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从P0到P4，如何从电机安放的位置决判断混动能力的大小 | 混动五讲IV

2017-09-07 浏览：10.68万评论：0

本文是驾仕派的原创文章，来自撰稿人鱼非鱼。

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平常对混合动力比较关注的读者，应该在阅读一些文章的时候接触过所谓的“Px混动”的说法，这是什么意思呢？其实这指的是电机的位置，用来区分各种有变速箱的并联与串并联（混联）混动构型。

如上图所示，从P0到P4分别表示的电机布置方式——

• P0：电机位于发动机前端的皮带上

• P1：电机位于发动机的曲轴上

• P2：电机位于发动机与变速箱中间靠变速箱一侧，与发动机间有离合器

• PS：电机位于变速箱内部

• P4：电机位于另一轴上（如果发动机驱动前轴，则电机在后轴，反之亦然）

下面分别讨论一下它们的优缺点.

一、P0与P1布局

P0与P1这两个位置其实都是传统汽车上已有的布置电机的位置。

P0位于发动机前端附件驱动系统（FEAD）上，也就是普通汽车上逆变器的位置。逆变器是一个上的小型发电机，与发动机曲轴通过皮带有柔性连接。在发动机运转时，会有少量的能量传递到这里带动逆变器发电。所以P0混动就是把这个逆变器换成了一个比较大的电机。

传统汽车上的FEAD如下图所示，其中Crank为发动机曲轴，Alt.为逆变器，给车载12V电池充电以满足电动车窗、车灯、电启动器、车载多媒体系统的用电需要，A/C为空调压缩机，supercharger为机械增压器，P/S为Power Steering助力转向，在这里是机械液压助力的油泵，Water Pump为冷却发动机的水泵，Tens为张紧器用于调节皮带的受力，即传递到皮带上的能量的大小。此外一些老系统用于控制进气时间的凸轮轴也在这个皮带上。

而P1则位于发动机的曲轴上，就是传统车型上启动电机的位置。如下图所示，启动电机一般体积较小，转速较高，通过减速齿轮变速后，以较大的瞬时扭矩带动曲轴和曲轴上的飞轮旋转，之后飞轮以惯性带动发动机进入工作冲程。P1混动则将这个电机换成比较大的电机，因为体积受限，就无法使用减速齿轮，而需要放置在飞轮的位置，并且用电机的转子替代了飞轮。

而P0和P1混动，都是用一个电机，实现了发电的逆变器和启动发动机的启动电机的双重功能，从而也简化了结构，它们也分别叫做BSG（Belt Starter Generator）和ISG（Integrated Starter Generator）。因此也可以说，P0混动让逆变器集成了启动电机的功能（但仍然需要飞轮），而P1混动让启动电机集成了逆变器发电的功能（但仍然需要FEAD）。

Tips:目前大部分的P0混动仍然需要P1位置的启动电机，是因为在冷车时间过长时，皮带电机的扭矩往往不足以启动发动机。

P1混动的集成电机ISG的线圈和转子：

在各大厂商开始大张旗鼓的研发混合动力之前，其实BSG和ISG已经作为自动启停系统的一部分使用了挺长时间，如果这些电机以及相连的电池再大一点，能够回收动能并且给发动机加力，那么就可以认为是混合动力系统。

下图是奔驰在A级和B级上使用的P0混动方案，其中wasserpumpe是水泵，Kurbelwelle是曲轴，Klimakocpressor是空调压缩机。液压皮带张紧器Hydraulischer Riemenspanner在P0混动中是一个比较重要的部件，需要比一般的张紧器调节张力的能力更强，从而保证在启动发动机和动能回收时有较大的传动效率。

P0系统一个重要的优势是，有了功率较大的BSG，再配合较大的蓄电池，就可以做到在等红绿灯发动机停机的时候，带动空调的机械压缩机运转。而P1系统如果要实现同样的功能，就需要使用电压缩机。

不过，即使P0混动有张紧器，一般来说，皮带这种软性连接的效率仍然有限，因此无论是给发动机加力还是回收动能的功率都有限。P0因此一般只应用于自动启停系统，以及12-25V微混和48V弱混。

