混动技术系列 | 两驱钱做四驱事?一文看懂长城 Hi4 混动技术
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长城汽车继柠檬混动 DHT 之后,又发布了一个全新的混动架构—— Hi4 智能混动。

一开始我还不以为意,以为是“换汤不换药”的操作,但后来仔细看了下这个混动系统,才发现该架构的布局以及架构组成上与柠檬混动,以及其他品牌现有的混动系统都有着较大的区别。

长城汽车还喊话表示:“Hi4 是天花板级的混动技术,四驱等价平替两驱,四驱的享受,两驱的能耗。”

那么长城这个 Hi4 智能混动系统到底是怎么回事?这就让我们来一点一点分析。

 本系列后续会持续更新,该文章为混动技术系列第一篇章,后续还继续解析雷神智擎、比亚迪DM-i 等等,欢迎大家共同交流讨论。

一、如何用双电机做到四驱效果?

长城官方对于 Hi4 混动的定义是全球首创智能四驱电混技术,H(Hybrid)代表混动,i 代表智能(intelligent),4 代表四驱系统(4WD)。

不难理解,将“智能”和“四驱”放在技术命名中,这两方面毫无疑问是该系统的重点。

其中让这个混动架构发生“质变”的地方就是采用了前后轴双电机串并联式的新构型形式,即 P2.5+P4 构型。

讲到这里就需要再了解一下,混动系统的几个基本结构。根据电机布置的位置,可以将电机分为 P0~P4 等几种布局:

  • P0电机 :位于发动机的前端附件驱动系统上,通过皮带和发动机联动;作用:辅助发动机启停,支持能量回收,无法脱离发动机实现纯电驱动; 
  • P1 电机 :位于发动机曲轴,离合器之前,由发动机曲轴直接带动。作用:与 P0 电机原理相仿,但功率更大,用于发电、发动机启停、能量回收,以及辅助动力输出;
  • P2 电机 :位于离合器之后,变速器之前,不与发动机同壳体。作用:可通过离合器分离单独驱动车轮,也可辅助发动机,还可以切断发动机单独实现动能回收。但结构复杂,动力传递有一定损耗。  
  • P2.5 电机:介于 P2 和 P3 之间的一种混动形式,即电动机集成在变速箱内部,整合度高。作用:可实现 P2 和 P3 电机的作用,即能驱动能发电,效率也高。但结构比较复杂,对匹配调教有较大要求。 
  • P3 电机: 位于变速箱后端,和发动机同一个输出轴,共同对车辆做功。作用:可实现和发动机分离的效果,可以单独驱动车轮,纯电驱动和动能回收效率高。但电机与轴相连,电机无法启动发动机。 
  • P4 电机: 与发动机不在同一轴上,通常位于后轴。作用:可直接驱动车辆,实现四驱,整车动力性更强,但无法随意在纯电驱和纯发动机驱动之间切换,一般不单独使用。 

那么以简单的方式理解的话:

  • P0 电机和 P1 电机:发动机的好伙伴,发电的小能手;
  • P2 电机和 P2.5 电机:离变速器很近,能发电能驱动;
  • P3 电机和 P4 电机:直驱车轮的“打工人”,“干饭”(用电)小能手。

从这里不难看出,P0~P4 电机各自有其特点以及作用,而各个车企也是根据不同的电机组合以及自身技术研发从而开发出自身的混动系统。

例如长城此前的柠檬混动 DHT,采用的是 P1+P3 构型。其中,P1 电机主要用作发电,P3 电机主要负责驱动车轮。再以两档 DHT 变速箱、双电机控制器和电流转换器等协同配合下,实现了 EV、串联、并联和能量回收等多种动态工作模式。

不过,P1+P3 构型始终为前轮驱动,若在此基础上要实现四轮驱动,则需要在后桥处增加驱动电机(P4 电机),形成三电机四驱动力架构,这也是目前混动技术想要实现四驱的主要手段。

加入后桥电机(P4 电机)后,柠檬混动 DHT 的四驱构型就变成了 P1+P3+P4。

不过,这样的做法也会让成本大大增加,导致混动四驱车型往往只会出现在价格昂贵的顶配车型上面。

柠檬混动 DHT 架构:两驱为P1+P3,四驱为 P1+P3+P4

至此长城就进行了“换位思考”,最终推出了一个以双电机实现四驱的混动架构,那就是 Hi4 混动。

那么 Hi4 混动和柠檬混动 DHT 在构型上主要分为两大大变化:

  • 将原本 P1+P3 的电机组合变为了一个 P2.5 电机,并整合进变速箱内。从功能上来说,前桥的这枚电机确实具备能够替代 P1+P3 电机的作用,即能够驱动,也可以发电,但无法同时进行驱动以及发电;
  • 由于前桥已经有一枚可单独驱动的电机,所以将原本位于 P3 位置的电机后移至后桥,使得整个架构变成了 P2.5+P4。相比柠檬混动 DHT 的四驱构型 P1+P2+P4 就能减少一个电机。

不难看出,Hi4 混动的 P2.5+P4 构型,最大的亮点就在于实现了四驱的同时没有增加电机数量,让整体成本可控,四驱技术普及成为可能。

不过,Hi4 虽然在结构上实现了双电机四驱的效果,但让双电机干原本三电机的活,这就让整套系统的控制以及匹配难度大大增加。如何保证模式切换过程无感、无顿挫并且动力充足,这也是 Hi4 所需要攻破的难点。

二、“3 擎 9 模”究竟是什么?

基于以上这套全新混动架构,长城也是匹配出“3 擎 9 模”的动态切换与智能能量管理系统。长城汽车表示,其能够做到“全工况效率最优,全场景驾驶无忧”。

“3 擎 9 模”其实比较好理解,3 擎指的是一个混动专用发动机和两个电机;而 9 模就是在常规的五种混动模式下,再进行细分,从而形成的 9 种模式:

  • 纯电两驱/四驱模式:在纯电模式下,电池包供电,两驱状态下 P4 电机(后轴)单独工作,四驱状态下 P4 电机和 G/TM 电机(P2.5 电机)协同工作;
  • 串联模式:发动机带动 G/TM电机(P2.5 电机)发电,将电能传送给 P4 电机,P4 电机驱动车辆;
  • 发动机直驱(1 挡/2 挡):发动机通过 2 挡 DHT 变速箱,直接将动力传送给前轴,让发动机进行直驱;
  • 并联两驱/四驱:可以看作纯电模式+发动机直驱两者结合,发动机给前轴输出动力,前后轴电机由电池供电输出动力;
  • 单/双轴能量回收:单轴是以 P4 电机(后轴)所带来的制动能量进行回收,双轴则是 P4 电机和 G/TM 电机(P2.5 电机)协同进行能量回收。

官方也是给出了这 9 种模式智能切换的场景:

  • 市区低速行驶时,根据车辆油门深度和速度在纯电两驱、串联、1 挡直驱模式间智能切换;
  • 市区急加速或爬坡时,在纯电四驱、1 挡直驱模式间智能切换;
  • 高速巡航工况时,2 挡直驱模式让发动机在最高效区间工作;
  • 高速加速或爬坡工况时,发动机在最高效区间工作,在并联两驱和并联四驱之间智能切换,剩余功率由电池提供。
  • 减速制动工况时,在单轴回收、双轴回收模式间智能切换。

从这个 9 种驱动模式下,可以看到由于 P2.5+P4 架构实现了单电机轴控,让 Hi4 混动比常规的前驱混动系统多出了更多的功能。 

从中也能看到 Hi4 混动几个有趣的点,比如前桥电机由两个变成一个后,后桥的 P4 电机就成为了电驱动的主力。在纯电两驱和串联模式下,都是以后桥 P4 电机进行驱动,此时车辆为后驱。

而在发动机直驱模式下,车辆又以前桥的发动机进行直驱,形成前驱驱动。再加上四驱模式,可以说 Hi4 混动可以让车辆即能前驱,又能后驱,还能四驱的一个效果。

但是从这里同样也能发现几个弊端,由于前桥电机由两个变一个后,P2.5 电机无法同时兼顾发电以及驱动,那么在纯电四驱模式下,P2.5 电机就不能进行发电,导致在电量有限的情况下,无法长时间保持一个纯电四驱行驶;

