電能作為未來汽車的動(dòng)力之源，能實(shí)現(xiàn)高能效比及零排放，是一種相當(dāng)理想的能源。但由于目前電池及電機(jī)技術(shù)的限制，使得純電動(dòng)車在續(xù)航里程及維護(hù)成本上都比不上傳統(tǒng)的燃料汽車。再加上純電動(dòng)車充電設(shè)施暫未完善，使得純電動(dòng)車暫不能普及。汽車生產(chǎn)商為此推出了混合動(dòng)力汽車。混合動(dòng)力汽車一方面排放較低，而另一方面在續(xù)航里程上和傳統(tǒng)汽車無(wú)異。本文將為大家詳細(xì)剖析一下三種常見的混合動(dòng)力技術(shù)。

● 混合動(dòng)力汽車的定義：

混合動(dòng)力汽車內(nèi)部同時(shí)有傳統(tǒng)的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)，共同作為汽車的動(dòng)力源供應(yīng)。

● 混合動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)的3種形式：

1.并聯(lián)式：發(fā)動(dòng)機(jī)為主，電動(dòng)機(jī)為輔，電動(dòng)機(jī)一般無(wú)法單獨(dú)驅(qū)動(dòng)汽車。系統(tǒng)輸出動(dòng)力等于發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力之和。代表車型有：本田CR-Z、別克君越eAssist。

2.混聯(lián)式：主要靠電機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)為輔助的，電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)都能單獨(dú)驅(qū)動(dòng)汽車。由于系統(tǒng)中配置有獨(dú)立發(fā)電機(jī)，因而系統(tǒng)輸出的最大動(dòng)力等于發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)以及充當(dāng)電動(dòng)機(jī)（部分情況）的發(fā)電機(jī)的輸出動(dòng)力之和。混聯(lián)式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但動(dòng)力性能和燃油經(jīng)濟(jì)型都相當(dāng)出色。代表車型有：豐田普銳斯、豐田凱美瑞尊瑞、雷克薩斯CT200h、比亞迪F3DM。

3.串聯(lián)式：只靠發(fā)電機(jī)行駛的電氣汽車，配置的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力僅用于推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。系統(tǒng)輸出動(dòng)力等于電動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力。雪佛蘭沃藍(lán)達(dá)的充電形式正是這種。

● 混合動(dòng)力系統(tǒng)的另一種分類方法：

有時(shí)候我們會(huì)聽說到“輕型”或“重型”混合動(dòng)力汽車。這是另一種分類方法，下面我來說明一下。

1.輕型混合動(dòng)力：輕型混合動(dòng)力汽車無(wú)法單獨(dú)使用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛。別克君越eAssist就是采用了輕型混合動(dòng)力系統(tǒng)，使用并聯(lián)式結(jié)構(gòu)，為車輛提供了能量回收、車輛啟停等功能。

2.中型混合動(dòng)力：中型混合動(dòng)力系統(tǒng)和輕型混合動(dòng)力系統(tǒng)一樣，由燃油發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，電動(dòng)機(jī)只起到輔助作用。但中型混合動(dòng)力系統(tǒng)在特定情況下（如低速巡航）能夠單獨(dú)使用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車。例如本田的IMA混合動(dòng)力系統(tǒng)就是采用并聯(lián)式結(jié)構(gòu)的中型混合動(dòng)力系統(tǒng)。

3.重型混合動(dòng)力：重型混合動(dòng)力系統(tǒng)中的發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)都能單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛行駛。如豐田的THS混合動(dòng)力系統(tǒng)就是混聯(lián)式結(jié)構(gòu)的重型混合動(dòng)力系統(tǒng)。使用THS系統(tǒng)的第三代普銳斯Hybrid采用的電動(dòng)機(jī)最大功率達(dá)到60kW，最大扭矩達(dá)到207Nm，足以推動(dòng)汽車進(jìn)行中低速行駛。

● 關(guān)于插電式混合動(dòng)力汽車：

插電式混合動(dòng)力汽車的主要特征是其充電電池可以使用外部電源充電。插電式混合動(dòng)力汽車一般為重型混合動(dòng)力汽車，可以使用電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛。豐田最新一代普銳斯就是具備插電功能的混合動(dòng)力汽車。

● 并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)解析

1）系統(tǒng)構(gòu)成

本田IMA系統(tǒng)是非常典型的并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)，至今已發(fā)展到第六代并應(yīng)用在本田最新的CR-Z、思域、飛度等車型上。下面，我們就以IMA系統(tǒng)為例來說明一下并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

IMA系統(tǒng)由4個(gè)主要部件構(gòu)成，其中包括：發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、CVT變速箱以及IPU智能動(dòng)力單元組成。電動(dòng)機(jī)取代了傳統(tǒng)的飛輪用于保持曲軸的運(yùn)轉(zhuǎn)慣性。整套系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常緊湊，和傳統(tǒng)汽車相比僅是IPU模塊占用了額外的空間。

