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电动?混动?雪佛兰VOLT到底是什么?

2017-11-23 10:02 来源:网络 作者:网络

Volt(沃蓝达)的海外试驾意外引发了海外媒体和通用之间关于产品最终属性的争论,这款即将于2011年引入国内的车型同样关注度极高,在国家大兴新能源车型政策的节骨眼上,关于沃蓝达是纯电动车还是混合动力车的争论激起了不小的波澜,通用方面也非常迅速的给予了我们相应的回复和技术说明,那么,这些说明能否帮助我们认清Volt沃蓝达的真身?通过我们的分析和解读,告诉你事件背后的真相!

◆工作模式及结构介绍

对于Volt工作模式的介绍,我们可以结合官方文件的描述来进行初步的了解(了解其基本构造的车友可以直接查看后续的分析内容):

官方描述:

Voltec电力驱动系统介绍

对于通用汽车雪佛兰Volt(沃蓝达)Voltec电力驱动系统的研发工程师们来说,超越客户需求是他们的首要目标。因为Volt(沃蓝达)是汽车界的首款增程型电动车,开发团队致力于让沃蓝达的客户在电力驱动和增程驱动的模式下都能体验到最高效的同时又充满无限乐趣的驾驶体验。

大多数通过电池驱动的电动车采用单一的带有固定减速箱的电动机以降低电动机的转速,使其与车轮转速同步。而雪佛兰Volt(沃蓝达)则不同。它采用了一套独特的电力驱动装置来提高车辆的行驶效率。当接近最高转速时,任何一台电动机的效率都会降低。而Volt(沃蓝达)的电力驱动系统包括两个电动机(一个主电动机和一个发电机/电动机)、三个离合器以及一个行星齿轮组,这个行星齿轮装置能够降低电动机的总转速,从而提高车辆整体行驶效率。这一配置能减少车辆行驶在高速公路上的电池损耗,使电动车多行驶两英里。

Volt(沃蓝达)的电动机和齿轮组与业界第一款增程型内燃发动机同轴安装。视驱动模式而定,其中的两个离合器或用于锁住行星齿轮组上的行星齿圈(原文此处为“环形齿轮”,根据原文表述及图示,这里提到的机构应为结构图中的行星齿圈,而非结构图中的“环形齿轮”,下同)或者使其行星齿轮与发电机/电动机相连。第三个离合器用于使内燃发动机和发电机/电动机相连,使车辆具备续驶能力。
这一创新的驱动系统有以下四种主要操作模式:

电力驱动模式下
低速单一电动机行驶模式

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在这一模式下,主电动机在较低车速和急加速的情况下,凭借电池中储存的能量提供所有的推动力。这时,行星齿圈被锁住,发电机/电动机与内燃发动机和行星齿轮组相分离。主电动机最大功率为111千瓦,并且在低速时能平顺提供高达368牛米的最大扭矩,为车辆提供稳定且强劲的加速性。

高速双电动机行驶模式

当车速增加时,行星齿圈与发电机/电动机相耦合,这时发电机/电动机在系统中作为一个小型电动机运转,与主电动机同时工作并以较高的效率提供动力输出。Volt(沃蓝达)的研发团队通过将发电机/电动机作为小型电动机使用,与主电动机一起协同工作,从而降低了高速状态下主电动机的转速,使得这款车在高速公路上以纯电动模式行驶时,可多行驶两英里。

增程模式下
低速单一电动机行驶模式

当电池能量快耗尽时,Volt(沃蓝达)的1.4L内燃发动机通过第三个离合器与发电机/电动机相连(此时发电机/电动机作为发电机使用)。在车速较低和急加速的情况下,Volt(沃蓝达)完全由主电动机驱动。此时,行星齿圈与发电机/电动机的连接被切断。由内燃发动机驱动的发电机/电动机(此时作为发电机使用)和电池一起为主电动机提供电能。通常情况下,内燃发动机驱动的发电机/电动机(此时作为发电机)会使电池保持在最小荷电状态,以进行增程行驶。

