增程屬於電動還是混動,為何選擇它的車企如此少?

2020-12-15 踢車幫

講堂問答欄目第四期,重點問答:

防傾杆到底有多重要?不裝算不算偷工減料?

AUTO HOLD功能對駕駛者有利,對汽車有弊端嗎?

為什麼很多車企都放棄增程式,有什麼緣由嗎?

問題1:@毛老鬼

請教三個有關底盤的技術問題:防傾杆作用的優缺點各是什麼?獨立懸掛的小汽車如果不裝防傾杆算不算偷工減料以及用什麼辦法來彌補其本來起的作用?

Route64:

我想,你問這個問題想必也是在網上看過許多資料了,那我也就默認你有一定的知識基礎來說。

防傾杆的核心能力便是減少車身平面與兩個車輪軸心連線的角度。看下圖,正常車輛行駛時車身平面(綠線)與車輪軸心的連線(紅線)應該是平行的。

而在轉彎時,車身會向外傾,車身平面和車輪軸心連線之間便有了一個角度,這個角度越大,車身側傾越厲害,對車輛的操控和安全越不利。

防傾杆類似扭力梁,形似「冖「,車身側傾必然造成一側懸架壓縮,一側懸架拉伸,防傾杆」冖 「一端向上,一端向下,桿身便會被扭轉,從而產生抵抗這種扭轉的力,車身側傾越嚴重,桿身扭轉越厲害,產生的反作用力也越大,可以減少車身側傾的趨勢。

使用防傾杆的效果主要是調節改善操控性,前軸布置防傾杆,防傾杆越粗,抗扭強度越高,可以減少車輛的轉向過度趨勢,增加轉向不足趨勢。

在後軸布置防傾杆,則是可以增加轉向過度趨勢,減少轉向不足。

它的強度需要和懸架、車身設計綜合考量,並非越強越好,越粗越好。強度過高的防傾杆會降低車輛過彎時內側車輪的下壓力,甚至可能在高速過急彎時導致內側車輪離地,完全喪失抓地力,反而影響了車輛的操控。

圖中連接左右車輪的黑色杆便是防傾杆

相對於彈簧和減振器,防傾杆因為它需要被扭轉才會產生力矩,在車輛直線行駛時,即使路面起伏,兩側懸架卻是一同壓縮拉伸,防傾杆不會扭轉,也就不起作用。

單個車輪跳動的顛簸其實也不會造成車身較大側傾,防傾杆基本也不起作用。利用這一點,可以取得舒適性和操控性的平衡:懸架彈簧和減震器可以設置地較軟,獲得在直線行駛時的良好舒適性,軟懸架在過彎時無法支撐車身的弱點則通過防傾杆來抑制,提升操控性。

基於以上特性,可以看到,防傾杆在家用轎車上就是給彈簧、減振器打輔助的,配不配備還是看車型定位。

買菜車完全可以不用,而注重操控性的車型(比如,我猜你想問的就是那款運動標杆的長軸版)配上防傾杆則可以事半功倍,如果將防傾杆取消同時還不提升懸架剛度的話,要麼是向舒適性完全妥協,要麼便確實是簡配了。

除了性能車,防傾杆在越野車上應用也不少,因為越野車需要的是又軟行程又長的懸掛,這種懸掛在過彎時的表現實在一言難盡,因此許多越野定位的SUV都配備了防傾杆在一定程度上改善高速行駛時的過彎安定性與安全性。

但防傾杆在越野時就是個累贅,它阻礙了懸掛的伸縮。比如這種情況,如果防傾杆工作,它傾向於使紅線與黑線平行,會使車身更加傾斜,反而使車輛重心偏離,不利于越野行駛。

因此,比如牧馬人盧比肯,他有一個經典的功能叫做防傾杆斷開,就這個「SWAYBAR」按鍵,脫開防傾杆,車輪才能夠得到更大的活動空間。

問題2 @臧文茂

請教一個問題,現在汽車上大部分都會有AUTO HOLD功能,在平時用車時,等紅燈等使用場景時,使用AUTO HOLD和掛N擋踩剎車,哪個省油或者對車有益。

Route64:

這個問題只要明白AUTO HOLD的工作原理便清楚了。AUTO HOLD是車輛電子穩定系統ESP的衍生功能。

在停車、駕駛員鬆開剎車後,仍然維持剎車助力泵的油壓,相當於是車輛自己幫你踩著剎車。整個剎車系統的工作狀態和駕駛員自己踩剎車並無不同。因此,可以認為AUTO HOLD=剎車。

而問題中的另一個變量是擋位,對於自動擋汽車而言,空擋自然皆大歡喜,沒有傳動損耗,但D擋踩剎車也不過是發動機帶著液力變矩器的泵輪空轉,變速箱、傳動軸仍然是停止的,這種損耗也是極小的,幾乎可以忽略。

另外從汽車設計的角度來講,AUTO HOLD功能設計來便是為了解放駕駛員,降低疲勞,而不是像自動啟停那樣是為了承擔節能減排「政治任務」而開發的,所以放心大膽的用吧。

PS:這裡需要注意區別的是AUTO HOLD並不是電子手剎,AUTO HOLD是電子配置,踩剎車時助力泵已經建立了壓力,松剎車時利用ESP的執行機構來維持油壓,整個過程連貫,響應迅速。

而電子手剎則是電動機驅動機械結構,拉起放下電子手剎時會發出的「滋」就是電動機推動螺杆的聲音,剎車力的建立需要時間。

AUTO HOLD需要持續供電,響應速度快,但是不能長時間維持,一般車輛在AUTO HOLD 3分鐘之後會自動切換為電子手剎。而電子手剎只在起作用時通電,車輛斷電之後可利用螺杆自鎖能力保持剎車力度,因而可以用於熄火後的駐車。

問題3 @S ingle °涼兮

可以專門做一期「增程式」解釋一下嗎?為什麼之前也有車企用過後來都放棄了呢?它的優缺點是什麼?

Route64:

在之前的講堂「THS不適合跑高速,DM II電量耗盡之後不省油,為什麼?」中曾經詳細地介紹了混合動力系統的分類,根據不同動力之間的連接方式來區分,混動可以分成:串聯、並聯和混聯。

增程式便是其中的串聯混動,發動機與一臺發電機直連,只能發電,沒有傳動軸,不能驅動車輛。驅動的工作全部由另一臺電動機負責。

增程式省油的核心在於讓發動機與車速,車輛動力需求解耦,使其始終工作在最高效率點,車輛加速時缺少的動力,減速時多餘的動力都由電池多退少補。其缺點則是能量多次轉換,損失較多,在面對高速巡航這樣發動機原本的高效工況時,效率反而會降低。

因為發動機只能發電,用來增加續航裡程,驅動全由電機負責,所以增程式混動(串聯混動)車也被稱為增程式電動車。發動機就是增程器,不僅僅發動機可以做增程器,其他的儲能裝置比如飛輪、甚至氫燃料電池也可以認為是一種增程器。

增程式的動力系統至少需要兩臺電動機和一臺發動機。其基本工作邏輯倒是比較簡單:

1.當電量充足,且電池輸出功率足以電動機所需時,由電池提供電能給電動機驅動車輛。

2.當電量充足,且電池功率不足以滿足電動機所需時,啟動發動機發電,一起提供給電動機驅動。

3.當電量不足時,發動機必然啟動發電,如果發的電比較多,大於電動機需求,那麼一部分電提供給電動機驅動,另一部分電給電池充電。

4.當電量不足時,發動機必然啟動發電,如果發的電不夠多,小於電動機需求,那麼電池也會提供一部分電能,無疑,這種狀態不能持久,當達到閾值,電池不能供電,此時車輛的最高輸出約等於發動機的輸出。因此,增程式電動車在電池電量較低時往往加速性能較差。

增程式混動車的工作邏輯就決定了它對動力系統的要求不低:

1.需要一臺足夠強勁的驅動電機,從加速到最高時速,整輛車全指望著它呢。驅動電機=純電動車的驅動電機。

2.需要一臺熱效率足夠高的發動機。當車輛處於增程行駛狀態時,發動機輸出的機械能先轉換成電能再轉換成機械能。相對於傳統汽車發動機→變速箱→傳動系統的路徑,增程式混動的動力傳遞路線更為複雜,對發動機的要求很高。