典型的微混系统——采用超级电容的马自达i-Eloop，即是P0布局。

相反，有机械连接的P1布局传动效率要高得多，除了自动启停、微混和弱混外，还可以应用在100-200V电压的中混系统中。

思域混动和Insight的第一代本田IMA混动，以及奔驰的S400混动，都采用P1布局。

不过P1混动因为电机直接套在曲轴上，二者转速必须相等，而不像通过皮带连接的P0布局有一个传动比，因此电机需要有比较大的扭矩、比较大的体积，同时还需要做得比较薄从而能放到原来飞轮的位置，成本较高。

这两种布置方式都不适合电机电池更大的强混系统。因为不管是P0还是P1，只要电机旋转，发动机曲轴就必须旋转，这样电机没办法单独驱动车轮。在动能回收和滑行模式下，也因为必须带动曲轴空转而浪费动能并增加噪音和振动。

二、P2布局

跟P1一样，P2也需要布置在发动机和变速箱中间，但因为不必像P1一样整合在发动机外壳中，布置的形式更灵活——不仅可以直接套在变速箱输入轴上（这样一般需要重新设计变速箱），也可以通过皮带与变速箱输入轴连接，甚至也可以使用减速齿轮（体积较大）。

直接套在变速箱输入轴上的P2电机——

通过皮带或齿轮传动的P2电机——

此外P2形式也有一些变种，比如荣威550插电混动，实际上是没有传统变速箱的，但通过离合器的切换，实际上电机和发动机既可以在同一轴以同转速耦合后，再选择两条减速路径中的一条共同驱动车轮；也可以分别以不同的减速比共同驱动车轮——这相当于一个为插电混动定制的两挡变速箱。

相比于P1，P2有以下几个优势：

1.因为和发动机之间有离合器，因此可以单独驱动车轮；在动能回收时也可以切断与发动机的连接。

2.因为和轴之间可以有传动比，因此不需要太大的扭矩，可以降低成本和电机的体积

但P2也有劣势。它只有在变速箱切换到空挡的时候，才能切断与车轮的连接，从而可以用于启动发动机。但如果变速箱不能很快的切到空挡（基于行星齿轮的AT可以），就需要一个额外的启动电机来满足自动启停系统频繁快速启停电机的要求——或者是一个在P1位置的中低压启动电机，或者是一个在P0位置的48V以上的中高压BSG电机。后者有两个电机接了中高压，因此一般也被称为“P0P2系统”，是双电机直连混动（串并联）的一种，现代的混合动力正是采用这种系统，此外法拉利的LaFerrari混动超跑也是。

现代的P2电机因为扭矩够大，因此直接套在变速箱输入轴上——

此外还有一个BSG（现代叫HSG，hybrid starter generator）——

相比采用了无变速箱的丰田HSD和本田i-MMD等强混系统，现代这套系统因为电机和车轮之间有传统液压自动变速箱，在低速电机直驱的时候效率较低，因此在中低速也常常会使用发动机，效率和NVH的控制都稍差。但在高速行驶时因为主要靠发动机，有了变速箱调速后效率更高，而且动力感受更好。

普通的P2系统（无其它中高压电机）则一般应用于弱混系统，通常采用皮带或齿轮的平行布置方式，这样可以兼容已有的变速箱设计。比如ZF为自己的9AT研发的P2混动系统，电机平行布置，并替代了液力变矩器的功能。这套系统是不需要额外的BSG或ISG电机的，本身P3电机能够实现自动启停功能。

P2布局因为需要有自动切空挡的功能，因此不能匹配手动挡，而包括CVT、AMT、双离合、液力变矩+行星齿轮组式AT在内的各种自动挡都可以匹配。

P0和P2是大部分欧洲车企发展48V弱混系统的选择。

三、Ps与P3混动

在很多文章中，Ps与P3被统一称为P3布局，但实际上二者还是有区别的，P3是电机在变速箱的输出轴耦合，可以离变速箱有一定距离，更靠近传动轴，一般采用齿轮或链条传动。而Ps则是直接整合在变速箱内部的。

相比在电机在变速箱前的P0、P1和P2布局，P3最主要的优势是纯电驱动和动能回收的效率。传统车用变速箱都有较大损耗，对于插电混动系统来说因为电驱比例高，更是不能忍受的。

