專利面前 看吉利如何PK豐田混動(dòng)技術(shù)？

在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)追求8AT、9AT、10AT……越來(lái)越多擋位變速箱的時(shí)候，其實(shí)混合動(dòng)力技術(shù)早已將傳統(tǒng)變速箱丟掉一邊了，在燃油經(jīng)濟(jì)性完爆內(nèi)燃機(jī)的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了CVT變速箱一樣的無(wú)級(jí)變速能力，其中最有代表性的便是豐田的混動(dòng)技術(shù)。然而，作為中國(guó)品牌的吉利并不認(rèn)為這是外國(guó)人的專屬，這不，他們展示出了全新的混合動(dòng)力技術(shù)……

●合作者or競(jìng)爭(zhēng)者？

在詳細(xì)了解吉利如何PK豐田的技術(shù)前，我們先來(lái)聊聊它們背后的故事，沒(méi)錯(cuò)，在混合動(dòng)力技術(shù)背后他們還有著另外一層關(guān)系。

故事應(yīng)該先從豐田普銳斯的鎳氫電池說(shuō)起。我們可以看到，即便是在鋰電池成為主流的今天，豐田依然堅(jiān)持鎳氫電池的應(yīng)用，比如最新的第四代普銳斯提供了鋰電池組和鎳氫電池組兩種方案。而如今國(guó)產(chǎn)豐田混動(dòng)車(chē)型的鎳氫電池供應(yīng)大多來(lái)自一家名為科力遠(yuǎn)的公司。

2011年，不斷壯大的科力遠(yuǎn)公司在日本收購(gòu)了松下旗下的湘南電池工廠，這家電池工廠是給第一代普銳斯提供電池的企業(yè)。而2014年的第一天，吉利汽車(chē)與科力遠(yuǎn)宣布了“在一起”，成立新公司共同研發(fā)CHS（China Hybrid System）混合動(dòng)力技術(shù)平臺(tái)，它具備一定的擴(kuò)展性，可以為油電混合動(dòng)力（HEV）和插電式混合動(dòng)力（PHEV）車(chē)型等提供總成技術(shù)。吉利占股49%，科力遠(yuǎn)占股51%，所以對(duì)豐田供應(yīng)商科力遠(yuǎn)來(lái)說(shuō)，這是在做一件挑戰(zhàn)自己甲方的事情！雖然吉利與科力遠(yuǎn)研發(fā)的CHS混動(dòng)技術(shù)離量產(chǎn)還差上一步，但豐田與科力遠(yuǎn)這兩個(gè)合作伙伴顯然也走上了技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的道路。

●豐田的混動(dòng)技術(shù)到底牛在哪？

我們知道豐田識(shí)最早研究混合動(dòng)力技術(shù)的廠商，在1997年第一個(gè)量產(chǎn)了油電混合動(dòng)力汽車(chē)——普銳斯。隨著豐田的混合動(dòng)力技術(shù)不斷積累，其能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)變速的E-CVT技術(shù)也日趨成熟。

「取消了傳統(tǒng)變速箱？」當(dāng)我們拋開(kāi)豐田的這套混合動(dòng)力總成后，你會(huì)發(fā)生它的機(jī)械機(jī)構(gòu)沒(méi)有我們想象的那么復(fù)雜，而且相對(duì)于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)型來(lái)說(shuō)，其動(dòng)力總成體積并沒(méi)有太大差別。這套系統(tǒng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)和一套行星齒輪組等構(gòu)成。雖然傳統(tǒng)變速箱結(jié)構(gòu)不見(jiàn)了，但卻能和CVT變速箱一樣能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)變速，所以豐田稱這套系統(tǒng)為E-CVT無(wú)級(jí)變速機(jī)構(gòu)。

「沒(méi)有傳統(tǒng)變速箱怎么變速？」豐田混合動(dòng)力的核心就在于這套行星齒輪的動(dòng)力耦合原理，最終通過(guò)齒圈將動(dòng)力輸出到主減速器以及車(chē)輪。其中，電動(dòng)機(jī)1除了發(fā)揮起動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的作用外，還能通過(guò)與之相連的太陽(yáng)輪起到調(diào)速器的功能，從而實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)變速功能。

其實(shí)，豐田的E-CVT在結(jié)構(gòu)原理上來(lái)說(shuō)并不復(fù)雜，而其難點(diǎn)在于這套混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制邏輯設(shè)計(jì)，例如何時(shí)啟用純電模式、何時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)介入進(jìn)行混合驅(qū)動(dòng)、何時(shí)為電池組充電以及扭矩如何分配等等。如果在任何一個(gè)工況下的控制邏輯出現(xiàn)問(wèn)題，豐田便無(wú)法實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力所追求的節(jié)能性，即便是第四代普銳斯上代號(hào)為2ZR-FXE的1.8L發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)達(dá)到了40%的燃油熱效率。因此，豐田能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的混動(dòng)技術(shù)完全得益于其近20年豐富的技術(shù)積累。