但是好處是增程式混動車的車速與發動機是不相關的,因此只需要在特定的幾個工作點效率足夠高就行,發動機的優化項目會相對較少一些。

3.這臺發動機的功率還不能小,因為它必須能夠承擔其電池沒電時候給驅動電機供電的任務,此時整車的輸出完全取決於發動機的輸出。而且為了車輛足夠省油,這一部分的功率需求還得落在發動機的高效區間內,注意,一般發動機的高效區間並不會包括其最大功率。發動機≈傳統汽車的內燃機。

4.發動機功率夠大還不夠,發電機小了也不行,要與發動機相匹配。發電機≈純電動車的電動機。

在整套動力系統中,唯有電池,可以稍微弱一些,功率不需要太大,容量也不需要非常高。

控制邏輯相對簡單,對電池要求不高,而且沒有裡程焦慮,城市行駛時發動機始終工作於高效率點,油耗比傳動汽車更低。由於這些優點的存在,早期混動車中增程式方案能夠佔據一席之地,比如雪佛蘭沃藍達(VOLT),寶馬i3增程版等。

但也必須看到增程式的缺點,對發動機、發電機、電動機的要求都很高,比傳統汽車多了兩臺電機、電池和電控,只是少了一臺變速箱。

比起純電動車,又多了發電機和發動機。其成本壓力很大,尤其是和如今常見的P2插電混動相比。P2混動僅需要一臺電機,增程式混動的成本無疑更高,對平臺的改動更大,空間布置也更加困難。因而也就慢慢銷聲匿跡了。

不過增程式技術也是在不斷發展的,繼承其衣缽的是本田的i-MMD銳混動技術,這是一種能夠與豐田THS媲美的混動技術。它在增程式的基礎上增加了一個離合器和一根傳動軸。這個離合器便是其精髓所在。

純電行駛時(如左圖),離合器斷開,電池供電電機驅動,相比豐田THS,沒有發電機反拖問題,沒有多餘的損耗,純電行駛效率很高。

目前本田尚未在國內推出插電混動的銳混動車型,其電池很小,因此在城市行駛時,大多數時候採用的是串聯驅動模式(中間圖),離合器仍然斷開,發動機只驅動發電機發電,供給驅動電機,電池的電能則查缺補漏,加速時提供額外的電能,並且在車輛低功率需求時吸收儲存發動機額外發出的電能。

高速時採用發動機直接驅動模式(右圖),離合器接合,因為發動機擅長應對高速工況,比起多一道轉換的串聯模式,發動機直驅的效率更高。此時電動機也可以輸出動力,應對高速再加速需求。從而有效利用了發動機本身的高效區,彌補了傳統增程式應對高速巡航這一弱項的缺點。

這就可以看出本田和豐田兩家技術路線的差異,本田i-MMD要麼是100%的串聯混動,要麼是100%的並聯混動。

而豐田THS發動機的輸出一部分用來發電提供給驅動電機,相當於串聯;另一部分直接驅動,同時電池也給驅動電機供電驅動,這就相當於並聯,串聯和並聯是同時存在的。就好像是兩種模式的混合。

因此此學術界也有說法,將本田這種模式從」混聯式混動「中摘出來,稱為「復聯式混動「,意為串聯和並聯的複合,與混合相區別。

值得一提的是,純正的增程式仍有傳承——理想ONE,與本田的改進路線不同,理想ONE仍是典型的增程式電動車,其結構與老一批的增程式混動車完全一致,注意,我這邊分別用了電動車和混動車來描述兩款車型。

理想為其構建的一種新的使用場景,通過加大電池容量,並使其可插電,讓城市通勤歸於純電,而長途則可以通過加油來快速補充續航,讓發動機隱於幕後,真正充當一個增程器,它是純電的拓展而非混動的延續。這種新的應用場景下其實並不十分關注油耗問題,額外的續航才是關鍵。

本文作者為踢車幫 Route 64

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