但P3因为以下的缺点，尚未有实际应用：

1. 因为电机必须与车轴相连，因此电机无法用于启动发动机，因此P1位置的中低压启动电机仍然是必须的，而且为了满足自动启停的需要，电机的功率也不能太小，电池也需要加大。

2. 电机无法与变速箱或发动机进行整合，需要占用额外的体积。

下图为典型P3混动结构（链条传动）——

不过，理论上来说，P3比较适合后驱车，有充足的空间予以布置。此外，也可以增加P0位置的BSG电机连上高压电，由此变身为“P0-P3构型”的串并联混动。

实际应用中被人们称为P3的混动构型，其实往往实际上是Ps。比如大众速腾混动、奥迪A3 e-tron、沃尔沃T5前驱混动、比亚迪秦等等。使用Ps的方案包含了中混、强混、混合策略插电混动，以及增程式插电混动。

Ps系统都是基于双离合变速箱的，它很好的利用了双离合变速箱可以在两个输入轴之间切换的特点，将电机集成到了其中一轴（一般是偶数挡位轴）上面。这种混合动力更像是P2混动，它拥有三种工作模式：

1. 两个输入轴都松开（相当于空挡），电机可以单独驱动车轮，也可以在不带动曲轴的情况下进行动能回收。这比需要经过一整个变速箱传动的P2混动效率更高。

2. 电机所在的输入轴接合发动机，发动机和电机以相同传动比旋转，相当于直接套在变速箱输入轴上的P2混动。

3. 没有电机的输入轴接合发动机，发动机和电机以不同传动比（且可以分别选择挡位）旋转，相当于以齿轮驱动的P2混动（而且还能变速）。

这就是下图中所示的工作模式——

此外，低速时可以采用电机驱动，能很好的弥补双离合变速箱在拥堵路况平顺性差、磨损大的缺点。

四、P4布局

P4布局最大的特点是，电机与发动机不驱动同一轴，这意味着：1. 车辆可以实现四驱；2. 电机与发动机实际上是通过地面耦合的，工作性质虽然跟其它简单并联很类似，但在车内部不存在任何机械连接。

P4布局的电机既可以通过链条或齿轮驱动前轴/后轴，也可以干脆就像讴歌NSX混动超跑那样在一侧取消轮轴，而直接用两个轮毂电机，这样一来转弯的性能更高（不过对于电控的要求也极高），二来省去了轮轴和差速器带来的效率损失和额外车重。

如下图所示——

P4布局的特性与P3布局大体相似。不过，大部分P4布局（只有一个P4电机接了高压电）不能随意在纯电驱和纯发动机驱动之间切换，这意味着前后驱的切换，不利于车辆操控性和舒适性。

因此，大部分P4混动要不像宝马i8这样，采用插电混动，以电机后驱为主，只有在需要更大功率时才启动发动机驱动前轴；要不像沃尔沃前驱平台SUV的T8混动四驱，以及宝马后驱平台轿车的混动四驱一样，另一轴的电机只作为辅助，车辆仍然以发动机驱动为主。而为了保证时常有电量驱动另一轴的电机，这两款车同时在发动机的驱动轴也有一个电机，宝马在P0，沃尔沃T8在P2，一来用于启动发动机，二来可以给电池充电，三来也能给前轴。这两个构型可以分别称为P0-P4和P2-P4。其中宝马的P0-P4构型因为发动机-P0部分可以与车轮断开连接，实现了停车充电的功能，甚至也提供了串联模式——主电机在前轴驱动汽车，而发动机在后轴负责带动P0电机充电。

或者比较特殊的像比亚迪唐这样，以主电机在前轴电驱为主，但用来增程的发动机也放在前轴，后轴只有小电机。这是因为唐的发动机除了增强动力外，还要负责用来增程，而不像宝马的发动机主要是用来增加动力的，因此主电机和发动机放在同一轴。

而其实这种车型也可以采用P1P4布局，主电机在前轴负责主要驱动，后轴的发动机和P1电机在与车轮断开连接后，与前轴电机形成串联模式，在保持前驱的可以由发动机增程。在需要最大性能时再一起驱动。只不过因为比亚迪没有发动机后驱布置的经验，所以无法采用这种路线。

P4混动大多应用于各种插电混动，或者是弱混模式，因为不方便纯电驱与纯发动机驱动间的切换，P4强混反而是比较少的。