2）部件解析

IMA系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)通過搭載本田的i-VTEC（氣門正時(shí)及生成可變技術(shù)）、i-DSI（雙火花塞順序點(diǎn)火技術(shù)）以及VCM（可變氣缸技術(shù)）來實(shí)現(xiàn)降低油耗的目的。國(guó)內(nèi)的進(jìn)口的本田CR-Z采用的是頂置單凸輪軸1.5L的i-VTEC發(fā)動(dòng)機(jī)，最大功率83kW，最大扭矩145Nm，實(shí)測(cè)百公里油耗約5.4L。IMA系統(tǒng)中的發(fā)動(dòng)機(jī)和傳統(tǒng)車型中的發(fā)動(dòng)機(jī)并沒有太大區(qū)別，只是在調(diào)校上更偏向于節(jié)省燃料。

IMA系統(tǒng)的電機(jī)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱之間，由于電機(jī)較薄且結(jié)構(gòu)緊湊，行內(nèi)人俗稱“薄片電機(jī)”。國(guó)內(nèi)銷售的CR-Z上采用的薄片電機(jī)最大功率10kW，最大扭矩78Nm。顯然，這樣的電機(jī)只能起到輔助的作用。而由于IMA系統(tǒng)能夠在特定情況下（如低速巡航）單獨(dú)驅(qū)動(dòng)汽車，而被劃分到中型混合動(dòng)力汽車行列。

IMA系統(tǒng)的變速箱采用的是普通CVT變速箱。在國(guó)內(nèi)銷售的CR-Z上采用的變速箱是模擬7速CVT變速箱，以獲得平順的換擋體驗(yàn)及較高的換擋效率。

IMA系統(tǒng)的IPU智能動(dòng)力單元是由PCU動(dòng)力控制單元和電池組成。其中PCU又包括BCM電池監(jiān)控模塊、MCM電機(jī)控制模塊以及MDM電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成。

3）工作邏輯

IMA系統(tǒng)的工作邏輯包括起步加速、急加速、低速巡航、輕加速和高速巡航、減速以及停車。

起步加速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)以低速配氣正時(shí)狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)電機(jī)提供輔助動(dòng)力，以實(shí)現(xiàn)快速加速性能，同時(shí)達(dá)到節(jié)油的目的。

急加速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)以高速配氣正時(shí)狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)電池給電機(jī)供電，電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)車輛，提高整車的加速性能。

低速巡航時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)氣缸的進(jìn)排氣閥全部關(guān)閉，發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作，車輛以純電動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)車輛。

輕加速和高速巡航時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)以低速配氣正時(shí)狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率較高，單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛，電動(dòng)機(jī)不工作。

減速或制動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，電機(jī)此時(shí)以發(fā)電機(jī)方式工作，將機(jī)械能最大限度地轉(zhuǎn)化為電能，儲(chǔ)存到電池包中。車輛制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)踏板傳感器給IPU一個(gè)信號(hào)，計(jì)算機(jī)控制制動(dòng)系統(tǒng)，使機(jī)械制動(dòng)和電機(jī)能量回饋之間制動(dòng)力協(xié)調(diào)，以得到最大程度的能量回饋。

車輛停止時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)關(guān)閉，減少燃料損失和排放。當(dāng)制動(dòng)踏板松開時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)。

● 混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)解析

1）系統(tǒng)構(gòu)成

豐田THS系統(tǒng)是典型的混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)，至今已發(fā)展到第二代。THS是“Toyota Hybrid System”的縮寫，最早被用于97年10月發(fā)布的第一代普銳斯（Puris）上。下面我們就以最新的THS-II系統(tǒng)對(duì)混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行解釋。

THS-II系統(tǒng)主要部件有汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、永磁交流同步電機(jī)、發(fā)電機(jī)、高性能金屬氫化物電池盒以及功率控制單元。最新的第三代普銳斯和凱美瑞尊瑞采用的就是THS-II混合動(dòng)力系統(tǒng)。

2）部件解析

采用THS-II系統(tǒng)的第三代普銳斯使用的發(fā)動(dòng)機(jī)是1.8L的5ZR-FXE發(fā)動(dòng)機(jī)，而2012款凱美瑞尊瑞采用的是2.5L的4AR-FXE發(fā)動(dòng)機(jī)。上面提到的這兩款發(fā)動(dòng)機(jī)均采用了能效相對(duì)較高的阿特金森循環(huán)。

