隨著國家大力扶植新能源汽車行業(yè)，并且加大了插電式混合動力汽車的補貼力度，突然路上的混合動力汽車越來越多起來了。但是你知道實際上混合動力技術還分兩大陣營嗎？讓我們一起來看看這兩大陣營是分別如何基于各自的專利決戰(zhàn)中國的吧。

　　首先我們就來說說這兩大混合動力技術陣營分別是哪兩個門派吧。一大門派為雙電機動力分流（PowerSplit）派，其代表車企為豐田集團。另一大門派為單電機雙離合派，又稱P2（為啥叫P2我們后面詳細分解），其代表車企為大眾集團。一看兩個領軍車企分別位列全球銷量第一第二，有沒有？其中競爭激烈程度可想而知，而各車企決戰(zhàn)中國的砝碼就是各自的專利技術。話說要把這兩大陣營技術完整介紹清楚那必定寫成教科書那么厚了。為了幫助各位更快的理解，我們這邊就挑最典型和容易理解的技術具體分析。大家感興趣的話就跟著文章一點一點深入研究吧。

　　雙電機動力分流派：顧名思義這個門派的最典型特征是有兩個電機一起和發(fā)動機配合實現(xiàn)混合動力模式。那么我們首先說說雙電機動力分流派的特點：

　　1.由兩套電機和行星輪系統(tǒng)組成eCVT，發(fā)動機一般工作在高效區(qū)，油耗低

　　2.省略變速箱，不需要離合器，加速過程平穩(wěn)

　　3.兩套電機，系統(tǒng)相對復雜，成本相對較高

　　4.發(fā)動機部分動力由電傳動，降低傳動效率

　　這個門派的宗師毋庸置疑就是豐田集團，代表車型就是目前全球銷量最好的混合動力車型豐田普銳斯。普銳斯最早在1997年開始銷售，發(fā)展到今天已經(jīng)開發(fā)到了第三代。并且目前該混合動力技術已經(jīng)推廣至豐田集團幾乎所有級別的車型上，包括卡羅拉混動版，凱美瑞混動版，漢蘭達混動版（海外），雷克薩斯CT200h，NX300h，RX450h，GS450h，LS600h，HS250h（海外）等等。

　　根據(jù)豐田的官方數(shù)據(jù)，截止2014年9月豐田集團的混合動力車型累計銷量已經(jīng)突破了700萬輛。而這些混合動力車型采用的都是豐田稱為混合協(xié)同驅(qū)動系統(tǒng)的HSD（HybridSynergyDrive）系統(tǒng)。豐田HSD系統(tǒng)的核心則是雙電機和動力分流裝置組成的eCVT電子無極變速箱。大家知道傳統(tǒng)的CVT無極變速箱是由連續(xù)可變的機械傳感裝置改變速比實現(xiàn)的。如下圖傳統(tǒng)CVT無極變速箱通過改變鋼帶所繞傳動軸的半徑連續(xù)改變速比。

　　但是豐田的eCVT系統(tǒng)并沒有以上的鋼帶組成的機械連續(xù)可變傳動系統(tǒng)，那它是通過什么方法實現(xiàn)無極變速的呢？答案就是通過兩個電機的連續(xù)電控調(diào)速實現(xiàn)的。具體我們先來看一下這套eCVT系統(tǒng)的結構。如下分別是豐田普銳斯的eCVT系統(tǒng)刨面圖和動力部件示意框圖。

　　如上圖可以看到電機1（MG1）和電機2（MG2）中間隔了一個機械裝置，稱為動力分流裝置（Power Split Device）PSD。而發(fā)動機、電機1、電機2實際上是同軸的通過動力分流裝置連接在一起的。動力通過動力分流裝置再分配以后通過電機2傳輸?shù)搅塑囕喩?。如果各位看官之前研究過自動變速箱的話，一定知道其中的一個核心機械裝置叫做行星齒輪組Planetary Gear Set。其實動力分流裝置就是一組行星齒輪組。行星齒輪由太陽輪Sun Gear(縮寫S)，行星齒輪架Planetary Carrier（縮寫C），內(nèi)齒齒圈Ring Gear（縮寫R）組成。3組齒輪依次由內(nèi)而外像天文行星系統(tǒng)一樣繞著同一個中心點（即太陽輪的中心點）同軸旋轉。如下即為行星齒輪示意圖和豐田HSD系統(tǒng)連接圖?？梢钥吹桨l(fā)動機連在行星齒輪架上，電機1連在太陽輪上，電機2連在內(nèi)齒齒圈上并作為輸出軸。