值得一提的是，任何一個(gè)廠家想要在混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)上直接COPY豐田的E-CVT技術(shù)是不可能的，因?yàn)樗缫驯回S田申請(qǐng)為自己專利技術(shù)。那么吉利又如何追趕豐田的混合動(dòng)力技術(shù)呢？

●吉利為規(guī)避豐田混動(dòng)技術(shù)專利煞費(fèi)苦心，為什么？

從目前國(guó)內(nèi)的新能源發(fā)展來(lái)看，由于國(guó)內(nèi)充電樁系統(tǒng)還不夠完善，純電動(dòng)車(chē)的續(xù)航里程問(wèn)題一直飽受詬病，所以吉利必須要具備混動(dòng)車(chē)型技術(shù)研發(fā)的能力，打造混動(dòng)便成為了他們一個(gè)重要發(fā)展方向。

既然打造與豐田類似的混動(dòng)技術(shù)門(mén)檻如此高，那吉利又為何還要基于行星齒輪組來(lái)研發(fā)混動(dòng)技術(shù)呢？原因是吉利看中這種混動(dòng)結(jié)構(gòu)相比依靠離合器介入電動(dòng)機(jī)扭矩的混動(dòng)結(jié)構(gòu)（例如現(xiàn)代索納塔九搭載的混動(dòng)技術(shù)）在整體效能上要更具有優(yōu)勢(shì)；另外，通過(guò)行星齒輪耦合發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)的方式不會(huì)產(chǎn)生頓挫感，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)變速。

因此，他找到了上述所說(shuō)的電池技術(shù)專家科力遠(yuǎn)公司進(jìn)行合作，依靠科力遠(yuǎn)在電池技術(shù)和電池系統(tǒng)能量管理方面的優(yōu)勢(shì)開(kāi)始了混合動(dòng)力系統(tǒng)的研發(fā)。

除此之外，我們?cè)趪?guó)家專利局的網(wǎng)站上看到了吉利申請(qǐng)了這樣一個(gè)專利，簡(jiǎn)單的說(shuō)其本質(zhì)上與豐田的混合動(dòng)力沒(méi)有太大的區(qū)別，而唯一的特點(diǎn)是吉利通過(guò)一套雙排行星齒輪組（豐田的動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)為普通單排行星齒輪組）以及離合器的增加，繞過(guò)了豐田的技術(shù)專利。

吉利與科力遠(yuǎn)研發(fā)的CHS混動(dòng)技術(shù)由一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)、兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)、一套雙排行星齒輪組以及多部離合器等構(gòu)成，相比豐田的E-CVT結(jié)構(gòu)在零部件數(shù)量上要更多一些，結(jié)構(gòu)變得更復(fù)雜。

「CHS混動(dòng)技術(shù)有什么優(yōu)勢(shì)？」相對(duì)豐田的E-CVT技術(shù)，吉利與科力遠(yuǎn)合作研發(fā)的CHS混動(dòng)技術(shù)在結(jié)構(gòu)上更加復(fù)雜。由此帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)是雙排行星齒輪組和鎖止離合器的加入讓混動(dòng)系統(tǒng)的控制模式更為自由，從而降低了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的耦合控制的難度。另外，雙排行星齒輪相比單排行星齒輪在齒比范圍上更為寬廣，能夠一定程度上降低對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速要求。同時(shí)，缺點(diǎn)也較為明顯，即結(jié)構(gòu)復(fù)雜度增加后帶來(lái)的可靠性和耐久性考驗(yàn)則會(huì)成倍地加大。

●CHS混合動(dòng)力系統(tǒng)如何驅(qū)動(dòng)車(chē)輛？

1、純電動(dòng)階段

在起步階段，搭載這套混動(dòng)系統(tǒng)的車(chē)型將完全化身為純電動(dòng)汽車(chē)，此時(shí)推動(dòng)車(chē)輛起步的動(dòng)力完全來(lái)自于一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，發(fā)揮了純電驅(qū)動(dòng)在經(jīng)濟(jì)性上的優(yōu)勢(shì)。

電動(dòng)機(jī)1通過(guò)行星齒輪組帶動(dòng)減速齒輪，然后帶動(dòng)車(chē)輛行駛。此時(shí)由于發(fā)動(dòng)機(jī)與行星齒輪組之間的額離合器是斷開(kāi)的，所以也就免去了因發(fā)動(dòng)機(jī)倒拖導(dǎo)致的能量消耗。在汽車(chē)起步之后，想要行星齒輪組的齒圈向外無(wú)級(jí)地輸出的動(dòng)力，那么起到調(diào)速作用的電動(dòng)機(jī)2就必須出場(chǎng)了，通過(guò)它改變行星輪與齒圈間傳動(dòng)比，從而實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)變速功能。另外，車(chē)輛的前進(jìn)和倒車(chē)也是依靠電動(dòng)機(jī)2的正反轉(zhuǎn)來(lái)決定的。