因为最有效的为Volt(沃蓝达)充电的方式是将其连接到电源插座上为电池充电,发电机/电动机只用于使电池保持在最小荷电状态。如果在车辆加速状态下电池的电量降到最低电量状态时或车辆处于山地运行状态而电池电量低于总电量的45%时,发电机/电动机就会为电池充电,使其达到最小电池荷电状态并维持这一状态。

高速双电动机行驶模式

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纯电力驱动模式下的高速双电动机驱动方式也被用于增程行驶。离合器使发电机/电动机和内燃发动机以及行星齿圈相连,使内燃发动机和两个电动机共同运作,通过行星齿轮组驱动Volt(沃蓝达)电动车。所有的驱动能量都通过行星齿轮聚集在一起,传送到最终的驱动系统。

无论使用哪种驱动模式,Volt(沃蓝达)总是由主电动机驱动。因此,只有在主电动机工作时,内燃发动机才能参与驱动车辆。为了使行星齿轮组传递扭矩,行星齿圈、恒星齿轮和行星齿轮架三个元素中至少有一个必须处于被锁住状态。因为没有离合器能锁住恒星齿轮,因此提供驱动车辆所需的反作用扭矩,主电动机必不可少。

这一独特的驱动装置使Volt(沃蓝达)在高速公路行驶的状态下的电池效率相比仅使用单一牵引电动机的情况提高10%-15%。此外,即使在增程行驶的状态下,或是在紧急加速的情况下,通过利用大容量电池,Volt(沃蓝达)同样能为驾驶者提供精彩的驾驶体验。

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◆找出真相:全面分析解读

特殊的行星齿轮机构


通用的4ET50电力驱动模块

在看过了官方的介绍,了解大致组成后,我们来进一步分析Volt沃蓝达的驱动模块,电动车都需要一套减速机构来与驱动桥的齿轮转速相匹配,它同时承担着放大扭矩的作用,Volt的这套4ET50驱动装置使用了一套行星齿轮结构,引起的争论正和这个机构有关。

??? 使用行星齿轮作为电动机减速机构的设计其实并不是Volt的专属,搭载丰田第二代混合动力系统的雷克萨斯LS600hL的电动机部分也使用了行星齿轮减速机构。



4ET50的行星齿轮结构简化示意图(行星齿轮图片来自网络)

在这套行星齿轮机构中,主电动机直接连接太阳轮(官方资料中所称的“恒星轮/环形齿轮”),齿圈(官方介绍中“行星齿圈”)则通过两套离合装置可分别锁止或与发电/电动机连接。

发动机确实参与了驱动!

引起争议的是前面介绍中的第四种工作模式--增程模式下的双电机行驶模式,国外汽车媒体认为在这种模式下,发动机直接参与了驱动,通过一定的机械连接将动力传送到了前桥上。而此次官方的三点回复中,第二点“Voltec电力驱动系统中搭载的1.4L增程型内燃发动机和车辆驱动齿轮之间并没有直接的机械性联系(亦即无固定齿轮传动比的联系)。”的描述直接的反驳了这种说法。

在官方的资料中,增程模式下的高速行驶描述为“纯电力驱动模式下的高速双电动机驱动方式也被用于增程行驶。”,但是仔细思考就能发现,增程模式下的“双电机驱动”与纯电动模式下的“双电机驱动”方式并不相同,这两种模式下发电/电动机的角色并不相同!

在电动模式下,发电/电动机与发动机没有任何连接,通过电池组供电,以电动机的形式驱动齿圈,与主电机恒星轮的转速产生叠加作用,共同推动行星齿轮架转动,将动力输出到前桥上。

而在增程模式下呢?我们要知道这个时候发动机与发电/电动机已经接合,发动机的动力带动发电/电动机的转子依靠电磁感应原理产生电能为蓄电池充电,提供主电动机的能源,这个时候的发电/电动机的身份是一台被动运转的发电机!