在馈电状态低速(30km/h 以下)也无法进行纯电四驱,馈电状态 P2.5 电机需要进行发电,从而无法共同来驱动车辆。

但后面这个问题其实并不大,由于两档 DHT 变速箱的存在,让 Hi4 混动在 30km/h 时速就能进行发动机直驱,此时就能形成并联四驱模式,前桥发动机和 P4 后桥电机共同驱动车辆,而 P2.5 电机则进行发电。

总的来说,Hi4 混动用了两驱的架构实现了适时四驱的功能,这或许也是长城努力寻找能兼顾成本 、性能、使用场景、用户体验等各方面的解决方案。

当然,混动架构调整的背后必然有组件的工艺提升来支撑,长城此次也是对 Hi4 混动系统的两款电机以及混动专用发动机进行了升级。

首先就是 Hi4 混动中的重中之重——前桥驱动模块,内包含了多合一高度集成驱动单元,也就是 P2.5 电机,以及两挡混动专用变速器。

官方表示,这个 P2.5 电机采用可变润滑流量控制、低阻轴承、低粘度油液等应用,多项工艺的提升,使得前桥电驱总成的最高传动效率可达 98%,峰值功率为 70kW。

前桥驱动模块+混动发动机

后桥驱动模块,也就是 P4 电机,峰值功率提升至 150kW,此前柠檬混动 DHT 的 P3 电机为 135kW。同样应用了Hair-pin 扁线电机、低谐波绕组、转子斜极等技术应用,电机最高效率达 96.5%。

Hi4 后驱动模块总成

其次在发动机方面,依旧为 1.5L 和 1.5T 混动专用发动机,但长城对其都进行了优化提升。

1.5L 混动专用发动机:峰值功率 85kW,峰值扭矩 140N·m,采用阿特金森循环、16:1 高压缩比(此前高压缩比为 13.1)、350bar 高压喷射系统、进气 VVT、LP-EGR 系统、电子水泵、电子节温器及其它降摩擦等技术,热效率达到 41.5%。

1.5T 混动专用发动机: 峰值功率 120kW ,峰值扭矩 240Nm,采用高压缩比、米勒循环、350bar 燃油喷射系统、双 VVT、LP-EGR 系统、VGT 增压器、电子水泵等低摩擦、高效率等技术。

此外,Hi4 这套混动架构还提供 19.94kWh 和 27.5kWh 两种电池容量,从而保证整车纯电续航超过 100km。

而这其实也是解决以上两个弊端的解决方案之一,通过扩大电池容量,来减少亏电状态的频次。

当目前新能源市场都在降本打价格战时,长城却通过技术给产品做加法,希望通过产品力的跃升来抢占市场,但这无疑是一招险棋,却也展示了长城的决心。

三、四驱是否会影响到燃油经济性?

那么有人会问,Hi4 混动从两驱变成四驱,如何保证燃油经济性的呢?

当然,两驱变四驱,难免会让燃油经济性降低,但所带来的是更好的性能释放,以及提升车辆的操控性和通过性。 

此外,Hi4 混动也通过从多种驱动模式的切换,尽可能得让整套系统变得高效。

从以上 9 种驱动模式也不难看出,在城区以及中低速状态下基本都是以电驱动为主,避免了发动机在低速行驶时效率低下的情况,从而提升中低速行驶状态下的燃油经济性,这也是混动车型常用的“手段”。

上了速度之后,如何让发动机一直保持高效区间,也是各家车企需要“攻破”的地方。而长城 Hi4 则是采用了两档直驱和并联两驱/四驱来优化油耗表现。

通过发动机万有特性图,我们知道发动机的高效区间是有范围的,与转速和负荷有关。

其中转速与车速存在固定的比例关系,因此,传动过程中更多挡位设置,实际上能够让发动机固定的高效转速区间覆盖更多的车速范围。

所以 Hi4 混动也是继续沿用了柠檬混动的两档 DHT 变速箱 ,让整套混动系统高效运转区间进一步扩大。根据官方介绍,其当车速达到 30km/h 时,部分工况即可进入到发动机的高效区间。 

但这并不意味着只要速度达到 30km/h,即可进入直驱模式。因为除了转速范围限制,还有发动机的负荷限制。而在巡航、下坡和爬坡或急加速时几个工况下,显然发动机的负荷并不相同。