阿特金森循環(huán)：

阿特金森循環(huán)是一種高壓縮比，長(zhǎng)膨脹行程的內(nèi)燃機(jī)工作循環(huán)。阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)通過推遲進(jìn)氣門關(guān)閉及推遲排氣門打開使得燃燒產(chǎn)生的能量更充分地被利用，是一種能效比較高的發(fā)動(dòng)機(jī)種類。傳統(tǒng)阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)低速扭矩輸出較弱，較長(zhǎng)的做工行程不利于高速運(yùn)轉(zhuǎn)。隨著四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)控制技術(shù)的日益成熟（本田VTEC、豐田VVT、寶馬Valvetronic），使得阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能有了極大的進(jìn)步。在面臨燃油危急的今天，阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)能效較高的優(yōu)勢(shì)便凸顯出來了。

THS-II系統(tǒng)的關(guān)鍵也是最為復(fù)雜的部件就是由兩臺(tái)永磁同步電機(jī)及行星齒輪組成的動(dòng)力分配系統(tǒng)。

THS-II系統(tǒng)中帶有兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)——MG1和MG2。MG1主要用于發(fā)電，必要時(shí)可推動(dòng)汽車。MG2主要用于推動(dòng)汽車。而MG1、MG2以及發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸被連接到一套行星齒輪機(jī)構(gòu)的太陽(yáng)輪、齒圈和行星架上。動(dòng)力分配就是通過功率控制單元控制MG1和MG2電機(jī)，通過行星齒輪機(jī)械機(jī)構(gòu)進(jìn)行巧妙分配的。由于使用了這種創(chuàng)新的動(dòng)力分配方式，THS-II系統(tǒng)甚至連變速箱也不需要了，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出經(jīng)過固定減速機(jī)構(gòu)減速后直接驅(qū)動(dòng)車輪。

很明顯，豐田THS-II系統(tǒng)的復(fù)雜度要比上面提到的本田IMA系統(tǒng)高出許多。雖然控制系統(tǒng)復(fù)雜，但其結(jié)構(gòu)尚算緊湊，省去了龐大的變速箱降低了車身重量，對(duì)于車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性有相當(dāng)大的幫助。

3）工作邏輯

為了解THS-II系統(tǒng)的工作邏輯，我們通過視頻先來學(xué)習(xí)一下行星齒輪運(yùn)作的基本原理。

下面我們來看看THS-II的核心部件——?jiǎng)恿Ψ峙湎到y(tǒng)的工作原理。在下面解析中，發(fā)電機(jī)MG1我們簡(jiǎn)稱為MG1，電動(dòng)機(jī)MG2我們簡(jiǎn)稱為MG2。

發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電流流進(jìn)MG2通過電磁力固定行星齒輪的齒圈，MG1作為啟動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)太陽(yáng)輪，太陽(yáng)輪帶動(dòng)行星架轉(zhuǎn)動(dòng)，與行星架連接的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。

怠速時(shí)，電流流進(jìn)MG2固定行星齒輪的齒圈，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)行星架轉(zhuǎn)動(dòng)，行星架帶動(dòng)太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，與太陽(yáng)輪連接的MG1發(fā)電給電池充電。

車輛起步時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，行星架被固定。MG2驅(qū)動(dòng)行星齒輪齒圈，推動(dòng)車輛前進(jìn)。此時(shí)，MG1處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。

車輛起步時(shí)，如需要更多動(dòng)力（駕駛員深踩油門或檢測(cè)到負(fù)載過大），MG1轉(zhuǎn)動(dòng)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

車輛起步時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)MG1發(fā)電并供給推動(dòng)MG2運(yùn)轉(zhuǎn)的電能。

在輕負(fù)荷下加速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)MG1發(fā)電并供給推動(dòng)MG2運(yùn)轉(zhuǎn)的電能，MG2提供附加的驅(qū)動(dòng)力用以補(bǔ)充發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力。

在重負(fù)載下加速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)MG1發(fā)電并供給推動(dòng)MG2運(yùn)轉(zhuǎn)的電能。MG2提供附加的驅(qū)動(dòng)力用以補(bǔ)充發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力。電池會(huì)根據(jù)加速程度給MG2提供電流。

降擋（D擋）時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，MG1空轉(zhuǎn)，MG2被車輪驅(qū)動(dòng)發(fā)電給電池充電。

減速（B擋）時(shí)，MG2產(chǎn)生的電能供給MG1，MG1驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)斷油空轉(zhuǎn)。MG1輸出的動(dòng)力成為發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)力。

倒車時(shí)，只使用MG2作為倒車動(dòng)力。

● 串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)解析

沃藍(lán)達(dá)內(nèi)置了1.4L汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、主電動(dòng)機(jī)（最大功率111kW，最大扭矩368Nm）以及輔助電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)。其汽油發(fā)動(dòng)機(jī)僅用于對(duì)電池充電，并不直接驅(qū)動(dòng)車輛。而由于沃藍(lán)達(dá)可以僅使用電池供電推動(dòng)車輛行駛80公里，從某種意義上已屬于純電動(dòng)車范疇。

