專利面前 看吉利如何PK豐田混動技術(shù)？

吉利與科力遠(yuǎn)研發(fā)CHS混動技術(shù)

當(dāng)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車追求8AT、9AT、10AT……...越來越多的變速箱，其實(shí)混動技術(shù)早已拋棄了傳統(tǒng)的變速箱，而實(shí)現(xiàn)了CVT變速箱般的無級變速能力的同時(shí)燃油經(jīng)濟(jì)性爆棚的內(nèi)燃機(jī)，其中最具代表性的一項(xiàng)就是豐田的混動技術(shù)。但是，吉利作為中國品牌，并不認(rèn)為這是外國人的專屬。不，他們展示了一種全新的混合動力技術(shù)...

●合作伙伴還是競爭對手？

在了解更多吉利如何PK豐田技術(shù)之前，我們先來說說他們背后的故事。是的，混合動力技術(shù)背后還有另一層關(guān)系。

故事應(yīng)該從豐田普銳斯（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）的鎳氫電池說起。我們可以看到，即使在鋰電池成為主流的今天，豐田依然堅(jiān)持鎳氫電池的應(yīng)用。比如最新的第四代普銳斯提供了兩種解決方案:鋰電池組和鎳氫電池組。如今，國內(nèi)豐田混合動力車型的鎳氫電池供應(yīng)大多來自一家名為袁可立的公司。

2021年，成長中的袁可立公司收購了松下在日本的子公司湘南電池廠。這家電池廠是為第一代普銳斯提供電池的企業(yè)。2021年第一天，吉利汽車與袁可立宣布“聯(lián)手”，成立新公司，共同開發(fā)CHS混合動力技術(shù)平臺，具有一定的可擴(kuò)展性，可為HEV和PHEV車型提供裝配技術(shù)。吉利持股49%，袁可立持股51%，所以對于豐田供應(yīng)商袁可立來說，這是對甲方的挑戰(zhàn)！雖然吉利和袁可立研發(fā)的CHS混動技術(shù)距離量產(chǎn)還有一步之遙，但豐田和袁可立顯然已經(jīng)走上了技術(shù)競爭的道路。

●豐田的混合動力技術(shù)在哪里？

我們知道豐田是第一個(gè)研究混合動力技術(shù)的制造商。1997年，豐田是第一家大規(guī)模生產(chǎn)油電混合動力汽車普銳斯的制造商。隨著豐田混合動力技術(shù)的積累，其可實(shí)現(xiàn)無級變速的E-CVT技術(shù)也越來越成熟。

“取消傳統(tǒng)變速箱？當(dāng)我們拋棄豐田的混合動力系統(tǒng)時(shí)，你會發(fā)現(xiàn)它的機(jī)械機(jī)構(gòu)并沒有我們想象的那么復(fù)雜，它的動力系統(tǒng)體積與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車型沒有太大區(qū)別。該系統(tǒng)主要由一臺發(fā)動機(jī)、兩臺電機(jī)和一個(gè)行星齒輪組組成。雖然缺少了傳統(tǒng)的變速箱結(jié)構(gòu)，但它可以像CVT變速箱一樣實(shí)現(xiàn)無級變速，所以豐田將這套系統(tǒng)稱為E-CVT無級變速機(jī)構(gòu)。

“沒有傳統(tǒng)變速箱怎么換擋？豐田Hybrid的核心在于這個(gè)行星齒輪的動力耦合原理，最終通過齒圈將動力輸出到最終減速器和車輪。其中，電機(jī)1不僅起到起動機(jī)和發(fā)電機(jī)的作用，還通過與之連接的太陽輪起到調(diào)速器的作用，從而實(shí)現(xiàn)無級變速的功能。

其實(shí)豐田的E-CVT在結(jié)構(gòu)原理上并不復(fù)雜，但它的難點(diǎn)在于這種混合動力系統(tǒng)的控制邏輯設(shè)計(jì)，比如什么時(shí)候啟動純電模式，什么時(shí)候發(fā)動機(jī)參與混合動力驅(qū)動，什么時(shí)候給電池組充電以及如何分配扭矩等等。如果任何工況下的控制邏輯出現(xiàn)問題，豐田都無法實(shí)現(xiàn)混合動力所追求的節(jié)能，甚至第四代普銳斯上代號為2ZR-FXE的1.8L發(fā)動機(jī)也達(dá)到了40%的燃油效率。所以，豐田能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的混動技術(shù)，完全是得益于過去20年豐富的技術(shù)積累。