　　豐田的設計師們通過行星齒輪組將速比設定成發(fā)動機與電機1的轉速差與發(fā)動機與電機2的轉速差比例為2.6:1。速比設定圖如下。電機2（右側）連接在輸出軸上可以在+6500轉/分到-1500轉/分之間連續(xù)調(diào)節(jié)。對應車輛的實際行駛速度分別為180公里/小時和-40公里/小時。而發(fā)動機（中間）的1000到4500轉/分之間調(diào)節(jié)，而發(fā)動機被設定在最高效率轉速區(qū)間2000轉~3000轉運行。電機1（左側）被設定成可以在+6500轉/分和-6500轉/分連續(xù)可調(diào)來配合發(fā)動機和電機2（車速）的轉速差。

　　由于豐田eCVT電子無極變速箱中并沒有配置自動變速箱中的其他核心組件，比如液力變矩器，離合器（Clutch），鎖止器（Brake）等等一概沒有配備。因此發(fā)動機并不能從傳動系統(tǒng)中脫開。為了在純電行駛的時候保持發(fā)動機靜止，因此需要通過電機1和電機2分別呈相反方向旋轉來使得發(fā)動機靜止（根據(jù)速比，此時電機1的轉速為電機2轉速的2.6倍）。由于電機1轉速范圍的限制，如果前進車速需要大于40公里則發(fā)動機就必須啟動。

　　除了以上提到的轉速關系以外，動力分流裝置還能夠在不同的行駛模式下將動能通過機械方式和電子方式輸送到需要車輪上或者存儲到電池內(nèi)。如下兩種不同的驅(qū)動模式，上下兩圖左側的發(fā)動機和兩個電機的轉速幾乎是一樣的。但是上圖工作在發(fā)動機驅(qū)動模式中，動力從發(fā)動機通過機械方式從動力分流裝置輸送到車輪上，同時發(fā)動機的部分動力被用作電機1發(fā)電并驅(qū)動電機2給出動力輸出到車輪上。而下圖為減速工況，車輪上的動力被電機2產(chǎn)生的再生制動力（Regeneration Brake）回收發(fā)電充入電池中。同時車輪上的部分動力通過動力分流裝置輸送到發(fā)動機上，維持發(fā)動機怠速工作。

　　其實關于動力靈活的通過機械方式和電子方式進行傳輸還有一些高階的用法，我們會在國內(nèi)車企的方案對比中提到，各位可以耐心的再往后看。

　　目前雙電機動力分流系統(tǒng)不僅僅是豐田集團在使用，比較有名的比如福特集團的蒙迪歐）（海外稱Fusion）混動版和通用雪佛蘭的沃藍達Volt都是使用類似的技術。不過文章標題提到的決戰(zhàn)中國，各個車企分別都在使用各自的專利進行激烈的市場競爭。說到專利大戰(zhàn)可謂錙銖必較，每個字每個字都要仔細地扣仔細地推敲。你還別不相信，我們這邊就說一個小故事。

　　實際上福特和日本愛信（Aisin）變速箱公司聯(lián)合開發(fā)的混合動力系統(tǒng)要稍早于豐田混合動力系統(tǒng)申請專利。愛信的專利于1995年生效，專利號為US5419406。而豐田的專利于1999年生效，專利號為US5904631。并且實際上豐田和愛信使用的技術理念幾乎是相同的，就是之前提到的eCVT系統(tǒng)。如果按照正常的專利程序，豐田必須向愛信支付高額的專利費。但是在愛信專利的權利聲明中偏偏提到了“電機和減速齒輪同軸布置用來驅(qū)動左右車輪”。就是這個同軸“coaxially”這個詞局限了權利范圍。而豐田將電機2設計成和發(fā)動機以及電機1同軸，而與減速齒輪即到車輪的輸出軸錯開不在一個軸上，繞開了愛信專利中提到同軸“coaxially”概念。而通用雪佛蘭的沃藍達Volt使用的混合動力技術更是為了繞開專利，同時也為了更加靈活的輸出動力，使用了多達2組行星齒輪和3個離合器。同時成本也相應的大大增加。如下即為沃藍達Volt的混合動力系統(tǒng)示意圖。

