功率分流式(Powersplit)混动系统(四):复合式功率分流

一大早,风和日丽,你刚进办公室,老板过来说“现在公司用的这个混动变速箱不太好,公司决定要弄个新一代的出来,方案的话,就由你来负责一下吧”。接下来的几个星期,你绞尽脑汁,演算各种可能的结构,终于设计出一款在所有性能方面都出类拔萃的混动变速箱。刚刚想去找老板汇报,你突然想起来最好查一查专利,看看会不会有问题,惊讶地发现这个方案早在10年前就已经被人报了专利了,而且,报专利的公司居然是自己公司,而且,专利发明人居然是斜对门的同事。

雪弗兰沃蓝达第二代

这几乎就是雪弗兰沃蓝达第二代中的混动变速器的诞生过程。早在 2001 年,这款方案就被研发出来,并申请报备了专利1。然而,接下来的 15 个年头里,这份专利静静地躺在了抽屉里,悄然无声。15 年间,通用公司(雪弗兰母公司)开发了制造了许多其他结构的混动变速器,直到 2015年,通用公司才突然回头,发现了这款变速器是多么的优秀2

雪弗兰沃蓝达第二代车型

图1:雪弗兰沃蓝达第二代车型 | 图片@General Motors

这一款变速器,通用公司内部代号 5ET50,从2015年开始配备雪弗兰沃蓝达第二代车型。它实现了两种功率分流模式,第一种模式是我们之前谈过的输入式功率分流;而另一个模式,就是我们今天要谈的复合式功率分流。如果你身边有做混动变速器的朋友,可以问问他,看他是如何看这款变速箱的。十有八九他会说,这款变速箱代表着业界最高水平。

我们今天就用这一款变速箱入手,来聊一聊复合式功率分流。


两档系列(三):当保时捷玩起了变速箱

保时捷Taycan

保时捷Taycan纯电动超跑 | 图片@Porsche

保时捷为它的最新款纯电动超跑取名 Taycan。看似不经意的名字,其实取名的过程就像爸妈纠结小孩叫什么名字一样,格外小心翼翼,希望能在几个字母的长度里淋漓精致地体现出这款车的个性。Taycan 一词来源于土耳其语,拆成两半的话,Tay 意为年轻的骏马,Can 为生机,合并起来即腾飞的骏马1。这个词从 600 多个备选词里脱颖而出,历经一年半,最终成为了这款车的名字。

朋友说 Taycan 这个词在中文里直接音译过来叫“抬杠”,更能体现保时捷抬杠劲敌特斯拉的本意,所以才取这个名字。虽然这(应该)不是保时捷的本意,但是 Taycan 在这个时候诞生,无论怎么说营销故事,都不得不让人把它与特斯拉做对比。

Taycan 发布会当天,媒体上充斥着最多的就是 Taycan 与特斯拉 Model S 的对比文章,火药味十足2。看到这我想,拿一辆将近20万美元的车跟一辆价格只有一半的车相比,比出个什么结果才满意呢?不过这样的闹腾想必在保时捷的计划之中。高端汽车市场,即便放到在全球来看,一直都是德国车企的天下,霸占着约四分之三的市场份额。但是今天,2020年,在电动车领域,特斯拉显然已经成为了高端汽车的代名词。德国汽车行业需要一款自己的高端电动车,一款能抬杠特斯拉的电动车。


两档系列(二):吉凯恩没迭代就没乐趣

eTwinsterX 这个名字有些绕口,第一次看到它时,你会想为啥取一个这么难拼的名字。汽车行业里机械工程师居多,有艺术细胞、会给产品取名字的人很少1。不过正因为名字取得规规矩矩,从名字里我们总是能看出一些产品的特性和有意思的地方。

eTwinsterX词语拆解

图1:eTwinsterX词语拆解 | 图片@obasic.net

eTwinsterX 的第一个字母“e”,不由分说,说的是电驱动产品。“Twinster” 是吉凯恩四驱双湿式离合器系统的产品名字,用来在四驱车上实现矢量扭矩分配(Torque Vectoring)。最后一个字母 “X”,显得不伦不类。要了解它的含义,你得知道吉凯恩怎么称呼它的两款电轴:单档电轴叫 “eTwinster”,两档的叫 “eTwinsterX”。所以,“X” 在吉凯恩的命名字典里是两档的意思,这有些不寻常。

