在這篇文章中，我們將探討不同輕混系統(tǒng)的構(gòu)型差異，研究汽車不同裝配位置上電機(jī)驅(qū)動(dòng)的控制功能可行性以及燃油經(jīng)濟(jì)性和操控性的優(yōu)缺點(diǎn)。
閱讀下面的內(nèi)容，讓我們回憶混動(dòng)汽車不同的類型和是哪些部件構(gòu)成了輕混系統(tǒng)：
理解微混、輕混、全混和插混車輛
輕混電動(dòng)（MHEV）車輛介紹
通過構(gòu)型、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和配置，我們理解汽車上混動(dòng)系統(tǒng)主要部件的位置。
由于電氣系統(tǒng)與車輛其余部分之間的唯一機(jī)械連接是通過電機(jī)完成的，因此MHEV架構(gòu)基本上由電機(jī)的位置和與動(dòng)力系統(tǒng)/傳動(dòng)系的連接類型（皮帶、起動(dòng)機(jī)或齒輪嚙合）來定義。
由于以下原因，對于微混架構(gòu)來說，48V電氣系統(tǒng)已經(jīng)變成了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：
相對容易集成到現(xiàn)有車型平臺(tái)上
模塊化、安全和空間緊湊
輕混系統(tǒng)部件占用空間相對較小，所以系統(tǒng)增加的重量是可控的
從成本來說，燃油經(jīng)濟(jì)性和扭矩倍增性的改善是有競爭力的
除了曲軸前端直接安裝起動(dòng)機(jī)（本田IMA和梅賽德斯奔馳BlueHybrid），在這篇文章中提到的所有輕混系統(tǒng)都是基于48V系統(tǒng)。
在如下幾個(gè)方面，輕混系統(tǒng)的動(dòng)力構(gòu)型顯著地影響了汽車的特性和特征：
集成成本
燃油經(jīng)濟(jì)性
動(dòng)力表現(xiàn)（動(dòng)力系統(tǒng)扭矩改善情況）
主機(jī)廠和一級供應(yīng)商目前分析和評估了輕混系統(tǒng)的幾種主要構(gòu)型。
相對其他部件，依據(jù)電機(jī)的不同位置，可以劃分為5個(gè)主要位置：
▲MHEV 輕混動(dòng)力系統(tǒng)5種構(gòu)型
下表簡單描述了電機(jī)不同連接點(diǎn)而形成的不同構(gòu)型：
P0電機(jī)通過皮帶連接內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)其他附件(FEAD)
P1電機(jī)直接連接到內(nèi)燃機(jī)曲軸上
P2電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)或變速箱間接連接（通過皮帶）或直接集成，電機(jī)和內(nèi)燃機(jī)解耦并和內(nèi)燃機(jī)有相同或轉(zhuǎn)速的倍數(shù)
P3電機(jī)通過齒輪嚙合與變速器連接，電機(jī)與內(nèi)燃機(jī)完全解耦，且電機(jī)轉(zhuǎn)速是車輪轉(zhuǎn)速的倍數(shù)
P4電機(jī)通過齒輪嚙合在后橋上連接，電機(jī)與內(nèi)燃機(jī)完全解耦，電機(jī)固定在后橋上或者固定在輪轂中
需要注意的是，P0和P1的電機(jī)不能與內(nèi)燃機(jī)斷開；而P2、P3和P4可以通過離合機(jī)構(gòu)與內(nèi)燃機(jī)斷開。
皮帶輪發(fā)電起動(dòng)機(jī)構(gòu)型（P0）
大家都知道源于皮帶輪啟動(dòng)發(fā)電機(jī)的iBSG構(gòu)型，這種48V輕混拓?fù)湓诂F(xiàn)有車輛結(jié)構(gòu)上是影響有限、成本最低的方案。
在混動(dòng)技術(shù)應(yīng)用中，有兩個(gè)主要由成本驅(qū)動(dòng)的技術(shù)路線：對現(xiàn)有架構(gòu)影響最小的方案和高壓電池方案，為了使整合成本最小化，汽車和變速箱架構(gòu)需要按照現(xiàn)有車輛相同的方式被保留。
因此，最簡單、成本最低的方案是現(xiàn)存的皮帶輪驅(qū)動(dòng)、取代12V的48V方案。
▲P0架構(gòu)輕混啟動(dòng)發(fā)電一體機(jī)
在BSG的P0構(gòu)型中，內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)不能被分開，他們通過皮帶機(jī)械連接在一起。
因此，這個(gè)構(gòu)型的缺點(diǎn)之一就是當(dāng)電機(jī)發(fā)揮增加扭矩功能或者回收電能功能時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的摩擦阻力會(huì)損失掉一部分電機(jī)功率。
BSG構(gòu)型輕混的技術(shù)特征總結(jié)在下表中：