　　各大車企決戰(zhàn)的砝碼除了前面提到的專利以外，作為傳統(tǒng)車企他們還將積累了幾十年的發(fā)動機技術加持到了相應的混合動力系統(tǒng)中。其中以豐田混動系統(tǒng)為代表的就是其使用的阿特金森循環(huán)（Atkinson Cycle）發(fā)動機。阿特金森循環(huán)發(fā)動機的特點就是膨脹比較壓縮比大，這樣雖然發(fā)動機動力沒有普通的奧托循環(huán)（Otto Cycle）發(fā)動機大，但是在特定轉速區(qū)域特別省油。這一點非常符合其eCVT系統(tǒng)的特點。eCVT系統(tǒng)能夠通過電機連續(xù)調(diào)速將發(fā)動機的轉速穩(wěn)定在一個非常高效的轉速區(qū)間。如下即為阿特金森循環(huán)和奧托循環(huán)發(fā)動機的比較，可以看到阿特金森循環(huán)發(fā)動機扭矩要低于奧托循環(huán)，但是在2000~4000的轉速區(qū)間阿特金森循環(huán)燃油效率更高，油耗更低。

　　單電機雙離合派：顧名思義這個門派的最典型特征是只有一個電機加上兩個離合器和發(fā)動機配合實現(xiàn)混合動力模式。那么我們也先說說單電機雙離合派的特點：

　　1.發(fā)動機和電機的動力全部機械傳動，傳動效率高

　　2.電機動態(tài)范圍小，有利于優(yōu)化電機效率

　　3.理論油耗降低空間更大（目前油耗仍稍高于雙電機動力分流系統(tǒng)）

　　4.變速箱技術成熟，單電機雙離合器系統(tǒng)成本低，易于快速推廣

　　5.需求的電機扭矩功率小，速度范圍小，成本低

　　6.易于過度到插電式混合動力（支持更高車速的純電行駛）

　　這個門派的宗師則是大眾集團。其實大眾集團原來對于混合動力這件事是拒絕的。他們聲稱我的直噴發(fā)動機加渦輪增加技術有望做到比混合動力更低的油耗，為什么還要開發(fā)混合動力系統(tǒng)呢？但是架不住市場的電氣化潮流，大眾發(fā)現(xiàn)還是得按照市場要求開發(fā)對應的混合動力車型。于是乎duang，duang，duang一下子就完成了十幾款車型的開發(fā)，包括最早的Jetta混動版，和之后平臺化的MQB以及MLB的混動車型。比如大眾高爾夫GTE，帕薩特GTE，Cross BlueGTE，奧迪Q5，A3，A6，Q7的e-tron插電混動版等等。

　　之所以大眾在晚于豐田集團多年但是又能夠迅速趕上市場主流，并且完成幾乎所有車型的混動化部署的主要功臣就是這里提到的單電機雙離合器混動系統(tǒng)。因為這套系統(tǒng)最大程度的與之前傳統(tǒng)動力的發(fā)動機和變速箱兼容，只是在變速箱中集成了一個電機而已。并且由于有變速箱的幫助，電機的扭矩功率也不需要太大，成本相對能夠接受，體積也比較小。如下分別為奧迪Q5（MLB平臺）電機和A3（MQB平臺）的DQ400E變速箱集成電機示意圖。