值得一提的是，任何廠商都不可能在混動結(jié)構(gòu)上直接復(fù)制豐田的E-CVT技術(shù)，因?yàn)樗呀?jīng)被豐田應(yīng)用為自己的專利技術(shù)。那么吉利是如何趕上豐田的混動技術(shù)的呢？

●吉利煞費(fèi)苦心避開豐田混合動力技術(shù)專利。為什么呢？

目前，從國內(nèi)新能源發(fā)展來看，由于國內(nèi)充電樁系統(tǒng)不完善，純電動汽車?yán)m(xù)航里程備受詬病，因此吉利必須具備研發(fā)混合動力汽車技術(shù)的能力，打造混動成為他們的重要發(fā)展方向。

既然打造類似豐田的混動技術(shù)門檻這么高，吉利為什么要開發(fā)基于行星齒輪組的混動技術(shù)？原因是吉利認(rèn)為這種混動結(jié)構(gòu)比依靠離合器介入電機(jī)扭矩的混動結(jié)構(gòu)在整體效率上更有優(yōu)勢。另外，發(fā)動機(jī)和電機(jī)通過行星齒輪耦合的方式不會產(chǎn)生頓挫，可以實(shí)現(xiàn)無級變速。

于是，他找到上述電池技術(shù)專家袁可立公司合作，依托袁可立在電池技術(shù)和電池系統(tǒng)能量管理方面的優(yōu)勢，開始了混合動力系統(tǒng)的研發(fā)。

另外，我們在國家專利局的網(wǎng)站上看到，吉利申請了這樣一個(gè)專利。簡單來說，和豐田的混合動力本質(zhì)上沒有太大區(qū)別，唯一的特點(diǎn)就是吉利通過雙排行星齒輪組和離合器的加入，繞過了豐田的技術(shù)專利。

吉利和袁可立研發(fā)的CHS混動技術(shù)由一臺發(fā)動機(jī)、兩臺電機(jī)、一個(gè)雙排行星齒輪組和多個(gè)離合器等組成。與豐田的E-CVT結(jié)構(gòu)相比，零部件數(shù)量更多，結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜。

“CHS混合動力技術(shù)有哪些優(yōu)勢？與豐田的E-CVT技術(shù)相比，吉利和袁可立研發(fā)的CHS混動技術(shù)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。優(yōu)點(diǎn)是雙排行星齒輪組和鎖止離合器使混合動力系統(tǒng)的控制方式更加自由，從而降低了發(fā)動機(jī)和電機(jī)耦合控制的難度。此外，雙列星形齒輪比單列星形齒輪具有更寬的傳動比范圍，可以在一定程度上降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速要求。同時(shí)缺點(diǎn)也很明顯，就是結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度增加帶來的可靠性和耐久性試驗(yàn)會成倍增加。

CHS混動技術(shù)如何工作？

●CHS混合動力系統(tǒng)如何驅(qū)動車輛？

1.純電相

在初始階段，配備這種混合動力系統(tǒng)的車輛將完全轉(zhuǎn)變?yōu)榧冸妱悠?。此時(shí)車輛啟動的驅(qū)動力完全來自一臺電動機(jī)，充分發(fā)揮了純電驅(qū)動的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

1電機(jī)通過行星齒輪組驅(qū)動減速齒輪，然后驅(qū)動車輛。此時(shí)，由于發(fā)動機(jī)和行星齒輪組之間的前離合器斷開，也避免了發(fā)動機(jī)向后拖動造成的能耗。自動啟動后，如果行星齒輪組的齒圈想持續(xù)輸出動力，那么起調(diào)速作用的電機(jī)2必須出來，靠它改變行星齒輪與齒圈之間的傳動比，從而實(shí)現(xiàn)無級變速功能。此外，車輛的前進(jìn)和后退也由馬達(dá)2的前進(jìn)和后退旋轉(zhuǎn)決定。

