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即将上市的 锐界 ( 参数 | 询价 ) L混动版车型将搭载长安福特的全新混动技术——这套技术是以第五代EcoBoost®发动机、行星齿轮为核心的电控无级变速箱所组成，其运行原理和丰田THS相似，都是成熟可靠为特点的动力分流技术。但是它和丰田THS有什么区别？如何实现省油兼顾强动力的效果？近日在上海的福特研发中心听了福特工程师的介绍并做了交流之后，这篇文章来做以浅析。  其实福特早在上世纪90年代就开始了混动技术的开发，而THS实际上是由丰田和福特共同开发并申请了专利。最早在2004年福特在北美市场就投放了混动版Escape，在中国市场2015年投放了一款蒙迪欧的混动车型，搭载其上的变速箱代号叫HF35，而经历了HF35、HF45的进化，如今搭载到锐界L上的变速箱，代号已经变成了HF55。 从下图来能看出这套变速箱尺寸非常紧凑，因为集成度高和齿轮数量更少，轴向长度比普通AT变速箱要更短，适配范围很广。据说海外将推出采用同样变速箱的混动版Escape（锐际），而长安福特有可能将在蒙迪欧上搭载这套混动，并采用1.5T发动机。  从下图能看出，变速箱打开之后，左侧是几组齿轮的组合，包含差速器和行星齿轮组。右侧两组圆形的装置分别是电动机和发电机，都是福特自研的产物。在变速箱正上方的方形物体是ISC逆变器总成，内部集成了电机控制器和整车控制器VCU。  两组电机都采用主流的高速扁线油冷设计，驱动电机是一台永磁同步电机，最高功率达到140KW（190匹）、320Nm，最高转速17000转。发电机转速可达18500转，可扩大连续速比宽度。速比宽度越大，也意味着发电时发动机的转速和油耗越低。此外据工程师介绍，两组电机的定转子采用了0.25毫米的硅钢片冲压而成，是目前业内最薄的水平，能有效降低电机的铁损耗，电机效率能达到96.2%。而电机控制器是通过一组当前主流的IGBT功率模组来控制两台电机，双面水冷，结构紧凑高效。 整个系统可以称为“四合一”：集成了电机、电机控制器、齿轮箱、整车控制器VCU。或者叫“六合一”：集成了发电机、驱动电机、电机控制器、整车控制器VCU、行星齿轮组、差速器。 和目前业内普遍采用自吸和小排量涡轮不同，锐界L混动版上这套发动机是福特最新的第五代2.0T Ecoboost，最大输出405N·m，峰值净功率202kW（275匹），已接近探险者搭载的那台2.3T。堪称目前国内混动界最强的一套大马力发动机。同时它也将作为福特新一代主力机型装备在燃油车型上。搭载在锐界L燃油版上WLTC油耗能做到8L多，而混动版油耗则降到了WLTC 6.31L。  在对大马力的追求上，福特从没放弃过。就连混动车上都要搞一套高功率发动机，不肯向性能妥协。官方称锐界L混动版的零百能做到7.1秒。相比汉兰达混动，足足快了一两秒。 那么大马力发动机和这套动力分流装置是怎么运行的？和丰田THS有什么区别？ 动力如何分流，系统如何运行？ 从这张拓扑图，来分析一下这套混动的整体架构。  图中上半部分能看到，发动机和发电机是同轴布局，发动机连接行星齿轮的行星架，带动行星架旋转，此时一部分机械力传递到行星齿轮最外侧的齿圈，进而连接右侧的斜齿轮组进行直驱。另一部分机械力则通过行星架传递到太阳轮，带动发电机旋转发电。此时发动机动力一分为二，这就是叫动力分流的原因。 图中下半部分，电池直连驱动电机，驱动电机连接斜齿轮组，和齿圈传来的机械力在中间轴汇合，共同驱动车辆。电池、驱动电机、发电机之前用高压电线连接。  这套系统有两个特点：首先，发电机连接太阳轮，通过行星齿轮可以调整发动机的转速。电机转速范围广而且无级可调，这也是叫电控无级变速箱的原因。而发电机转速是结合油门踏板信号、路况条件、电池情况等条件计算出来的，通过IGBT功率模块进行控制，更加精准快速。甚至我们能看到右侧的斜齿轮组里还有三组齿轮帮助进行调速，有点类似多挡DHT。