专利面前 看吉利如何PK丰田混动技术？

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来源：汽车之家
编辑：夏志猛

  在传统内燃机汽车追求8AT、9AT、10AT……越来越多挡位变速箱的时候，其实混合动力技术早已将传统变速箱丢掉一边了，在燃油经济性完爆内燃机的同时也实现了CVT变速箱一样的无级变速能力，其中最有代表性的便是丰田的混动技术。然而，作为中国品牌的吉利并不认为这是外国人的专属，这不，他们展示出了全新的混合动力技术……

● 合作者or竞争者？
　　在详细了解吉利如何PK丰田的技术前，我们先来聊聊它们背后的故事，没错，在混合动力技术背后他们还有着另外一层关系。
　　故事应该先从丰田普锐斯的镍氢电池说起。我们可以看到，即便是在锂电池成为主流的今天，丰田依然坚持镍氢电池的应用，比如最新的第四代普锐斯提供了锂电池组和镍氢电池组两种方案。而如今国产丰田混动车型的镍氢电池供应大多来自一家名为科力远的公司。

　　2011年，不断壮大的科力远公司在日本收购了松下旗下的湘南电池工厂，这家电池工厂是给第一代普锐斯提供电池的企业。而2014年的第一天，吉利汽车与科力远宣布了“在一起”，成立新公司共同研发CHS（China Hybrid System）混合动力技术平台，它具备一定的扩展性，可以为油电混合动力（HEV）和插电式混合动力（PHEV）车型等提供总成技术。吉利占股49%，科力远占股51%，所以对丰田供应商科力远来说，这是在做一件挑战自己甲方的事情！虽然吉利与科力远研发的CHS混动技术离量产还差上一步，但丰田与科力远这两个合作伙伴显然也走上了技术竞争的道路。

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● 丰田的混动技术到底牛在哪？
　　我们知道丰田识最早研究混合动力技术的厂商，在1997年第一个量产了油电混合动力汽车——普锐斯。随着丰田的混合动力技术不断积累，其能够实现无级变速的E-CVT技术也日趋成熟。

　　「取消了传统变速箱？」当我们抛开丰田的这套混合动力总成后，你会发生它的机械机构没有我们想象的那么复杂，而且相对于传统内燃机车型来说，其动力总成体积并没有太大差别。这套系统主要由发动机、两台电动机和一套行星齿轮组等构成。虽然传统变速箱结构不见了，但却能和CVT变速箱一样能够实现无级变速，所以丰田称这套系统为E-CVT无级变速机构。

　　「没有传统变速箱怎么变速？」丰田混合动力的核心就在于这套行星齿轮的动力耦合原理，最终通过齿圈将动力输出到主减速器以及车轮。其中，电动机1除了发挥起动机和发电机的作用外，还能通过与之相连的太阳轮起到调速器的功能，从而实现了无级变速功能。

　　其实，丰田的E-CVT在结构原理上来说并不复杂，而其难点在于这套混合动力系统的控制逻辑设计，例如何时启用纯电模式、何时发动机介入进行混合驱动、何时为电池组充电以及扭矩如何分配等等。如果在任何一个工况下的控制逻辑出现问题，丰田便无法实现混合动力所追求的节能性，即便是第四代普锐斯上代号为2ZR-FXE的1.8L发动机已经达到了40%的燃油热效率。因此，丰田能够实现这样的混动技术完全得益于其近20年丰富的技术积累。

　　值得一提的是，任何一个厂家想要在混合动力结构上直接COPY丰田的E-CVT技术是不可能的，因为它早已被丰田申请为自己专利技术。那么吉利又如何追赶丰田的混合动力技术呢？

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● 吉利为规避丰田混动技术专利煞费苦心，为什么？

从目前国内的新能源发展来看，由于国内充电桩系统还不够完善，纯电动车的续航里程问题一直饱受诟病，所以吉利必须要具备混动车型技术研发的能力，打造混动便成为了他们一个重要发展方向。

　　既然打造与丰田类似的混动技术门槛如此高，那吉利又为何还要基于行星齿轮组来研发混动技术呢？原因是吉利看中这种混动结构相比依靠离合器介入电动机扭矩的混动结构（例如现代索纳塔九搭载的混动技术）在整体效能上要更具有优势；另外，通过行星齿轮耦合发动机与电动机的方式不会产生顿挫感，能够实现无级变速。
　　因此，他找到了上述所说的电池技术专家科力远公司进行合作，依靠科力远在电池技术和电池系统能量管理方面的优势开始了混合动力系统的研发。

　　除此之外，我们在国家专利局的网站上看到了吉利申请了这样一个专利，简单的说其本质上与丰田的混合动力没有太大的区别，而唯一的特点是吉利通过一套双排行星齿轮组（丰田的动力分配机构为普通单排行星齿轮组）以及离合器的增加，绕过了丰田的技术专利。