　　目前不僅是大眾集團，其他多家車企也采用了類似的單電機加雙離合器系統(tǒng)，比如寶馬的530Le，X5 xdrive40e，奔馳的C350eL，S500eL,GLE500e，英菲尼迪M35hL等等車型。那么我們此處就借用英菲尼迪M35hL的兩張示意圖來說明一下系統(tǒng)構成以及工作模式。首先如下圖所示電機位于兩個離合器之間。左側依次為發(fā)動機（第一位置），離合器1，電機（第二位置），離合器2，變速箱，輸出至車輪。由于電機處于發(fā)動機右側，變速箱左側的第二位置，因此也稱為P2系統(tǒng)。而上圖為電機純電行駛模式，此時電機通過離合器2結合變速箱驅(qū)動車輪前進，離合器1斷開發(fā)動機靜止。而下圖為發(fā)動機通過離合器1連接電機在通過離合器2結合變速箱驅(qū)動車輛前進的混合動力模式。

　　那么單電機雙離合器系統(tǒng)也不是一個十全十美的系統(tǒng)，它存在的最大挑戰(zhàn)就是當車輛純電行駛的時候電機高速轉動，而發(fā)動機靜止，在如此高的轉速差下如果要切換成混合動力模式，啟動發(fā)動機的瞬間如何避免出現(xiàn)明顯的車速波動。為了解決好這個問題，各家都使出了看家本領并且申請的專利相互之間競爭。那么我們就來看看大眾是怎么去應對這個挑戰(zhàn)的。簡單來說大眾通過換擋的間隙進行電機的減扭然后與發(fā)動機結合的方法，將轉速波動限制在一個非常有限的范圍內(nèi)，并且借助自身強大的變速箱技術使得轉速波動和動力中斷幾乎無法被察覺。感興趣的朋友可以參考一下大眾的專利US8020651。如下專利說明圖即來自所提到的專利文檔。

　　那么同樣的大眾集團也為自家的混合動力系統(tǒng)加持了非常優(yōu)異的發(fā)動機技術。那就是MQB發(fā)動機橫置化平臺中使用的帶主動閉缸ACT功能的EA211發(fā)動機。它大大降低了混合動力系統(tǒng)的油耗，同時也是和電機系統(tǒng)配合的絕佳選擇。

　　說完了混合動力技術的兩大門派和對應的宗師，讓我們再來看看國內(nèi)車企開發(fā)的混合動力汽車分別屬于哪個陣營，又有一些什么樣的中國特色吧。就目前的市場表現(xiàn)來說插電式混合動力車型賣的最好的還要數(shù)比亞迪秦和上汽榮威550Plug-in兩款車型。但你研究過他們屬于哪個混動技術陣營嗎？其實從配置來看，簡單地可以認為比亞迪秦只有一個電機并與雙離合變速箱配合工作因此屬于單電機雙離合器派。而上汽榮威550Plug-in由于有兩個電機應該屬于雙電機動力分流派。話說相對于國外車企有很多官方的宣稱資料介紹他們各自的混合動力系統(tǒng)，國內(nèi)的車企對于各自的混動技術卻貌似并沒有那么開放。唯一比較官方的渠道就是車企各自申請的專利。既然前面提到了專利大戰(zhàn)，那么就讓我們隨著比亞迪和上汽的混合動力專利一起看看他們具體到底用了什么樣的技術，又分別有些什么樣的中國特色吧。

　　首先基于比亞迪的專利CN103029558A，可以看到雖然比亞迪秦屬于單電機雙離合器配置，但是其卻不是嚴格意義上的P2系統(tǒng)。因為按照如下專利圖電機被配置在了變速箱的末端。因此從最左側的發(fā)動機開過來，分別是發(fā)動機（第一位置），離合器，變速箱（第二位置），離合器，電機（第三位置）。因此業(yè)界將比亞迪這樣的系統(tǒng)定義為P3系統(tǒng)。

　　這樣設計可能有部分原因是需要避開國外的專利，但一個更重要的原因就是要適應中國關于新能源推廣的政策導向。如果大家注意目前的新能源政策的話，會發(fā)現(xiàn)目前重點扶植的方向是純電動汽車或者是能夠純電動行駛50公里以上的插電式混動汽車。不難發(fā)現(xiàn)政策還是重電機純電行駛而輕發(fā)動機混合動力行駛。這可能與最早業(yè)界提出的彎道超車發(fā)展方向有一定的關系。既然發(fā)動機技術與國外有差距，不如發(fā)展電機驅(qū)動技術。至少與國外處于同一起跑線上起步。因此不管是比亞迪秦還是上汽榮威550Plug-in，其電機的驅(qū)動能力都要比國外的混合動力電機大不少，成本當然也要貴一些。