1）系統(tǒng)構(gòu)成

Voltec混合動(dòng)力系統(tǒng)是通用汽車的E-Flex插座充電式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的最新版本，采用1臺(tái)小型的發(fā)動(dòng)機(jī)、2臺(tái)電動(dòng)機(jī)對(duì)車輛進(jìn)行綜合驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。沃藍(lán)達(dá)上采用的是容量為16kWh的360V鋰電池組，電池組成T型布置，隱藏于后排座椅下及車身中部，純電動(dòng)最高行駛里程可達(dá)80km。整個(gè)Voltec混合動(dòng)力系統(tǒng)包括汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、綜合動(dòng)力分配系統(tǒng)、高容量鋰電池以及電力控制單元。

2）部件解析

沃藍(lán)達(dá)的動(dòng)力系統(tǒng)由2臺(tái)電動(dòng)機(jī)（最大功率分別為111kW和55kW）和1臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)（最大功率為63kW）組成，發(fā)動(dòng)機(jī)僅用于發(fā)電。其中功率較大的電動(dòng)機(jī)主要用于驅(qū)動(dòng)車輛，而功率較小的電動(dòng)機(jī)主要用于發(fā)電。

2臺(tái)電動(dòng)機(jī)和1臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)通過1個(gè)行星齒輪機(jī)構(gòu)以及3個(gè)離合器組成了動(dòng)力產(chǎn)生/回收/分配系統(tǒng)。和上文提到的豐田THS系統(tǒng)一樣，Voltec系統(tǒng)同樣使用行星齒輪組巧妙地實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力的綜合分配。所不同的是，在Voltec系統(tǒng)中，太陽(yáng)輪連接到電動(dòng)機(jī)，行星架連接到減速機(jī)構(gòu)直接輸出動(dòng)力到車輪，而齒圈則根據(jù)實(shí)際情況連接到動(dòng)力分配系統(tǒng)的殼體（固定）或者連接到發(fā)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)。

3）工作邏輯

要了解系統(tǒng)的工作邏輯，首先要了解動(dòng)力分配系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。從Voltec的動(dòng)力分配系統(tǒng)的控制方式與THS系統(tǒng)有一定的區(qū)別，Voltec系統(tǒng)通過3個(gè)離合器來控制動(dòng)力的分配。我們把這三個(gè)離合器分別命名為C1、C2、C3。C1用于連接行星齒輪齒圈與動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)殼體（固定）；C2用于連接發(fā)電機(jī)與行星齒輪齒圈；C3用于連接發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖可參看下圖。

Voltec混合動(dòng)力系統(tǒng)一共有5種工作模式，分別為：EV低速模式、EV高速模式、EREV混合低速模式、EREV混合高速模式以及能量回收模式。

處于EV低速模式時(shí)，C1吸合，C2、C3松開，發(fā)動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。齒圈被固定，電動(dòng)機(jī)推動(dòng)太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，行星架因太陽(yáng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，把動(dòng)力傳輸?shù)綔p速齒輪并傳遞到車輪。

處于EV高速模式時(shí)，C2吸合，C1、C3松開，發(fā)動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。發(fā)電機(jī)此時(shí)充當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作，推動(dòng)齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，功率較大的另一個(gè)電動(dòng)機(jī)推動(dòng)太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。齒圈和太陽(yáng)輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)行星架轉(zhuǎn)動(dòng)，從而把動(dòng)力傳到車輪。發(fā)電機(jī)充當(dāng)電動(dòng)機(jī)推動(dòng)齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)，降低了與太陽(yáng)輪連接的另一電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，提高了其能源使用率。

處于EREV低速模式時(shí)，C1、C3吸合，C2松開，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，并為電池充電；同時(shí)電池為電動(dòng)機(jī)供電推動(dòng)太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由于齒圈固定，行星架跟隨太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而把動(dòng)力傳到車輪。

處于EREV高速模式時(shí)，C2、C3吸合，C1松開，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接后推動(dòng)齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)發(fā)電，電動(dòng)機(jī)推動(dòng)太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。齒圈和太陽(yáng)輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)行星架轉(zhuǎn)動(dòng)，從而把動(dòng)力傳到車輪。發(fā)動(dòng)機(jī)推動(dòng)齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)，降低了與太陽(yáng)輪連接的另一電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，提高了其能源使用率。

處于能量回收模式時(shí)，C1吸合，C2、C3松開，發(fā)動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。車輪帶動(dòng)行星架轉(zhuǎn)動(dòng)，由于齒圈固定，太陽(yáng)輪隨著行星架轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)，功率較大的電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)對(duì)電池充電。