專利面前 看吉利如何PK豐田混動技術？

在傳統(tǒng)內燃機汽車追求8AT、9AT、10AT……越來越多擋位變速箱的時候，其實混合動力技術早已將傳統(tǒng)變速箱丟掉一邊了，在燃油經濟性完爆內燃機的同時也實現了CVT變速箱一樣的無級變速能力，其中最有代表性的便是豐田的混動技術。然而，作為中國品牌的吉利并不認為這是外國人的專屬，這不，他們展示出了全新的混合動力技術……

●合作者or競爭者？

在詳細了解吉利如何PK豐田的技術前，我們先來聊聊它們背后的故事，沒錯，在混合動力技術背后他們還有著另外一層關系。

故事應該先從豐田普銳斯的鎳氫電池說起。我們可以看到，即便是在鋰電池成為主流的今天，豐田依然堅持鎳氫電池的應用，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。而如今國產豐田混動車型的鎳氫電池供應大多來自一家名為科力遠的公司。

2011年，不斷壯大的科力遠公司在日本收購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，吉利汽車與科力遠宣布了“在一起”，成立新公司共同研發(fā)CHS（China Hybrid System）混合動力技術平臺，它具備一定的擴展性，可以為油電混合動力（HEV）和插電式混合動力（PHEV）車型等提供總成技術。吉利占股49%，科力遠占股51%，所以對豐田供應商科力遠來說，這是在做一件挑戰(zhàn)自己甲方的事情！雖然吉利與科力遠研發(fā)的CHS混動技術離量產還差上一步，但豐田與科力遠這兩個合作伙伴顯然也走上了技術競爭的道路。

●豐田的混動技術到底牛在哪？

我們知道豐田識最早研究混合動力技術的廠商，在1997年第一個量產了油電混合動力汽車——普銳斯。隨著豐田的混合動力技術不斷積累，其能夠實現無級變速的E-CVT技術也日趨成熟。

「取消了傳統(tǒng)變速箱？」當我們拋開豐田的這套混合動力總成后，你會發(fā)生它的機械機構沒有我們想象的那么復雜，而且相對于傳統(tǒng)內燃機車型來說，其動力總成體積并沒有太大差別。這套系統(tǒng)主要由發(fā)動機、兩臺電動機和一套行星齒輪組等構成。雖然傳統(tǒng)變速箱結構不見了，但卻能和CVT變速箱一樣能夠實現無級變速，所以豐田稱這套系統(tǒng)為E-CVT無級變速機構。

「沒有傳統(tǒng)變速箱怎么變速？」豐田混合動力的核心就在于這套行星齒輪的動力耦合原理，最終通過齒圈將動力輸出到主減速器以及車輪。其中，電動機1除了發(fā)揮起動機和發(fā)電機的作用外，還能通過與之相連的太陽輪起到調速器的功能，從而實現了無級變速功能。

其實，豐田的E-CVT在結構原理上來說并不復雜，而其難點在于這套混合動力系統(tǒng)的控制邏輯設計，例如何時啟用純電模式、何時發(fā)動機介入進行混合驅動、何時為電池組充電以及扭矩如何分配等等。如果在任何一個工況下的控制邏輯出現問題，豐田便無法實現混合動力所追求的節(jié)能性，即便是第四代普銳斯上代號為2ZR-FXE的1.8L發(fā)動機已經達到了40%的燃油熱效率。因此，豐田能夠實現這樣的混動技術完全得益于其近20年豐富的技術積累。

值得一提的是，任何一個廠家想要在混合動力結構上直接COPY豐田的E-CVT技術是不可能的，因為它早已被豐田申請為自己專利技術。那么吉利又如何追趕豐田的混合動力技術呢？

●吉利為規(guī)避豐田混動技術專利煞費苦心，為什么？

從目前國內的新能源發(fā)展來看，由于國內充電樁系統(tǒng)還不夠完善，純電動車的續(xù)航里程問題一直飽受詬病，所以吉利必須要具備混動車型技術研發(fā)的能力，打造混動便成為了他們一個重要發(fā)展方向。

既然打造與豐田類似的混動技術門檻如此高，那吉利又為何還要基于行星齒輪組來研發(fā)混動技術呢？原因是吉利看中這種混動結構相比依靠離合器介入電動機扭矩的混動結構（例如現代索納塔九搭載的混動技術）在整體效能上要更具有優(yōu)勢；另外，通過行星齒輪耦合發(fā)動機與電動機的方式不會產生頓挫感，能夠實現無級變速。

因此，他找到了上述所說的電池技術專家科力遠公司進行合作，依靠科力遠在電池技術和電池系統(tǒng)能量管理方面的優(yōu)勢開始了混合動力系統(tǒng)的研發(fā)。

除此之外，我們在國家專利局的網站上看到了吉利申請了這樣一個專利，簡單的說其本質上與豐田的混合動力沒有太大的區(qū)別，而唯一的特點是吉利通過一套雙排行星齒輪組（豐田的動力分配機構為普通單排行星齒輪組）以及離合器的增加，繞過了豐田的技術專利。

