功率分流式(Powersplit)混动系统(一)

在汽车界,提到功率分流式混动系统,第一想到的自然是丰田普锐斯。普锐斯系统对于汽车业界的意义可以与iPhone对手机业界的影响相媲美。普锐斯(1997年问世)和iPhone(2007年问世)的设计方案从发布以来不曾改变,可以说是从一开始就达到了完美。正是丰田,正是普锐斯,让功率分流系统在全球汽车业界达到今天的位置。

功率分流系统正如其名,就是将发动机功率分成几个支流,分别传输到车轮上。我们就要问了,怎么实现分流?这个,这就是变速器的任务了。变速器在功率分流系统中担当着核心的作用,按照变速器结构的不同,功率分流系统又可以分成输入式、输出式和复合式几种不同的形式。各个系统都有各自有意思的地方。

今天的第一篇中,暂不去讨论那些技术上的细节,我想聊聊功率分流式系统的故事。

来看看最早的功率分流系统

虽然说丰田普锐斯在今天最为出名,但是最早的功率分流系统应该归功于 Thompson Ramo Wooldridge Inc.(TRW)公司。1960年代,在阿波罗登月的时期,TRW的工程师研制出了第一款今天意义上的功率分流驱动系统。整个系统中包括一个发动机、两个电机和一个行星齿轮组。其中,一个电机用来调节发动机的转速,另一个电机用来对汽车的驱动扭矩进行调节。TRW系统在系统结构上与今天的丰田普锐斯系统稍稍有不同1,但原理一摸一样。

TRW公司研发的功率分流系统专利图

图1:TRW公司研发的功率分流系统专利图

今天,我们仍可以查到当时TRW公司申报的专利2。可惜的是,60年代的时候,连阿波罗登月飞船上的计算机都没法做大规模快速运算3,更别说真正意义上的车内用ECU了。那时候,驱动系统所有的控制都只能由机械或油压控制实现。发动机、电机的精密协同控制可以说是天方夜谭,因此,TRW的这个系统也只能束之高阁。


新型汽车变速器 eCVT (一)

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  • 随着混合动力汽车的兴起,一种新型混动变速器(eCVT)成为了业界内的新研究重点。

  • 美国的通用与日本的丰田公司是这种新型混动变速器的先驱,并几乎瓜分了该领域的所有专利。

  • 自90年代末至今,两家公司分别推出了多款划时代的产品,极大地影响了汽车行业的走向。

对于绝大多数人来说,变速器无非是车里的那个换挡杆。
对于工科出身的人,变速器意味着一大堆大大小小的齿轮。
对于汽车业内的工科人,变速器是由各种弹簧、齿轮、轴承、阀门等构成的精密机器。

然而,不论是在业内还是业外,汽车变速器在人们心目中的形象仍然与十几年前一样,变速器仍然只是传统的纯机械部件。近几年混动汽车崛起,变速器是在混动化中变革最为深刻的部件

丰田普锐斯第三代

图1:丰田普锐斯第三代 | 图片@Auto Bild

上个月在美国底特律的一个汽车展会上与一个展商聊天。该公司主要生产双离合变速器(DCT)及自动变速器(AT)内的弹簧。这些变速器专业人士,对变速器的电气化仍然很陌生。对变速器内如何嵌入电动机,及由此对变速器及驱动系统带来的影响了解甚少。这一点很让我惊讶。

与一些展商聊下来,给我的感觉是,各个零部件生产厂商都普遍专注于各自的传统产品,对于其他产品或是整个驱动系统缺乏整体的认识和技术更新。这应该是任何一个行业内都普遍存在的现象。

变速器电动化其实早已开始,各类电动化的变速器早已投产,各种新型的变速器方案也正在加紧研发。这中间,业界内最新的发展动向为 eCVT 变速器


Cruise Automation的成功 — 汽车行业的个人化

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  • 2016年初,General Motors 以10亿美元收购一个刚刚成立3年的不知名公司 Cruise Automation。

  • Cruise Automation 公司并没有独特的汽车技术或产品,是什么让汽车巨头 General Motors 对其刮目相看?