　　另外一個體現(xiàn)國內(nèi)重電機純電行駛而輕發(fā)動機混合動力行駛方面就是油耗的計算方法上。如果大家留意秦和550的廣告的話就會發(fā)現(xiàn)宣稱的油耗都只有2L甚至小于2L每百公里的油耗。此處的油耗其實不是真正混合動力行駛模式下的工信部工況油耗，而是加入了純電行駛里程后折算油耗。國外的混合動力汽車在混合動力模式下綜合油耗差不多都在4L~5L每百公里之間，而根據(jù)車友的實際體驗秦和550的實際綜合油耗應該要大于7L每百公里。因此油耗方面還是存在差距的，并且國家還是提倡盡量多的純電行駛。

　　另一個需要提的一點就是前面提到的單電機雙離合器系統(tǒng)最大的挑戰(zhàn)就是如何克服純電行駛向混合動力行駛模式切換時發(fā)動機啟動造成的轉速波動。目前比亞迪秦的一些用戶反饋當發(fā)動機啟動以后就能夠明顯的感覺到頓挫，可能就是由于這個問題造成的。不過比亞迪也在不斷地設計控制策略改進中。

　　對應的基于上汽的專利CN101920652A，可以看到雖然比上汽榮威550Plug-in屬于雙電機配置，但是其卻不是嚴格意義上的動力分流系統(tǒng)。從如下的專利說明圖中可以看到兩個電機之間原來動力分流裝置（行星齒輪組）的位置被替換成了離合器裝置。可能由于需要避開國外專利或者更靈活地控制混合動力模式的考慮，上汽的雙電機混合動力系統(tǒng)被設計成了通過兩個離合器進行耦合。業(yè)界也有稱如下系統(tǒng)為同軸耦合式混合動力系統(tǒng)的說法。

　　這樣的設計由于取消了動力分流裝置的速比控制，當離合器結合以后兩側的電機就需要保持同樣的轉速，或者就需要通過離合器斷開的情況下進行電子方式的動力傳輸（發(fā)動機帶動電機1發(fā)電，然后用電能驅(qū)動電機2帶動車輛前進）。這樣設計方式最大的挑戰(zhàn)就是如何讓發(fā)動機工作在一個合適的轉速區(qū)間內(nèi)。根據(jù)車友的使用反饋，當550的發(fā)動機啟動工作進入混合動力模式時有時發(fā)動機會升高到非常高的的轉速（5000轉/分），此時發(fā)動機噪音很大同時油耗也很驚人。特別感覺臨界點好像被設計在了時速65公里左右，一旦過了65公里，發(fā)動機轉速就能夠下降到一個比較合理的范圍?？赡芷渲幸徊糠值脑蚓褪侨∠麆恿Ψ至餮b置無法靈活控制速比導致的。

　　那么此處就要講一下豐田是如何通過前面提到的動力分流裝置將發(fā)動機的轉速控制在一個非常高效的范圍內(nèi)的。如下三張圖分別是常規(guī)的混動控制模式，特殊能量再循環(huán)的混動控制模式，以及兩種模式之間的比較?？梢钥吹截S田通過靈活地控制兩個電機的動力使得輸出到車輪的動力相同的情況下，發(fā)動機的轉速可以按需降低到一個合理的工作范圍。比如第三張圖左側為常規(guī)工作模式發(fā)動機轉速較高為2000轉以上，但是使用右側的特殊模式以后發(fā)動機轉速一下子降到了1500轉一下。

　　其實不管是上汽榮威550Plug-in還是比亞迪秦，兩家車企都在積極按照市場的范圍更新控制策略，使得用戶體驗不斷提升。比如之前提到的550在混動模式下小于時速65公里是發(fā)動機轉速過高的問題就聽說已經(jīng)通過控制策略升級明顯改善。希望越來越完善，越來越多的混合動力車型可以在中國的市場上推出，給各位車友便利的同時，也能夠改善環(huán)境何樂而不為呢？