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。


新型汽车变速器 eCVT (一)

本文速读:

  • 随着混合动力汽车的兴起,一种新型混动变速器(eCVT)成为了业界内的新研究重点。

  • 美国的通用与日本的丰田公司是这种新型混动变速器的先驱,并几乎瓜分了该领域的所有专利。

  • 自90年代末至今,两家公司分别推出了多款划时代的产品,极大地影响了汽车行业的走向。

对于绝大多数人来说,变速器无非是车里的那个换挡杆。
对于工科出身的人,变速器意味着一大堆大大小小的齿轮。
对于汽车业内的工科人,变速器是由各种弹簧、齿轮、轴承、阀门等构成的精密机器。

然而,不论是在业内还是业外,汽车变速器在人们心目中的形象仍然与十几年前一样,变速器仍然只是传统的纯机械部件。近几年混动汽车崛起,变速器是在混动化中变革最为深刻的部件

丰田普锐斯第三代

图1:丰田普锐斯第三代 | 图片@Auto Bild

上个月在美国底特律的一个汽车展会上与一个展商聊天。该公司主要生产双离合变速器(DCT)及自动变速器(AT)内的弹簧。这些变速器专业人士,对变速器的电气化仍然很陌生。对变速器内如何嵌入电动机,及由此对变速器及驱动系统带来的影响了解甚少。这一点很让我惊讶。

与一些展商聊下来,给我的感觉是,各个零部件生产厂商都普遍专注于各自的传统产品,对于其他产品或是整个驱动系统缺乏整体的认识和技术更新。这应该是任何一个行业内都普遍存在的现象。

变速器电动化其实早已开始,各类电动化的变速器早已投产,各种新型的变速器方案也正在加紧研发。这中间,业界内最新的发展动向为 eCVT 变速器


汽车变速器的角色变迁(二):混合动力汽车的兴起

本文速读:

  • 以发动机为中心的传统汽车中,变速器依靠档位的控制,负责转换扭矩与转速,服务于发动机。

  • 从90年代2000年代,变速器的研发工作围绕于换挡质量、变速器效率以及档位数量提升。

  • 全球各国的油耗及排放法规日益严格,混合动力成为必经之路。

  • 1997年,丰田公司推出全球第一辆量产混合动力汽车——普锐斯。

  • 2010年,通用推出雪弗兰沃蓝达,其变速器内装配有2个电动机。混合动力的应用,使得该车能提供多种驾驶模式,降低油耗与排放。

  • 第二次变迁将使变速器成为驱动系统动力分配的决策者。

每年的4月底或是5月初的时候,欧美汽车行业的领军人物,例如大众总裁马丁 • 文恩德(Martin Winterkorn)、欧洲的发动机教父 Fritz Indra 教授、宝马技术研发总监 Klaus Fröhlich 等等,都齐聚奥地利维也纳的霍夫堡皇宫(Wiener Hofburg),参加每年一度的维也纳发动机峰会(Wiener Motorensymposium)。

奥地利维也纳的霍夫堡皇宫,每年维也纳发动机峰都在这里举行

奥地利维也纳的霍夫堡皇宫,每年维也纳发动机峰都在这里举行 | 图片@Wiener Hofburg

既然是发动机峰会,会议的议题理所当然都以发动机的发展为主。2002年的会议资料还能在网上读到。看看这13年前的资料你会发现,会议上大部分的报告主题都围绕着发动机增压、尾气处理、燃油直喷技术等进行,偶尔零星的报告里,你也能发现一点汽车变速器的影子。


汽车整车厂与供应商的价格之争(一)

本文速读:

  • 2014年至2018年,大众品牌将缩减支出50亿欧元。

  • 今天,大众品牌的利润率仅为丰田的1/3。为了实现“2018战略”,超越丰田,大众不得不迅速降低造车成本。

  • 除了采用模块化平台外,大众等众多整车厂也致力于压低零件采购价格,以降低整车成本。

  • 在整车厂对供应商的价格施压中,合法及不合法的方式并存。

大概从4年前起我一直坚持每周读汽车业界的新闻。如果新闻有保存价值的话,我会把它们记录在我的OneNote里面以方便以后查找。

这些新闻首先包括新的汽车技术和产品,此外,我也喜欢读汽车市场方面的消息,特别是各个公司的动态,例如公司的决策、兼并、合作等。

大众2014年的决定

大众公司(Volkswagen)的削减支出措施(Sparmaßnahmen)去年我在新闻里面读到时,并没有想太多。当时宝马(BMW)等一些公司都在对公司的财政管理进行调整,大众公司的新闻存下来就没再想它。

但是半年多来,无论是在与大众同事的直接交流,还是与汽车行业其他公司的交流中,我都能感受到大众公司的这个决策对德国北部汽车行业中很多公司造成了不同程度的影响。除去公司项目不论,单看大众公司在许多部门的全面停招,我都已经在周围的(在职和即将毕业的)朋友身上感受到由此带来的变化。

大众集团总裁马丁 • 文德恩

大众集团总裁 Martin Winterkorn | 图片@WirtschaftsBlatt

往回看半年,2014年7月14日,大众总裁马丁 • 文德恩(Martin Winterkorn)召集大众总部1000多名管理层人员,并通过视频接通大众52个分部,向大众品牌(Volkswagen Marke)的所有管理层人员传达一个消息:

至2018年,大众品牌缩减支出50亿欧元,各管理层必须采取各种措施实现这个目标1