功率分流式(Powersplit)混动系统(二):输入式功率分流

丰田普锐斯驾驶舱照片

图1: 丰田普锐斯驾驶舱 | 图片@Toyota

上篇里我们谈了功率分流系统的历史,这一篇里,我想来聊聊技术上的细节,谈谈这里有意思的事情。

功率分流混动系统根据其变速器的结构不同,有很多种形式,包括输入式(input split)、输出式(output split)和复合式(compound split)。各个形式都有各自有意思的地方,不同的整车厂也根据自己的车型和定位选择了不同的功率分流驱动系统。

虽然形式不同,但各个功率分流系统做的事都是把发动机的功率分为两个支流,分别传输到车轮上驱动汽车。这两个支流分别是机械功率流电功率流。你可能会问,发动机输出的功率为机械功率,为什么要多费劲把其中一部分变成电功率传输?上物理课时我们就学习了,把机械能转换为电能,之后再转换成机械能时必然有能量损失。就是说,我们把发动机的一部分功率转为电功率传输,白白降低了这一部分功率的传输效率。以上的考虑都很对,但是,功率分流系统很重要的一点就是,局部来看,一部分功率传递的效率变低,但是全局来看,混动系统的总体效率却提高了。

今天我们来看一看第一种功率分流系统:输入式功率分流系统,同时拿它来说一说为什么局部效率的降低导致了全局效率的提高。希望你看完这一篇文章,能有更好的理解。


功率分流式(Powersplit)混动系统(一)

在汽车界,提到功率分流式混动系统,第一想到的自然是丰田普锐斯。普锐斯系统对于汽车业界的意义可以与iPhone对手机业界的影响相媲美。普锐斯(1997年问世)和iPhone(2007年问世)的设计方案从发布以来不曾改变,可以说是从一开始就达到了完美。正是丰田,正是普锐斯,让功率分流系统在全球汽车业界达到今天的位置。

功率分流系统正如其名,就是将发动机功率分成几个支流,分别传输到车轮上。我们就要问了,怎么实现分流?这个,这就是变速器的任务了。变速器在功率分流系统中担当着核心的作用,按照变速器结构的不同,功率分流系统又可以分成输入式、输出式和复合式几种不同的形式。各个系统都有各自有意思的地方。

今天的第一篇中,暂不去讨论那些技术上的细节,我想聊聊功率分流式系统的故事。

来看看最早的功率分流系统

虽然说丰田普锐斯在今天最为出名,但是最早的功率分流系统应该归功于 Thompson Ramo Wooldridge Inc.(TRW)公司。1960年代,在阿波罗登月的时期,TRW的工程师研制出了第一款今天意义上的功率分流驱动系统。整个系统中包括一个发动机、两个电机和一个行星齿轮组。其中,一个电机用来调节发动机的转速,另一个电机用来对汽车的驱动扭矩进行调节。TRW系统在系统结构上与今天的丰田普锐斯系统稍稍有不同1,但原理一摸一样。

TRW公司研发的功率分流系统专利图

图1:TRW公司研发的功率分流系统专利图

今天,我们仍可以查到当时TRW公司申报的专利2。可惜的是,60年代的时候,连阿波罗登月飞船上的计算机都没法做大规模快速运算3,更别说真正意义上的车内用ECU了。那时候,驱动系统所有的控制都只能由机械或油压控制实现。发动机、电机的精密协同控制可以说是天方夜谭,因此,TRW的这个系统也只能束之高阁。


罗兰贝格:新能源汽车行业报告的是与非

罗兰贝格(Roland Berger)是全球领先的咨询公司中唯一一家德国公司,在汽车领域,罗兰贝格为众多的汽车主机厂和顶尖零件商提供咨询服务。随着新能源汽车的兴起,从几年前起,Roland Berger 每年对全球新能源汽车行业的发展进行评估,并发布评估结果报告。每次报告发布都会引起汽车行业内的讨论与报道。

罗兰贝格

              图片@Roland Berger

前几天,Roland Berger 2017年第一季度的新能源汽车行业报告 “E-Mobility Index Q1/20171出炉。报告将新能源汽车复杂错综的发展综合为科技、工业、市场三个指标,以此对当今此领域最为领先的七个国家(中国、美国、德国、法国、日本、韩国、意大利)做出评估。其中,科技指标体现该国汽车整车厂的科技水平及政府对研发的支持力度。工业指标体现该国在新能源汽车整车及零件生产中的价值提升程度。市场指标体现该国用户对新能源汽车的需求及新能源汽车市场的规模。


显卡公司NVIDIA侵占自动驾驶汽车市场

小时候喜欢玩电脑游戏,一个最新的显卡可以说是当时的梦想。有了好的显卡,那些做梦都想玩的游戏才有可能跑得起来。小时候考试成绩不错的时候我会赶紧求爸妈帮我买个显卡。NVIDIA 的显卡在那个时候就已经占了市场半边天。

这么多年过去了,争相去 NVIDIA 买“显卡”的人不再只是游戏一族,来得更多的是如大众、奥迪、博世这些顶尖汽车公司。吸引它们的不是游戏,而是自动驾驶技术

NVIDIA 公司的 Drive PX2,自动驾驶新秀

NVIDIA 公司的 Drive PX2 产品 集成了强大的计算能力以及最新的 deep learning 技术。

NVIDIA公司的Drive PX2产品

NVIDIA公司的Drive PX2产品 | 图片@Nvidia.com


自动驾驶汽车:破坏性创新

本文速读:

  • 大众总裁 Matthias Müller 关于自动驾驶汽车的一席话招来业内人士的批评。

  • 与其将汽车控制权拱手让给 Google 等软件公司,大众等汽车公司已开始学习如何实现自己的自动驾驶控制。

  • 大众数字化部门新任总监 Johann Jungwirth 正在集团内部大力推动自动驾驶。

  • 大众概念车 I.D. 体现了大众将来发展的方向,其中就包括了自动驾驶技术。

  • NVIDIA 这家显卡公司为自动驾驶提供了不寻常却高效的解决方式。

每次说到自动驾驶时,我都会想到大众总裁 Matthias Müller 说的那句话1

我一直有一个疑问:一个程序员怎么在程序里设定,在突发情况时,自动行驶汽车该向右闪避并撞上旁边的大卡车,还是向左闪避撞上旁边的小车?

Matthias Müller,这位在业内呼风唤雨的人物,把今天研究得火热的自动驾驶称为“完完全全的炒作2

今天与明天,你如何开车?

一百多年来,汽车公司安排着人们应该怎样操作汽车:方向盘 + 踏板。人们操作这个简单的系统时所体现的驾驶意图3 被汽车公司分析得精致入微,并实现得淋漓尽致。不得不说,传统汽车公司将这个事情做到了完美。而自动驾驶的兴起,意味着这个系统的淘汰。

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图1:获知驾驶意图后,(非自动行驶)汽车利用驱动、悬架等系统协调控制,精准地实现人们的驾驶意图 | 图片@obasic.net

当你把一件事做到完美时,你绝对不愿意失去它。自动行驶汽车里没有方向盘与踏板,汽车自行决定驾驶意图,“人与车交互”这个汽车公司最拿手的事情无从做起。

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