2.混合驅(qū)動階段

一方面，由于電動機(jī)1的速度調(diào)節(jié)范圍有限，車輛在純電動模式下不可能達(dá)到更高的速度。另一方面，為了彌補(bǔ)此時(shí)扭矩的不足，車輛行駛到一定速度后不得不調(diào)用發(fā)動機(jī)開始工作。我們知道，對于普通的內(nèi)燃機(jī)車型來說，讓車輛行駛的第一步是依靠起動機(jī)拖動發(fā)動機(jī)的曲軸旋轉(zhuǎn)，然后點(diǎn)火使發(fā)動機(jī)工作，但對于這種混合動力系統(tǒng)來說就完全不同了。

-開車時(shí)如何啟動發(fā)動機(jī)？

電機(jī)2在行駛過程中起到調(diào)速的作用，可以起到另一個(gè)關(guān)鍵作用——啟動器。通過液壓控制系統(tǒng)，發(fā)動機(jī)與雙排行星齒輪之間的離合器接合，雙排行星齒輪與電機(jī)1之間的鎖止離合器釋放，使發(fā)動機(jī)通過與之連接的行星架卷入行星齒輪組。此時(shí)，電機(jī)1保持原來的輸出功率狀態(tài)，只需電機(jī)2轉(zhuǎn)動即可驅(qū)動發(fā)動機(jī)工作，純電驅(qū)動模式轉(zhuǎn)換為混合驅(qū)動模式。

-開車時(shí)如何給電池組充電？

發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后，不僅可以進(jìn)一步提高車速，而且根據(jù)行星齒輪的扭矩分配原理，當(dāng)電池組功率較低時(shí)，一部分多余的扭矩仍然可以給電池組充電。沒錯(cuò)。這時(shí)，電動機(jī)2起著它的第三個(gè)作用——發(fā)電機(jī)。發(fā)動機(jī)不會一直給電池充電，只要發(fā)動機(jī)在燃油經(jīng)濟(jì)性最好的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，額外的能量就會加到電池組上。

-高速巡航如何提高經(jīng)濟(jì)性？

當(dāng)車輛高速行駛時(shí)，為了提高該系統(tǒng)的傳動效率，位于電機(jī)2右側(cè)的鎖止離合器將鎖止電機(jī)2及其連接的太陽輪，動力源僅由發(fā)動機(jī)和電機(jī)1提供，減少了系統(tǒng)中部分齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而提高了機(jī)械效率。

3.制動能量回收階段

當(dāng)車輛減速和制動時(shí)，該混合動力系統(tǒng)將通過電機(jī)1和電機(jī)2共同向電池組回收動能。

此外，這種CHS混合動力系統(tǒng)理論上可以在怠速下為電池組充電。其原理是行星齒輪中的太陽輪被鎖止離合器鎖止，發(fā)動機(jī)帶動行星齒輪中的齒圈，齒圈帶動行星齒輪，從而轉(zhuǎn)動與行星齒輪連接的電機(jī)1。此時(shí)，電動機(jī)1變成發(fā)電機(jī)來給電池組充電。

●總結(jié)

吉利對這個(gè)CHS混動技術(shù)平臺的愿景是服務(wù)于所有中國品牌汽車制造商，就像這個(gè)混動系統(tǒng)的名字中國混動系統(tǒng)一樣。正是基于這種開放的心態(tài)，他們吸引了其他汽車制造商。比如2021年2月，長安汽車公司宣布與吉利、袁可立達(dá)成合作協(xié)議。

當(dāng)然，這種新的混合動力系統(tǒng)還遠(yuǎn)未量產(chǎn)。雖然吉利和科力在混動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上繞過了豐田的技術(shù)專利，但理論上在功能和效率上還是可以和豐田競爭的，但前提是吉利的發(fā)動機(jī)技術(shù)能跟得上，不拖整體燃油經(jīng)濟(jì)性。例如，豐田可以通過廢氣再循環(huán)和阿特金森循環(huán)技術(shù)將汽油發(fā)動機(jī)的熱效率提高到40%。此外，雖然通過增加機(jī)械零件可以在一定程度上降低混合動力系統(tǒng)的控制難度，但隨之而來的可靠性和耐用性問題肯定不容小覷。總之，吉利在混動技術(shù)上的一步非常值得我們欣賞，未來還需要我們進(jìn)一步努力。