電機(jī)參數(shù)最大扭矩： up to 50 Nm
最大功率： 12 … 14 kW
持續(xù)功率：2.5 … 3.5 kW
效率：up to 85%
燃油經(jīng)濟(jì)性提升NEDC：10 … 12 %
WLTP：7 … 9 %
混動(dòng)模式（功能）空轉(zhuǎn)啟停
動(dòng)啟停
發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷變化
扭矩輔助
扭矩倍增
滑行
能量回收
制動(dòng)能量回收
優(yōu)勢集成成本低
電機(jī)空冷或液冷
整體式逆變器（帶電機(jī)）
電機(jī)接口模塊化
電機(jī)與ICE之間的速度/扭矩比可能會(huì)降低電機(jī)的功率需求
劣勢皮帶輪驅(qū)動(dòng)的扭矩容量有限
曲軸不能解耦影響能量回收
總體特征
扭矩提升能力:中等(受皮帶滑移限制，耐用)
電能回收：較少(因發(fā)動(dòng)機(jī)損耗)
駕駛性能改進(jìn):中等(由于扭矩提升有限)
純電驅(qū)動(dòng)：無法實(shí)現(xiàn) (由于扭矩和皮帶驅(qū)動(dòng)有限)
簡單的組件集成，對其他組件的影響有限
系統(tǒng)效率:中等(主要由于FEAD上的皮帶驅(qū)動(dòng)集成)
iBSG MHEV結(jié)構(gòu)對前端輔助驅(qū)動(dòng)(FEAD)的設(shè)計(jì)有著重要的影響。皮帶的耐久性需要提高，以維持更高的扭矩和更多的發(fā)動(dòng)機(jī)開關(guān)周期。
可變皮帶張力必須提供:
通過曲軸增加扭矩(從電機(jī)到發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩)
在能量回收過程中增加張力(從發(fā)動(dòng)機(jī)到電機(jī)的扭矩)
減少正常行駛時(shí)的張力(以減少摩擦損失)
發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲、振動(dòng)和粗糙度(NVH)以及發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸主軸承的耐久性也受到很大的影響。
目前，所有48V B SG MHEV系統(tǒng)仍然使用12V起動(dòng)機(jī)。原因是冷啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是發(fā)動(dòng)機(jī)長時(shí)間不啟動(dòng)后，需要高電機(jī)轉(zhuǎn)矩(由于發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦大)。
這是對BiSG的一個(gè)限制，因?yàn)榭梢詡鬏數(shù)呐ぞ亓渴芷Щ频南拗?。改進(jìn)FEAD皮帶設(shè)計(jì)，增加耐用性，12V啟動(dòng)器可取消、48V電機(jī)可執(zhí)行全部功能。
MHEV的一個(gè)例子是新型奧迪A8，它采用48V的電力系統(tǒng)。
▲Audi A8 48V MHEV
DC/DC轉(zhuǎn)換器
低壓電池（12V）
高壓電池（48V）
48V皮帶輪起動(dòng)機(jī)
3.0TFSI內(nèi)燃機(jī)
還有大量的一級供應(yīng)商，他們可以提供48V P0輕型混合動(dòng)力系統(tǒng)，準(zhǔn)備集成到汽車應(yīng)用中。
法雷奧48V輕混系統(tǒng)
▲法雷奧48V輕混系統(tǒng)構(gòu)成
動(dòng)力控制單元PCU
14V電池傳感器
集成8-12kW/5Nm峰值數(shù)據(jù)的BSG電機(jī)和控制器
DC/DC轉(zhuǎn)換器，60V/12V，5kW
48V電池，200 – 600 kJ
博世48V輕混系統(tǒng)
▲博世48V輕混系統(tǒng)和能量回收系統(tǒng)部件構(gòu)成
12V低壓電池
DC/DC轉(zhuǎn)換器
起動(dòng)發(fā)電一體機(jī)
48V高壓電池
大陸48V輕混系統(tǒng)
▲德爾福48V輕混系統(tǒng)
控制器和電機(jī)二合一系統(tǒng)
DC/DC轉(zhuǎn)換器（48V/12V）
鋰電池
德爾福48V輕混系統(tǒng)
▲德爾福第二代48V輕混系統(tǒng)
48V輔助系統(tǒng)：
電機(jī)/發(fā)電機(jī)：停車、啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，為車輪提供動(dòng)力;之后，它會(huì)在剎車時(shí)給電池充電
E-charger(電動(dòng)空壓機(jī))：在遠(yuǎn)離停車的情況下提供升壓，補(bǔ)充排氣渦輪增壓器，消除渦輪滯后