吉利與科力遠研發(fā)的CHS混動技術由一臺發(fā)動機、兩臺電動機、一套雙排行星齒輪組以及多部離合器等構成，相比豐田的E-CVT結構在零部件數量上要更多一些，結構變得更復雜。

「CHS混動技術有什么優(yōu)勢？」相對豐田的E-CVT技術，吉利與科力遠合作研發(fā)的CHS混動技術在結構上更加復雜。由此帶來的優(yōu)勢是雙排行星齒輪組和鎖止離合器的加入讓混動系統(tǒng)的控制模式更為自由，從而降低了對發(fā)動機和電動機的耦合控制的難度。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電動機的轉速要求。同時，缺點也較為明顯，即結構復雜度增加后帶來的可靠性和耐久性考驗則會成倍地加大。

●CHS混合動力系統(tǒng)如何驅動車輛？

1、純電動階段

在起步階段，搭載這套混動系統(tǒng)的車型將完全化身為純電動汽車，此時推動車輛起步的動力完全來自于一臺電動機，發(fā)揮了純電驅動在經濟性上的優(yōu)勢。

電動機1通過行星齒輪組帶動減速齒輪，然后帶動車輛行駛。此時由于發(fā)動機與行星齒輪組之間的額離合器是斷開的，所以也就免去了因發(fā)動機倒拖導致的能量消耗。在汽車起步之后，想要行星齒輪組的齒圈向外無級地輸出的動力，那么起到調速作用的電動機2就必須出場了，通過它改變行星輪與齒圈間傳動比，從而實現了無級變速功能。另外，車輛的前進和倒車也是依靠電動機2的正反轉來決定的。

2、混合動力驅動階段

一方面由于電動機1的調速范圍有限，所以純電模式下車輛不可能達到較高的車速，另一方面為了彌補此時的扭矩不足，所當車輛行駛到一定速度后就不得不呼喚發(fā)動機開始干活了。我們知道對于普通的內燃機車型來說，想要讓車輛行駛起來，第一步就是要依靠起動機來拖動發(fā)動機的曲軸旋轉起來，然后再點火使發(fā)動機工作，而對于這套混合動力系統(tǒng)來說則完全不同。

-如何在行駛過程中起動發(fā)動機？

在行駛過程中起調速作用的電動機2又能揮它的另一項關鍵作用——起動機。通過液壓控制系統(tǒng)將發(fā)動機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機1之間的鎖止離合器釋放，發(fā)動機便通過與之連接的行星架介入了行星齒輪組，此時，電動機1保持原來輸出動力狀態(tài)下，只需要電動機2的旋轉便能夠帶動發(fā)動機工作，由純電動轉化成了混合驅動模式。

-如何在行駛中為電池組充電？

發(fā)動機運轉起來后，不僅能夠進一步提高車速，而且根據行星齒輪的扭矩分配原理，在電池組電量不足時，一部分多余的扭矩還能夠為電池組充電。沒錯，此時的電動機2又發(fā)揮了它的第三個職責——發(fā)電機。發(fā)動機不會隨時都為電池充電，前提是發(fā)動機保持在燃油經濟性最佳的轉速區(qū)間里，額外的能量才會補充到電池組內。

-如何在高速巡航狀態(tài)提升經濟性？

當車輛在高速續(xù)航時，為了提高這套系統(tǒng)的傳動效率，位于電動機2右邊的鎖止離合器會將電動機2以及與之相連的太陽輪鎖死，動力源僅由發(fā)動機和電動機1來提供，減少了系統(tǒng)中部分齒輪的運轉，從而提高了機械效率。

3、制動能量回收階段

在車輛減速制動時，這套混合動力系統(tǒng)會通過電動機1和電動機2共同將動能回收到電池組內。

另外，這套CHS混動系統(tǒng)理論上也能夠在怠速狀態(tài)下為電池組充電。原理是通過鎖止離合器鎖止行星齒輪中的太陽輪，發(fā)動機帶動行星齒輪中的齒圈，齒圈驅動行星輪，從而轉動與行星輪相連的電動機1，此時電動機1則變成了發(fā)電機為電池組充電了。

●總結

吉利對這套CHS混合動力技術平臺的愿景是服務于所有中國品牌的汽車廠商，就像是這套混動系統(tǒng)的名字China Hybrid System一樣，正是基于這樣開放的心態(tài)，他們吸引來了其他的汽車廠商，例如2016年2月份，長安汽車公司發(fā)布了與吉利和科力遠達成合作協(xié)議的公告。

當然，這套新的混合動力系統(tǒng)距離量產還有待考驗，雖然從混合動力系統(tǒng)結構上來說，吉利和科力遠繞開了豐田的技術專利，從理論上來說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)動機技術能夠跟上，而不拖整體燃油經濟性的后腿，諸如豐田通過廢氣再循環(huán)（EGR）、阿特金森循環(huán)技術等能夠將汽油發(fā)動機的熱效率提升到40%。另外，雖然通過增加機械部件，可以一定程度上降低混動系統(tǒng)的控制難度，但隨之而來的可靠性、耐久性問題當然也不容小覷?？傊?，吉利在混合動力技術邁出的這一步非常值得我們贊賞，未來仍需繼續(xù)努力。