　　吉利与科力远研发的CHS混动技术由一台发动机、两台电动机、一套双排行星齿轮组以及多部离合器等构成，相比丰田的E-CVT结构在零部件数量上要更多一些，结构变得更复杂。

　　「CHS混动技术有什么优势？」相对丰田的E-CVT技术，吉利与科力远合作研发的CHS混动技术在结构上更加复杂。由此带来的优势是双排行星齿轮组和锁止离合器的加入让混动系统的控制模式更为自由，从而降低了对发动机和电动机的耦合控制的难度。另外，双排行星齿轮相比单排行星齿轮在齿比范围上更为宽广，能够一定程度上降低对电动机的转速要求。同时，缺点也较为明显，即结构复杂度增加后带来的可靠性和耐久性考验则会成倍地加大。

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● CHS混合动力系统如何驱动车辆？
1、纯电动阶段
　　在起步阶段，搭载这套混动系统的车型将完全化身为纯电动汽车，此时推动车辆起步的动力完全来自于一台电动机，发挥了纯电驱动在经济性上的优势。

　　电动机1通过行星齿轮组带动减速齿轮，然后带动车辆行驶。此时由于发动机与行星齿轮组之间的额离合器是断开的，所以也就免去了因发动机倒拖导致的能量消耗。在汽车起步之后，想要行星齿轮组的齿圈向外无级地输出的动力，那么起到调速作用的电动机2就必须出场了，通过它改变行星轮与齿圈间传动比，从而实现了无级变速功能。另外，车辆的前进和倒车也是依靠电动机2的正反转来决定的。

2、混合动力驱动阶段
　　一方面由于电动机1的调速范围有限，所以纯电模式下车辆不可能达到较高的车速，另一方面为了弥补此时的扭矩不足，所当车辆行驶到一定速度后就不得不呼唤发动机开始干活了。我们知道对于普通的内燃机车型来说，想要让车辆行驶起来，第一步就是要依靠起动机来拖动发动机的曲轴旋转起来，然后再点火使发动机工作，而对于这套混合动力系统来说则完全不同。

- 如何在行驶过程中起动发动机？
　　在行驶过程中起调速作用的电动机2又能挥它的另一项关键作用——起动机。通过液压控制系统将发动机与双排行星齿轮之间的离合器啮合，将双排行星齿轮与电动机1之间的锁止离合器释放，发动机便通过与之连接的行星架介入了行星齿轮组，此时，电动机1保持原来输出动力状态下，只需要电动机2的旋转便能够带动发动机工作，由纯电动转化成了混合驱动模式。

- 如何在行驶中为电池组充电？

　　发动机运转起来后，不仅能够进一步提高车速，而且根据行星齿轮的扭矩分配原理，在电池组电量不足时，一部分多余的扭矩还能够为电池组充电。没错，此时的电动机2又发挥了它的第三个职责——发电机。发动机不会随时都为电池充电，前提是发动机保持在燃油经济性最佳的转速区间里，额外的能量才会补充到电池组内。

- 如何在高速巡航状态提升经济性？
　　当车辆在高速续航时，为了提高这套系统的传动效率，位于电动机2右边的锁止离合器会将电动机2以及与之相连的太阳轮锁死，动力源仅由发动机和电动机1来提供，减少了系统中部分齿轮的运转，从而提高了机械效率。

3、制动能量回收阶段
　　在车辆减速制动时，这套混合动力系统会通过电动机1和电动机2共同将动能回收到电池组内。

　　另外，这套CHS混动系统理论上也能够在怠速状态下为电池组充电。原理是通过锁止离合器锁止行星齿轮中的太阳轮，发动机带动行星齿轮中的齿圈，齿圈驱动行星轮，从而转动与行星轮相连的电动机1，此时电动机1则变成了发电机为电池组充电了。

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● 总结

　　吉利对这套CHS混合动力技术平台的愿景是服务于所有中国品牌的汽车厂商，就像是这套混动系统的名字China Hybrid System一样，正是基于这样开放的心态，他们吸引来了其他的汽车厂商，例如2016年2月份，长安汽车公司发布了与吉利和科力远达成合作协议的公告。

　　当然，这套新的混合动力系统距离量产还有待考验，虽然从混合动力系统结构上来说，吉利和科力远绕开了丰田的技术专利，从理论上来说在功能和效能上可以与丰田一较高下，但前提是吉利的发动机技术能够跟上，而不拖整体燃油经济性的后腿，诸如丰田通过废气再循环（EGR）、阿特金森循环技术等能够将汽油发动机的热效率提升到40%。另外，虽然通过增加机械部件，可以一定程度上降低混动系统的控制难度，但随之而来的可靠性、耐久性问题当然也不容小觑。总之，吉利在混合动力技术迈出的这一步非常值得我们赞赏，未来仍需继续努力。（汽车之家 文/夏志猛 图/唐朝）