48 V系統(tǒng)：
48伏逆變器:將直流電池電流轉(zhuǎn)換為交流電流，為電機(jī)供電
48伏鋰離子電池:儲(chǔ)存制動(dòng)過程中再生的能量，用于以后的車輛動(dòng)力
電池控制器:調(diào)節(jié)電池的充電狀態(tài)
配電箱:內(nèi)置保險(xiǎn)絲
12V系統(tǒng)：
DC/DC轉(zhuǎn)換器：將48伏轉(zhuǎn)換為12伏
12伏電池：你的老朋友，但更小
12伏配電中心：為中央控制臺(tái)、座椅和窗戶以及其他12伏設(shè)備供電
48V P0微型混合架構(gòu)是汽車制造商采用的主流技術(shù)，因?yàn)樗Y(jié)合了相對較低的集成成本和可觀的CO2減排和動(dòng)態(tài)性能提升效益。
曲軸固聯(lián)電機(jī)（P1）
P1的結(jié)構(gòu)是將電機(jī)直接連接到曲軸上，這是本田在他們的第一代集成電機(jī)輔助 Integrated Motor Assist（IMA）技術(shù)中采用的解決方案。
電動(dòng)機(jī)在車輛減速時(shí)起發(fā)電機(jī)的作用，在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)起發(fā)動(dòng)機(jī)的作用，在車輛加速時(shí)起電動(dòng)機(jī)(輔助發(fā)動(dòng)機(jī))的作用。
▲輕混P1架構(gòu)：集成式起動(dòng)和發(fā)電電機(jī)ISG
這種解決方案最大的優(yōu)點(diǎn)之一是，電機(jī)可以提供比BiSG更高的扭矩，因?yàn)闆]有皮帶限制(由于滑動(dòng))。
但是由于電機(jī)與曲軸之間沒有轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩比，所以對電機(jī)的轉(zhuǎn)矩要求是比較高的。
P1 MHEV 輕混架構(gòu)的兩個(gè)應(yīng)用實(shí)例：
本田Insight混合動(dòng)力2009(集成馬達(dá)輔助技術(shù))
奔馳S400藍(lán)混合動(dòng)力2010
▲本田集成電機(jī)輔助(IMA)的輕型混合動(dòng)力系統(tǒng)
例如，本田Insight 2009輕型混合動(dòng)力系統(tǒng)曲軸電機(jī)的主要特點(diǎn)總結(jié)如下表：
電機(jī)參數(shù)曲軸端最大扭矩： 34 Nm
峰值功率：10 kW
最高效率：94%
混動(dòng)模式
（功能）
空轉(zhuǎn)停轉(zhuǎn)
動(dòng)停起動(dòng)
發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷變化
轉(zhuǎn)矩協(xié)助(填充)
轉(zhuǎn)矩提升
慣性滑行
能量回收
制動(dòng)再生
優(yōu)勢效率較高
12V啟動(dòng)器可以拆卸
劣勢輸出扭矩被電機(jī)尺寸所限制
受發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦損失影響的能量回收
對現(xiàn)有車輛架構(gòu)的影響很大
電子元件整體成本較高
電機(jī)不可能進(jìn)行空氣冷卻
總體特征
扭矩提升能力：高(如果電機(jī)有能力)
電能回收：中等(因發(fā)動(dòng)機(jī)損耗)
傳動(dòng)性能改善：中等(取決于電機(jī)的扭矩能力)
電氣蠕變/驅(qū)動(dòng)：可能(取決于e-machine的扭矩能力)
包絡(luò)空間：困難的組件集成(為該體系結(jié)構(gòu)專門設(shè)計(jì)的動(dòng)力總成)
系統(tǒng)效率：高(無齒輪嚙合或皮帶損耗)
▲梅賽德斯-奔馳 S400 BlueHybrid (MHEV)
與P0相比，P1輕型混合架構(gòu)的主要優(yōu)勢是去掉了皮帶傳動(dòng)。這意味著效率提高了一點(diǎn)(沒有更多的皮帶損耗)，電機(jī)扭矩在振幅和響應(yīng)方面可以更高(沒有更多的皮帶滑移)。
這種輕型的混合拓?fù)渌鶊?zhí)行的功能(模式)與BiSG (P0)類似，但是，總體而言，P1配置有兩大缺點(diǎn)：成本更高、對現(xiàn)有車輛架構(gòu)的影響更大。
因此，汽車制造商和系統(tǒng)供應(yīng)商沒有意愿發(fā)展這種曲軸安裝一體化啟動(dòng)發(fā)電機(jī)解決方案的MHEV應(yīng)用。
傳動(dòng)系側(cè)電機(jī)MHEV架構(gòu)
P0和P1兩種輕型的混合動(dòng)力構(gòu)型配置都在發(fā)動(dòng)機(jī)一側(cè)安裝了電機(jī)，不存在機(jī)械斷開的可能性。