因此,Hi4 混动在 30km/h 时速是可进入直驱模式,而非一定进入直驱模式。

因为在部分工况下,直驱模式并未最高效的状态,那么这时候就需要 P2.5 和 P4 电机来协同工作,实时来调整发动机的负荷,让发动机能够更大范围处于高效区间,而这时候就是 Hi4 混动的并联两驱/四驱模式。简单举个例子:

  • 车辆处于下坡工况,发动机负荷很小,超出了高效区间所需的最小负荷,那么此时 P2.5 电机启动发电(并联两驱),增加了发动机的负荷,使发动机在该工况下的负荷达到高效条件,并且还为电池进行补能;
  • 车辆处于巡航工况,发动机负荷刚好处于高效范围内,发动机则直接进行直驱,此时就不需要电机进行工作;
  • 车辆处于爬坡工况,发动机负荷过大,超出了高效范围,那么此时 P2.5 电机参与驱动(并联两驱),减轻了发动机的负荷,使发动机负荷回到高效范围;
  • 车轮处于爬坡工况,同时进行超车,那么此时功率需求进一步加大,发动机负荷进一步提高。此时P2.5 电机和 P4 电机共同参与到驱动中(并联四驱),使发动机负荷回到高效区间,这时候也是系统最强性能的时候。

因此,Hi4 混动的驱动原则其实就是高效,通过不同模式的切换,让整套系统都处于高效区间当中。

当然,以上理论性的说法可能大家都没有太大的感知,那么我们就根据搭载 Hi4 混动的哈弗枭龙 MAX 以及同价位的插混/增程车型对比看看:

  • 哈弗枭龙 MAX 官方亏电油耗(WLTP 工况)为 5.5 L/100km。
  • 比亚迪宋PLUS DM-i 冠军版官方亏电油耗(WLTP 工况)为 5.3/5.4 L/100km;
  • 深蓝 S7 官方亏电油耗(CLTC 工况*)为 4.95 L/100km;
  • 银河 L7 官方亏电油耗(WLTP 工况)为 5.23 L/100km。

从官方亏电油耗也能看到,四款车型之间的差距其实并不会太大,搭载 Hi4 混动的哈弗枭龙 MAX 仅高出了 0.1-0.3 L/100km 左右。

所以在同样双电机的情况下,两驱架构变四驱架构,整体的能耗并不会差太多,但多出的四驱功能,我认为是能够提升一定的通过性以及驾控性能的。

四、Hi4 和 Hi4-T 有何区别?

另外,还有人问,坦克品牌的 Hi4-T 混动技术和这套 Hi4 混动技术有什么区别呢?

首先,坦克品牌的 Hi4-T 其实是基于坦克平台打造的纵置混动架构,在混动路径上采用的是 P2 单电机并联架构。其中 P2 架构的混动路线往往是伴随传统机械结构而存在,因此在该混动架构上,燃油版的机械四驱系统和 9HAT 变速箱得到了很好地保留。

换而言之,Hi4-T 的核心就是一套专用于非承载式车身的混动越野动力架构,用更直白的话来说,其实就是基于燃油版基础上加装了大电池和 P2 电机组成的并联式混动架构。

而这和 Hi4 混动所采用横置发动机+P2.5 +P4 组合成的串并联四驱电混架构有着本质区别。

所以说“一字之差,天壤之别”,两者之间没有任何关系,甚至是两套完全不一样的混动系统。

那么问题就出在长城将它们的命名起的像孪生兄弟一样,可能是想在一个框架内进行细分,但是这样的做法会有一定的不当之处,很容易让消费者把产品分类混淆,从而对产品以及应用技术产生误解。

编辑总结:

当下正值中国汽车品牌混动技术大发展的时代,各家的混动系统亦是各有差异,无论是产品的体验、产品的技术,其实也都呈现出了一种驱动技术发展的趋势。

面对这个趋势,只有打出自己独特的吸睛点,才能最终走出来。

长城也深知这个道理,通过全新的混动架构打造出了 Hi4 混动系统,让我看到了它自身的亮点以及长城背后的坚定和执着。 

不过,目前 Hi4 混动面对的难题依旧是市场的认可度,仍需更多的时间和市场来检验,也需要好的产品来支撑。后续,这套混动系统是否能够帮助长城打开“混动风口”,就让我们拭目以待吧。 

以上内容只是对目前个人所了解到的所有信息进行的粗浅分析,如有偏颇,欢迎大家评论区与我讨论。

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