  • 百多年的传统汽车行业正在剧烈转型。加入这一行业已无需巨大的资金和人力资源,科技的发展使得个人进入行业成为可能。

  • 自动驾驶和电动汽车技术的发展将进一步加剧汽车行业的转型。

几个星期前没有多少人听过 Cruise Automation 这家公司,其主要技术是透过导入传感器与运算技术,将某些车型的汽车转化为自驾车。然而正是这家仅仅于2013年在 San Francisco 成立的创业公司,在不久前被汽车巨头 General Motors 斥以10亿美元巨资收购1

Curse Automation 在并入GM旗下后,将加入 GM 新建立的自动驾驶汽车研发部门(Autonomous Vehicle Development)。该部门将直接向GM公司的副总裁 Doug Parks 汇报。

Automation Cruise 公司网站

图1:Cruise Automation被GM收购后公司网站只显示两家公司的名称 | 图片@Automation Cruise


汽车变速器的角色变迁(二):混合动力汽车的兴起

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  • 以发动机为中心的传统汽车中,变速器依靠档位的控制,负责转换扭矩与转速,服务于发动机。

  • 从90年代2000年代,变速器的研发工作围绕于换挡质量、变速器效率以及档位数量提升。

  • 全球各国的油耗及排放法规日益严格,混合动力成为必经之路。

  • 1997年,丰田公司推出全球第一辆量产混合动力汽车——普锐斯。

  • 2010年,通用推出雪弗兰沃蓝达,其变速器内装配有2个电动机。混合动力的应用,使得该车能提供多种驾驶模式,降低油耗与排放。

  • 第二次变迁将使变速器成为驱动系统动力分配的决策者。

每年的4月底或是5月初的时候,欧美汽车行业的领军人物,例如大众总裁马丁 • 文恩德(Martin Winterkorn)、欧洲的发动机教父 Fritz Indra 教授、宝马技术研发总监 Klaus Fröhlich 等等,都齐聚奥地利维也纳的霍夫堡皇宫(Wiener Hofburg),参加每年一度的维也纳发动机峰会(Wiener Motorensymposium)。

奥地利维也纳的霍夫堡皇宫,每年维也纳发动机峰都在这里举行

奥地利维也纳的霍夫堡皇宫,每年维也纳发动机峰都在这里举行 | 图片@Wiener Hofburg

既然是发动机峰会,会议的议题理所当然都以发动机的发展为主。2002年的会议资料还能在网上读到。看看这13年前的资料你会发现,会议上大部分的报告主题都围绕着发动机增压、尾气处理、燃油直喷技术等进行,偶尔零星的报告里,你也能发现一点汽车变速器的影子。


汽车整车厂与供应商的价格之争(二)

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  • 每辆汽车中,约80%的零件不由整车厂生产,而是来自供应商。

  • 整车厂极力压低零件采购价格以降低整车成本、提升利润。

  • 部分整车厂的管理者过度追求短期利润,忽视与供应商的长期良性发展,导致自身品牌受损。

  • 汽车史上,洛佩兹就是这样一名管理者。在欧宝、通用任职采购总监期间,他的短视迅速加剧了90年代欧宝的陨落。

  • 今天,洛佩兹的名字在汽车业界已经成为了一个专有名词:“洛佩兹效应”。

我有时候喜欢在Youtube上翻出一些视频,看一辆汽车是如何在流水线上组装起来的。新一点的到特斯拉(Tesla)Model S的组装,老一点的到第一代福特(Ford)福克斯(Focus)的冲压、涂装、装配全过程

特斯拉 Model S 组装线

特斯拉 Model S 组装线 | 图片@TESLADAILY

视频里,发动机、变速箱、线束等各种零件在流水线上被有序地组装进车中。这些不同的零件,在每一辆汽车中,约80%左右并不由整车厂自行生产,而是从零件供应商处采购。巨大的商机造就了巨大的供应商市场。对于整车厂来说,每当要从外部采购一个零件时,刚刚发出标书,就已经有一打供应商在门口排好队了。

零件的采购价格是整车厂(及供应商)最为核心的机密之一,具体数据我们不得而知。但它很大程度上决定了车的最后售价,因此,也影响到整车厂在市场上的竞争力。整车厂为了压缩成本、提升竞争力,对供应商的报价进行施压,可以理解为是正常的商业举动。