這使得扭矩提升和能量回收不是很有效，因?yàn)榕ぞ負(fù)p失。此外，在滑行過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉時(shí)回收電能是不可能的。
P2、P3、P4三種混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)在能量流效率方面更優(yōu)，主要是因?yàn)殡姍C(jī)的定位位置。
在這些類型的配置中，電機(jī)位于傳動(dòng)系連接裝置(離合器)之后，位于傳動(dòng)裝置的輸入軸(P2)上，位于傳動(dòng)裝置的輸出軸(P3)上，或位于后差速器(P4)上。
MHEV P2 architecture – side EM
MHEV P2 architecture – integrated EM
在P2配置中，電機(jī)可以側(cè)接在變速器上，通過皮帶連接，也可以集成在變速器上，通過齒輪嚙合連接。
P2架構(gòu)的主要優(yōu)勢是增加了能量回收潛力和額外的混合控制功能(電蠕變/驅(qū)動(dòng)或滑行過程中的能量回收)。
其主要缺點(diǎn)是集成成本較高。
▲MHEV P3 or P4 architecture
在P3中度混合結(jié)構(gòu)中，電機(jī)是附加在傳輸端、輸出軸端；在P4架構(gòu)中，電機(jī)安裝在后橋驅(qū)動(dòng)或輪轂上。
P3或P4拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是具有最高的能量回收潛力。與P0、P1和P2配置相比，當(dāng)傳動(dòng)系斷開時(shí)，在能量再生過程中不考慮發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)損失。
如果配備高扭矩電機(jī)，P3和P4結(jié)構(gòu)也具有電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式(蠕行)的潛力。P4的結(jié)構(gòu)賦予車輛四輪驅(qū)動(dòng)的能力，前橋由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)，后橋由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
由于電機(jī)位于傳動(dòng)系一側(cè)，對于任何P2、P3或P4結(jié)構(gòu)，為了實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的停車和啟動(dòng)，必須在發(fā)動(dòng)機(jī)一側(cè)安裝另一臺(tái)電機(jī)。該功能可以通過標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)起動(dòng)器(12v)或帶集成起動(dòng)器發(fā)電機(jī)(12v或48v)來實(shí)現(xiàn)。
下表總結(jié)了P2、P3和P4中度混合架構(gòu)的主要特征：
電機(jī)性能曲軸端最大扭矩：50 Nm
最大功率：21 kW
最高效率：95%
燃油效率NEDC：19 … 22 %
WLTP：14 … 16 %
混動(dòng)模式
（功能）
怠速停車和起動(dòng)(如果發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)增加電機(jī))
動(dòng)停啟動(dòng)(如發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)增加電機(jī))
發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷移位(通過道路)
轉(zhuǎn)矩協(xié)助(填充)
轉(zhuǎn)矩提升
滑行
能量回收
制動(dòng)再生
電驅(qū)動(dòng)(蠕行)
優(yōu)點(diǎn)高效率
純電驅(qū)動(dòng)
四輪/全輪驅(qū)動(dòng)（P4構(gòu)型）
缺點(diǎn)
發(fā)動(dòng)機(jī)停車和啟動(dòng)需要額外的電機(jī)
對現(xiàn)有車輛架構(gòu)的影響很大
電子元件整體成本較高
電機(jī)不可能進(jìn)行空氣冷卻
總體特征
扭矩提升能力：高(如果電機(jī)有能力)
電能回收：高(不受發(fā)動(dòng)機(jī)損失影響，部分受傳動(dòng)損失影響)
傳動(dòng)性能改善：中等(取決于電機(jī)的扭矩能力)
電氣蠕變/驅(qū)動(dòng)：可能(取決于e-machine的扭矩能力)
包絡(luò)空間：復(fù)雜的組件集成(為該體系結(jié)構(gòu)專門設(shè)計(jì)的動(dòng)力總成)
