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『汤叔解惑』从丰田Hybrid混动的发展历程 看THS设计哲学有多“落后”添加时间:2019-09-06 15:10
  

丰田的凯发k8comTHS混动产品在国内拥有极佳的市场表现。卖的非常火的凯美瑞混动,卡罗拉和雷凌混动都有着令竞争对手羡慕的销量。这些混动产品之所以这么叫座,是因为性价比确实很高,即便站在省钱的角度,也可以在几年内“找补”回与同款燃油车的差价,更不用说在实际使用过程中还能享受超长的续航里程、极度安静舒适的低速堵车体验等等。

虽然有如此良好的市场表现,但THS混动的技术也存在一些致命BUG,导致了其性能落后,落后到根本达不到国家对新能源车的定义标准。而在丰田Hybrid大行其道的时代,国内自主品牌的PHEV混动车型已经经历了多年的市场磨练,技术不断升级、性能不断提升。我在之前的专栏里为大家介绍过上汽的EUD、比亚迪的DM等一系列优异的自主品牌混动技术,如果我们重新审视丰田THS的发展里程,就很容易理解国内和国外在新能源技术方面的发展差距了。

■  THS系统是上世纪90年代定义的系统,其理念远落后于今天的汽车电气化思想

THS在开发之初的设计思路,并不是要造一款新能源车,或者说并不是要造一台电动车。而是在那个全世界都是燃油车的时代,怎样进一步节省燃油、降低油耗、减少排放。所以搭载THS系统的普锐斯,在定义性能目标的时候是在节能环保方面要做到全世界领先。

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▲早期的普锐斯把省油环保作为第一目标,为了获得更低的风阻系数,造型被设计得无比怪异

那个时候,丰田看到了电动机与发动机的互补特性。在欧洲车企还在花巨资提升柴油发动机性能的年代,丰田另辟蹊径,走了一条油电结合的技术路线。所以,在90年代定义普锐斯的时候,一切目标都是为了省油、减排。虽然有三电系统的加入,但三电系统的核心诉求都是围绕让发动机更省油展开设计的。除了三电以外,整车的轻量化、超低的风阻系数、阿特金森循环发动机,这些也都是在那个时代为了省油而研发的黑科技。

不仅如此,在上世纪90年代,三元锂电池根本就没有实现量产,即便是电池技术走在最前面的手机也还处于镍氢电池时代。那个时候的电池价格巨高,而且能量密度极低。这就意味着一台A级车,根本带不了多少电。与其说后备箱里装了块动力电池,还不如说那只是一个大电容而已。

所以在那个时代,车企压根就不用考虑纯电驱动汽车这回事,那块电池最主要的作用,是可以实现制动能量回收以及为短暂的急加速时的混联驱动供电。开过早期普锐斯的用户肯定记得,那个时候的Hybrid根本不能纯电行驶,压根没这个功能。到了08年之后,国内可以买到的广汽丰田凯美瑞混动版、进口的雷克萨斯RX400h在驾驶舱中有了EV按钮。但是,即便按下EV按钮之后可以纯电行驶,也仅仅只能非常低的速度进小区或者地库挪个车而已,速度稍微快一点或者油门稍微大一点发动机就会启动。

■  THS最大的问题在于MG1电机时刻都会被分流到动力

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上一篇专栏为大家详细介绍了THS的系统结构和技术原理。丰田THS系统其发电机(Generator MG1)与燃油发动机之间属于转速耦合方式。这样做的好处是对发动机没有转速限制,发动机可以用任意转速来驱动车辆或者发电,这就给PCU创造了最大能够优化发动机燃油经济性的空间。但最大的坏处就是:电机与发电机之间无法断开

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从上面这张图中我们可以看到,无论是纯电驱动工况,还是混联驱动工况,与发电机相连的S(太阳齿轮)始终都处于旋转状态。非高速巡航为正转,纯电模式,高速巡航和能量回收模式为反转。

但是,在纯电驱动模式下,S太阳齿轮连接的发电机并不需要发电,相反,此时如果带上发电负荷,还会白白损耗掉电动机输出的动力,浪费宝贵的电能。正是由于研发初期并没有考虑过纯电驱动场景,因此THS的系统结构无法完全断开MG1发电机的连接。所以在按下EV按钮后,纯电驱动模式下发电机会产生一定的电磁阻力白白消耗电能,并且产生一定的转速。由于外齿环的齿数远多于太阳齿轮的齿数,车速稍快就会出现电机和太阳齿轮的超速运转(超过了设计的极限转速),理论上最高车速不能超过80km/h。所以在丰田的Hybrid时代,THS仅仅只能视为一款更省油的燃油车,而不是新能源车。

当然,Hybrid经过20多年的发展,最大的成就就是把成本降低到了极致。由于这20年间的全球产销量巨大,早期的研发费用早已摊薄,这就使得如今的THS具备了超高的性价比,与同款燃油车差价已经越来越小。

■  直到2019款卡罗拉&雷凌双擎E+才打破了拿不到补贴的局面

如今,丰田对THS进行了改进,把Hybrid按照国家新能源车定义的标准升级到了复合新能源车的性能水平。通过重新设计了电控系统以及增加了单向超越离合器,才得以实现125km/h的纯电行驶车速,纯电行驶里程可以突破50公里,这相比比亚迪、上汽等自主品牌晚了好几年。由于改进后投放市场的时间太短,成本仍然居高不下,20多万的价格区间让其性价比远低于Hybrid版本车型。

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改进后的丰田PHEV系统,在THS的基础上增加了单向超越离合器,用于在纯电模式下锁定MG1电机,禁止其反转,并且MG1和MG2两台电机可以同时参与驱动,实现了更高的纯电极速和更大的混联动力输出。

而再看现在的自主品牌PHEV技术,它们的性能已经远远超过了丰田双擎E+,而价格甚至更便宜、性价比优势凸显。比亚迪的PHEV续航里程轻松超过100公里,而且无论是比亚迪DM还是上汽EDU,甚至广汽的G-MC,无论是加速性能还是纯电续航都远远领先于丰田双擎E+系统。如果说在Hybrid混合动力时代,丰田是当之无愧的领先者,那么到了PHEV和EV时代,国内自主品牌的后发优势将会逐步得到体现。

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