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也就是说,这种情况下,驱动行星齿圈的并不是发电/电动机,而是带动发电/电动机的转子旋转的1.4L的自然吸气发动机,通过两套离合器间接驱动行星齿圈,这难道不算机械连接吗?官方回复中第二点所说的“并无直接性机械联系”,如果使用的是从依靠摩擦传导动力的离合器,加上刚性的发电机转子,怎么能不是机械联系?

当然,在这里,有一点需要说明的是,发动机在参与驱动的过程中并非主角,仅仅是一个助力的角色,要知道1.4L自然吸气发动机无论是功率还是扭矩输出都无法和111千瓦、368牛米的强劲主电动机比拟。

发动机无法直接驱动车辆!

争论的另一个焦点是由发动机参与驱动引起的,部分媒体猜测Volt沃蓝达的发动机具备直接驱动车辆的能力,对此,通用在第一点回复中就明确写道:“如果没有主电动机提供的电力,Voltec电力驱动系统将无法运转;在主电动机无法正常运行的条件下,Voltec驱动系统中的增程型内燃发动机是无法单独驱动车辆运行的。”这话又是否经得住推敲呢?

在这个争论上,通用并没有撒谎,根据资料介绍,主电机连接的太阳轮并没有锁止装置,当主电机不工作时,其转子(太阳轮)便处于自由状态,根据行星齿轮机构的特性,处于自由状态的太阳轮和连接着驱动轴的行星齿轮架相比,阻力要小得多,我们几乎可以认为行星齿轮架相当于固定的状态,这时候,即使发动机驱动行星齿圈旋转,得到的结果也只能是带着太阳轮空转而已,根本无法把动力传输到行星齿轮架上。所以,发动机在主电机不运转的情况下根本无法向前桥输出动力,它并非普锐斯那样的并联混合动力车型,Volt的这台1.4L发动机无法独立驱动车辆行驶。

从这个角度上来讲,Volt确实是完全依赖电动机驱动的车辆。所以,关于通用官方的回复以及外媒的争论,我们能够给出的结论是:发动机确实参与了驱动(仅起助力作用),但是发动机不具备独立驱动车辆的能力。

那么,它究竟该归属于电动车?还是当做混合动力车型呢?下面我们可以一起来讨论。

话题和讨论

它是什么?

通用对Volt沃蓝达的定位为“增程型电动车”,这个说法其实并没有错,依靠发动机提供电能做的“增程”效果,将行驶里程从纯电动的最远约64公里延长至近500公里,实现了常规动力车型的续航里程,是一种非常灵活的概念,从理念上来说也是一个创新。

但是,如果涉及到“纯电动车”的概念,Volt的特性就不够匹配了,“纯电动车辆是以电为能源,由电动机驱动行驶的,不再产生新的污染...”从专家们对纯电动车的定义就不难看出,依然使用了传统石化燃料引擎的Volt并不能归到“纯电动车”的行列。如果将汽油机拆掉,Volt便能够成为名副其实的纯电动车。从目前Volt的特性上来分类,将其归为PHEV(插电式油电混合动力车型)似乎是最恰当的方式。

在我看来,沃蓝达确实是很特别的一个案例,和现在流行的常规发动机+启停装置/低功率电动机等弱混(或称轻混)模式刚好完全相反,发动机反而成为了陪衬,可以算是电动车当中的“轻混”车型。

期待拆解发现更多

仅凭借技术资料所做的分析和实物的拆解相比总是不够全面的,与科鲁兹出自同一平台的Volt异于常规轿车的动力系统和底盘布局所带来的实际驾乘感受以及它在经济性方面的表现都是我们期待能够亲身体验的。希望Volt沃蓝达2011年登陆中国时,能够带着这套先进的Voltec驱动模块来车168作客,让我们能够亲眼见识一番通用在新能源技术领域的技术结晶。







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