2、混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)階段

一方面由于電動(dòng)機(jī)1的調(diào)速范圍有限，所以純電模式下車(chē)輛不可能達(dá)到較高的車(chē)速，另一方面為了彌補(bǔ)此時(shí)的扭矩不足，所當(dāng)車(chē)輛行駛到一定速度后就不得不呼喚發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始干活了。我們知道對(duì)于普通的內(nèi)燃機(jī)車(chē)型來(lái)說(shuō)，想要讓車(chē)輛行駛起來(lái)，第一步就是要依靠起動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸旋轉(zhuǎn)起來(lái)，然后再點(diǎn)火使發(fā)動(dòng)機(jī)工作，而對(duì)于這套混合動(dòng)力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)則完全不同。

-如何在行駛過(guò)程中起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)？

在行駛過(guò)程中起調(diào)速作用的電動(dòng)機(jī)2又能揮它的另一項(xiàng)關(guān)鍵作用——起動(dòng)機(jī)。通過(guò)液壓控制系統(tǒng)將發(fā)動(dòng)機(jī)與雙排行星齒輪之間的離合器嚙合，將雙排行星齒輪與電動(dòng)機(jī)1之間的鎖止離合器釋放，發(fā)動(dòng)機(jī)便通過(guò)與之連接的行星架介入了行星齒輪組，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)1保持原來(lái)輸出動(dòng)力狀態(tài)下，只需要電動(dòng)機(jī)2的旋轉(zhuǎn)便能夠帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作，由純電動(dòng)轉(zhuǎn)化成了混合驅(qū)動(dòng)模式。

-如何在行駛中為電池組充電？

發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)后，不僅能夠進(jìn)一步提高車(chē)速，而且根據(jù)行星齒輪的扭矩分配原理，在電池組電量不足時(shí)，一部分多余的扭矩還能夠?yàn)殡姵亟M充電。沒(méi)錯(cuò)，此時(shí)的電動(dòng)機(jī)2又發(fā)揮了它的第三個(gè)職責(zé)——發(fā)電機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)隨時(shí)都為電池充電，前提是發(fā)動(dòng)機(jī)保持在燃油經(jīng)濟(jì)性最佳的轉(zhuǎn)速區(qū)間里，額外的能量才會(huì)補(bǔ)充到電池組內(nèi)。

-如何在高速巡航狀態(tài)提升經(jīng)濟(jì)性？

當(dāng)車(chē)輛在高速續(xù)航時(shí)，為了提高這套系統(tǒng)的傳動(dòng)效率，位于電動(dòng)機(jī)2右邊的鎖止離合器會(huì)將電動(dòng)機(jī)2以及與之相連的太陽(yáng)輪鎖死，動(dòng)力源僅由發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)1來(lái)提供，減少了系統(tǒng)中部分齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而提高了機(jī)械效率。

3、制動(dòng)能量回收階段

在車(chē)輛減速制動(dòng)時(shí)，這套混合動(dòng)力系統(tǒng)會(huì)通過(guò)電動(dòng)機(jī)1和電動(dòng)機(jī)2共同將動(dòng)能回收到電池組內(nèi)。

另外，這套CHS混動(dòng)系統(tǒng)理論上也能夠在怠速狀態(tài)下為電池組充電。原理是通過(guò)鎖止離合器鎖止行星齒輪中的太陽(yáng)輪，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)行星齒輪中的齒圈，齒圈驅(qū)動(dòng)行星輪，從而轉(zhuǎn)動(dòng)與行星輪相連的電動(dòng)機(jī)1，此時(shí)電動(dòng)機(jī)1則變成了發(fā)電機(jī)為電池組充電了。

●總結(jié)

吉利對(duì)這套CHS混合動(dòng)力技術(shù)平臺(tái)的愿景是服務(wù)于所有中國(guó)品牌的汽車(chē)廠商，就像是這套混動(dòng)系統(tǒng)的名字China Hybrid System一樣，正是基于這樣開(kāi)放的心態(tài)，他們吸引來(lái)了其他的汽車(chē)廠商，例如2016年2月份，長(zhǎng)安汽車(chē)公司發(fā)布了與吉利和科力遠(yuǎn)達(dá)成合作協(xié)議的公告。

當(dāng)然，這套新的混合動(dòng)力系統(tǒng)距離量產(chǎn)還有待考驗(yàn)，雖然從混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，吉利和科力遠(yuǎn)繞開(kāi)了豐田的技術(shù)專利，從理論上來(lái)說(shuō)在功能和效能上可以與豐田一較高下，但前提是吉利的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)能夠跟上，而不拖整體燃油經(jīng)濟(jì)性的后腿，諸如豐田通過(guò)廢氣再循環(huán)（EGR）、阿特金森循環(huán)技術(shù)等能夠?qū)⑵桶l(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率提升到40%。另外，雖然通過(guò)增加機(jī)械部件，可以一定程度上降低混動(dòng)系統(tǒng)的控制難度，但隨之而來(lái)的可靠性、耐久性問(wèn)題當(dāng)然也不容小覷。總之，吉利在混合動(dòng)力技術(shù)邁出的這一步非常值得我們贊賞，未來(lái)仍需繼續(xù)努力。