系統(tǒng)效率：高(僅齒輪嚙合損失)
格特拉克公司正在開發(fā)一種用于大扭矩混合動(dòng)力系統(tǒng)的集成電動(dòng)機(jī)雙離合器變速器。
例如，混合動(dòng)力變體6HDT451基于Getrag Powershift 6DCT451，并使用集成電機(jī)在新的NEDC測試中減少10%以上的二氧化碳排放。
該中度混合動(dòng)力變速箱6HDT451是為前橫向安裝的轎車和運(yùn)動(dòng)型多功能車(SUV)上。總扭矩高達(dá)450Nm，可同時(shí)協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的運(yùn)作。
Getrag Powershift傳動(dòng)箱6HDT451可以很容易地與全輪驅(qū)動(dòng)相結(jié)合，并保證啟動(dòng)/停止功能，無需額外的傳動(dòng)部件。
▲Getrag Hybrid Double Clutch Transmission
該變速箱集成了一個(gè)高速電機(jī)，具有如下特征：
通過改變電機(jī)的尺寸實(shí)現(xiàn)不同的性能，從中混到插混
電機(jī)功率26 - 65 kW(從中混到插混)
電機(jī)電壓在48 - 400V之間(從中混到插混)
法雷奧也致力于鞏固其在電氣系統(tǒng)領(lǐng)域的世界領(lǐng)先地位，并進(jìn)一步加快在該領(lǐng)域的擴(kuò)張。
Valeo公司的48V電力傳動(dòng)解決方案可以應(yīng)用于所有車型，包括汽油和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。它們特別適合城市轎車和緊湊型轎車，這是歐洲市場上最暢銷的汽車。
▲Valeo 48V Electric Rear Axle Drive (ERAD)
在2016年巴黎車展上，法雷奧推出了48V e4Sport輕型混合動(dòng)力系統(tǒng)，這是一種新的解決方案，旨在提高車輛的動(dòng)態(tài)性能，同時(shí)降低內(nèi)燃機(jī)的燃料消耗和二氧化碳排放。
該48v系統(tǒng)由以下幾個(gè)主要部分組成:
集成式皮帶啟動(dòng)發(fā)電機(jī)(BiSG)
電動(dòng)增壓器
電動(dòng)后橋驅(qū)動(dòng)(ERAD)
高壓電池(48V)
DC/DC變換器(48 - 12V)
48V e4Sport可回收最大制動(dòng)能量，并將其儲(chǔ)存在48V電池中，用于各種用途，如:
增加發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，通過啟動(dòng)發(fā)電機(jī)
使用電動(dòng)增壓器，在加速和升壓階段最大化發(fā)動(dòng)機(jī)功率
全電動(dòng)模式行駛，在低抓地力路面行駛時(shí)，通過后橋與48V eRAD連接，提高了性能，有效地將車輛轉(zhuǎn)化為四輪驅(qū)動(dòng)
MHEV系統(tǒng)正在不斷發(fā)展，朝著48V P4架構(gòu)發(fā)展，集成了電力增壓。
▲Valeo’s roadmap for 48V mild hybrid systems
關(guān)于MHEV架構(gòu)的小結(jié)：
汽車制造商推出的第一個(gè)輕型的混合動(dòng)力系統(tǒng)是P1，但它們目前正被P0、P3和P4所取代
MHEV的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是基于48V電力架構(gòu)
P0架構(gòu)是當(dāng)前最常用的輕型混合解決方案
由于在減少二氧化碳排放和提高效率方面的優(yōu)勢，市場正在向P4架構(gòu)發(fā)展
電力增壓將與大多數(shù)48V MHEV集成
微信群分享：
1、AVL 48V Mild Hybrid Systems.PDF
2、48-Volt-Electrical-Systems-Electric-Mobility-engl.PDF
3、Modeling-and-Controls-Development-of-48V-P0-Mild-Hybrid-Electric-Vehicles-SoDuk-Lee-US-EPA.PDF
4、Power Distribution Control Algorithm for Fuel Economy Optimization of 48V Mild Hybrid Vehicle.PDF
5、Ford-Transit-MHEV.PDF
6、2018 SAA Conference - K Riddell.PDF
7、48V Hybrid System from Semiconductor Perspective.PDF