所以这套系统对发动机的调速能力较强。其次，整个系统里没有离合器和开关装置，机械力和电力的产生和分配都是依靠软件控制。不需要做液压或电力的单独开关，结构更紧凑更可靠的同时，避免了离合器断开和结合时带来的顿挫、抖动。 我们也能看出福特混动跟丰田THS在结构上的区别。THS的发动机和两台电机分别连接行星齿轮架、太阳轮和齿圈。三个位置对应三个动力源。这样设计的好处是发电机和电机可以相互变换角色，发电效率更高。但受机械结构限制，三个动力源会相互牵制影响输出，谁也不能百分百地充分发挥，谁都不尽兴。  而从上面的福特混动拓扑图能看出，福特的驱动电机是直连斜齿轮组和驱动轴，无需再带动行星齿轮的齿圈旋转，连接行星齿轮的只有发动机和发电机，结构相对简单。好处就是发电机和动力电机能各司其职，实现更高效的串联驱动。此外动力传输路径更短更直接。 结构不同，让福特这套混动的运行和丰田也不太一样。两者都可以实现起步和低速下的纯电驱动和怠速充电、制动回收能量。但福特混合驱动分成了两种情况，一种是较低负载下的工况，此时电池不放电，是“发动机直驱+增程行驶”的组合，动力电机所需的电流全部由发电机提供，按照官方说法叫“混合驱动模式”。另一种是高负载工况如加速超车，此时电池会全力放电，电机会全力驱动，加上发动机的驱动力，合起来实现大功率输出。按官方说法此时叫“电力助力模式”。 所以它不必像丰田那样依靠电池的快充快放来支持电机输出。因为发动机有275匹的动力输出，就算只拿出30%来驱动发电，也有83匹（约合61kW）来支持驱动电机。对比理想ONE此前的1.2T增程器发电额定功率为52kW，仅靠增程方式来驱动锐界L应付一般路况似乎也够了。虽然锐界L混动上将搭载1.1度电池和丰田THS容量差不多，但普通工况下电池无需频繁充放电。当然这是参考丰田做出的假设（丰田THS发动机直驱能输出70%功率，30%用来发电），能否实现大范围的增程行驶，发动机此时的转速高低，还有待实车验证。  这也许是福特采用三元锂电池而没有采用密度更低但是更稳定的镍氢电池的原因。既然不需要那么高的充放电频率，更多需要考虑的是高密度、高倍率充放电、高安全、长循环的性能优势，那么NCM111的三元锂电池便是更好方案。所以我们能看到福特混动的电池体积要小很多，扁平设计，被放在底盘上，不像丰田因为体积较大必须要放在座位下方。 驾值观 官方表示锐界L是一台5米级的大7座SUV，WLTC工况油耗6.31L，一箱油能实现1040公里超长续航。WLTC 6.43L折算成NEDC应至少能再减一升，跟汉兰达油耗在相似水平。为什么动力比汉兰达强，但是油耗能做到相当，甚至NVH表现会更好呢（福特方面表示这套动力的NVH非常出色，绝无THS的加速噪音）？  核心原因我认为有二，其一就是大马力发动机和电机的加持，充足的动力储备和充放电能力，能让发动机和发电机、驱动电机三者都运行得更加游刃有余，应付各种工况时更容易找到自己的高效区间，其实就和“大马拉小车”往往比“小马拉大车”更节油一个道理。其二实际上它仍然是一套串并联布局，只不过相比带离合器的串并联结构，它用行星齿轮解决了油电无感转化的问题。再加上发动机和电机的马力都够大，能让增程式行驶尽可能覆盖一般的城市工况。在动力有需要的时候才转入并联驱动。可以说兼顾了行星齿轮的无感切换、稳定可靠，以及串并联结构的强动力、低油耗等多种特点于一身。当然以上都是从账面来分析的，实际还有待观察。特别是要让电机、发电机、电动机都运行在各自最高效的区间，软件控制的水平才是真正的难点。即使硬件结构相似，软件控制的水平不同也会有天差地别的效果。 不过我至少能得出一个结论：在不搭载大电池、无法持续输出高功率电流的前提下，如何能做到低油耗和高动力的兼顾呢？福特这套混动，是我目前看过的最靠谱、最容易实现的方案了。 |
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