota) 充电模式能量流(图片来源:toyota)


充电模式行星齿轮状态 充电模式行星齿轮状态


串并联驱动模式

如果在充电模式下,启动MG2驱动齿轮,便为串联驱动模式。而通过调整行星齿轮中的转速配比,电池开始对MG2进行电力补偿,可以认为是并联驱动模式。这是THS最常见的驱动模式。



串并联驱动能量流(图片来源:toyota) 串并联驱动能量流(图片来源:toyota)


发动机的动力输出到行星架后,一部分直接驱动车辆,另外一部分通过MG1转化为电力,间接输出驱动力。这就是被称为“功率分流”的原因。在这种情况下,我们无法像其他混动方案一样,清晰地区分出串联驱动模式或并联驱动模式。

实际场景下,PCU(动力控制单元)通过调整两个电机的转速,可以灵活调整齿轮的输出速度,起到类似CVT的作用,所以,这套变速器也被称为e-CVT(Electronically controlled Continuously Variable Transmission)。




两种不同的转速配比 两种不同的转速配比


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#2

国内概念首提者——长城柠檬混动DHT


2020年12月,长城汽车发布了“柠檬混动DHT”。此处DHT的含义是混合动力专用技术(Dedicated Hybrid Technology),而非混合动力专用变速器(Dedicated Hybrid Transmission)。长城柠檬混动DHT包含三大核心组件,专用发动机、专用变速器、电驱动桥。

柠檬混动DHT核心组件(图片来源:长城汽车) 柠檬混动DHT核心组件(图片来源:长城汽车)


作为核心组件之一的变速器,集成了换挡机构以及双电机,属于混合动力专用变速器(Dedicated Hybrid Transmission)。这也让长城汽车成为了国内首提“DHT”概念的车企。


柠檬混动变速器:DHT100/DHT130(图片来源:长城汽车) 柠檬混动变速器:DHT100/DHT130(图片来源:长城汽车)


柠檬混动变速器由发电电机、驱动电机、两挡AMT变速结构等主要零件组成。其中,离合器、变速齿轮组、发电电机构成了发动机动力组件;驱动电机、减速器构成了电动力组件。发动机动力组件和电动力组件平行分布,通过输出齿轮实现两部分动力的耦合。


柠檬混动变速器动力轴示意(图片来源:长城汽车) 柠檬混动变速器动力轴示意(图片来源:长城汽车)


柠檬混动变速器结构图(图片来源:长城汽车) 柠檬混动变速器结构图(图片来源:长城汽车)


相比于丰田的“分流式”,这套变速器的设计很简洁,工作模式也一目了然。 


柠檬混动变速器工作模式示意(图片来源:长城汽车) 柠檬混动变速器工作模式示意(图片来源:长城汽车)


• 纯电动模式(EV)和能量回收模式下,发动机系统不参与工作,驱动电机(TM)完成动力输出以及能量回收。

• 串联混驱模式下,发动机动力全部通过发电机(GM)发电,产生的电力可以直接用于驱动电机(TM)的动力输出,变速机构不参与工作。

• 并联混驱模式最复杂,发动机和驱动电机同时工作,两种动力通过齿轮耦合后输出。同时,电池驱动GM电机,调节发动机工作点,使发动机保持在最佳工作状态。这种工况下,两挡变速机构参与工作,通过调整输出转速,使燃油经济性和动力性达到一定的平衡。

除了丰田和长城汽车以外,很多车企都在积极研发自己的DHT。现阶段,双电机+变速结构为绝大多数DHT方案的核心。变速结构上,除了上文所述功率分流器、AMT之外,也有厂商和供应商采用了DCT以及CVT。有些方案中,甚至实现了发动机动力与电机动力的混合调速。可以说,多挡调速是DHT未来一段时间的主要发展方向。

从去年开始,混合动力技术开始进入了快车道。围绕DHT展开的一场“军备竞赛”,已经无可避免。


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