不过,叫 eTwinsterX 总比叫 eTwinster2 要好。

总的说来,通过这个单词我们能看出,吉凯恩在这款叫 eTwinsterX 的产品里集成了众多技术:电驱动、四驱、矢量扭矩分配、两个档位。事实上,这款电轴里还有很多其他很有意思的新技术。我们今天就来看看它的前身以及前前身产品。看了这两个前身产品后,再回头看 eTwinsterX,你就能完整地了解吉凯恩的这款两档电轴。


两档系列(一):不认识吉凯恩?那宝马呢?

“特斯拉也用一档变速箱”。

电动车发展到今天,市场上仍没有量产车型安装有两档变速器。特斯拉在电动车行业内的标杆作用影响了在它之后的所有厂商。如业内人所知,特斯拉的初衷并不是一档,而是采用两档变速器。然而由于各种原因,这款两档变速器没能成行,这个“不幸”直接对电动车变速器的历史造成了深远的影响,以至于今天仍是一档的世界。

两档变速器能为我们带来什么?

总的来说有三点。最为明显的一点是效率的提升。不难想象,当用两个档位替代一个档位时,可以使得驱动电机在更为高效的区域运行,从而提升驱动系统效率。需要指出的是,行业内普遍认为两档变速器所带来的效率提升并不高,大约只在1~3%左右。

其次,采用两档变速器后,传动比可以做得更高,汽车的动力性也相应增强。简单的来说就是0-100 km/h 的加速时间将进一步缩短。

最后,也是更为重要的一点是,当采用了两个档位后,车内的驱动电机可以更加小型化、低速化,从而降低电机以及逆变器的成本。同时,由于电机的转速的下降了,变速器里可以采用低速的轴承、齿轮等部件来代替昂贵的高速部件,从而进一步降低成本。总的来说,两档变速器所带来的优势体现在效率、动力性以及成本上

Kreisel两档变速器爆炸图

图1: Kreisel两档变速器爆炸图 | 图片@Kreisel Electric

两档变速器已是必然趋势。虽然我们还没有看见量产的两档电动车,但是如果把眼光扩大到新能源领域,可以发现已经有不少混动车型搭载了两档电驱系统。例如舍弗勒、吉凯恩等公司都已有多款产品搭载在欧洲和中国的车型里。除此之外,采埃孚、FEV、Kreisel Electric等许多公司也正研发两档变速器,产品也陆续公布出来。

这篇文章我们先来看看吉凯恩(GKN)公司的两款产品。


功率分流式(Powersplit)混动系统(三):输出式功率分流

2010年11月,通用汽车(General Motors)高调推出雪佛兰沃蓝达车型1,这款车是全球第一辆采用输出式功率分流系统(Output Powersplit)的车型。

然而,更值得回味的是,这款车也是全球至今唯一一款采用过这种分流系统的车型2。说“采用过”是因为这种类型的分流系统只量产了一代就被匆匆下架。在第二代的沃蓝达车型中装载着完全不同的分流系统(Compound Powersplit,即复合式功率分流系统),与第一代中的输出式分流系统已无联系。

2012年雪佛兰沃蓝达车型

图1: 2012年雪佛兰沃蓝达车型 | 图片@General Motors

不得不提的是,2010年当通用公司推出这款车时,把它称作电动车3,而且命名为一种新型电动车,即增程式电动车 EREV(Extended Range Electric Vehicle)4。今天我们称这个系统为输出式功率分流系统,即混动系统的一种。

这篇文章里,在讨论这种类型的分流系统的同时,我们也会简单聊一下如此划时代的产品为何会如此草草收场。