解读坦克500混动技术轻松驾驭绿色动力

　　Hi4-Z也在测试过程中。本文主要解析Hi4-Z混动系统，包括基础原理和主要的运行模式，因Hi4-Z混动系统相对复杂，本文将尽量以易懂的方式解析该系统，想要了解Hi4-Z混动系统的朋友还要耐心阅读。本文以坦克500 Hi4-Z动力系统为例进行分析。

　　先简单讲一下坦克500 Hi4-Z的动力架构和主要参数。坦克500 Hi4-Z采用2.0T混动专用发动机，P2+3DHT+P4的双电机动力架构，发动机、P2电机、3DHT通过一个核心的功率分流器连接在一起。坦克500 Hi4-Z的混动架构可以简单描述为：2.0T+离合器+P2+功率分流器+3DHT+P4。2.0T混动专用发动机上限功率185Kw，最大扭矩380Nm，热效率39.2%；P2电机上限功率215Kw，最大扭矩400Nm；P4电机上限功率240Kw，最大扭矩415Nm，P4电机配备两挡变速箱，其中一挡扭矩放大20倍；3DHT由齿轮组、三根平行轴及两组同步器拨叉组成，具体细节及如何换挡我们不必去了解，只要知道该3DHT设置有三个前进挡，一个倒档，有动力输入轴，经过3挡变速后输出动力。

　　Hi4-Z混动系统最核心的技术应当是功率分流器的使用，在讲解之前，需要先把功率分流器讲清楚，搞清功率分流器的工作原理是理解Hi4-Z混动系统的关键。简单而言，Hi4-Z混动系统的功率分流器就是一个行星齿轮组，也称为行星排，Hi4-Z系统巧妙的把发动机、P2电机和3DHT通过行星排连接，注：P4电机主要是通过扭矩输出精准控制参与整套系统的运行。下面先介绍行星排的工作原理。

　　如图1所示，该结构就是典型的行星排，其中绿色齿轮是太阳轮，蓝色是行星轮，通过黄色的行星架连接（此处注意，黄色行星架可以整体转动，能想象一下），当然蓝色太阳轮也可以自转，灰色的是齿圈，我们只要盯着绿色太阳轮、黄色行星架和灰色齿圈就可以。行星排有两个重要的特点，一是，太阳轮、行星架、齿圈三者之间能够协调转动，即三者可以以不同的转速组合同时转动；二是，固定三者中的任意一个，其他两个能通过轮齿啮合转动，可以借鉴图1，如固定绿色太阳轮，转动黄色行星架，则能带动灰色齿圈转动，即动力可以传递，固定灰色齿圈，转动转动黄色行星架，则能带动绿色太阳轮转动，固定黄色行星架，转动绿色太阳轮，则能带动灰色齿圈转动，这个特点很重要，可以认真理解一下。

　　下面介绍一下行星排是如何与发动机、P2电机及3DHT连接的。Hi4-Z混动系统和丰田的e-cvt系统有相通之处。如图2所示，黄色行星架，通过左边黄色的轴，与发动机曲轴相连，绿色的太阳轮与P2电机相连，灰色的齿圈则与3DHT的输入轴相连，齿圈外缘也有轮齿，与3DHT输入轴通过轮齿啮合。这样发动机、P2电机、行星排、3DHT就连接在了一起。此外，除了齿圈与3DHT输入轴通过齿轮连接外，行星架右侧黄色的轴也与3DHT输入轴相连。本段所讲的相连，部分是能够最终靠断开装置开合的。此系统有两个动力源，一个是发动机，与黄色行星架相连，一个是P2电机，与绿色太阳轮相连，齿圈通常作为输出端。与ecvt系统相比，ecvt多了一个驱动电机与齿圈相连，下面通过ecvt的示意图，加深对上述系统的描述。

　　如图3所示，发动机仍然与行星架相连，1号电机（相当于上述P2电机）与太阳轮相连，齿圈与2号电机（ecvt多出的驱动电机）相连，齿圈作为动力输出端，直接与主减速器相连，向车轮输出动力，而Hi4-Z的差异在于齿圈与3DHT相连，通过3DHT向车轮输出动力。ecvt系统有三个动力源，三个动力源转速能随意调节，主要通过1号电机和2号电机来调节发动机转速，使发动机尽量处于最佳工况。行星排系统可以在一定程度上完成变速调扭等功能，具体如何调速和调扭这里不必了解，其实是通过这一个结构了解Hi4-Z系统的运行模式。因没有Hi4-Z的结构示意图，你们可以通过图3进行理解。

　　下面分析Hi4-Z混动系统的动力传输路径和工作模式，主要通过纯电、串联、直驱、并联、功率分流几个模式分析。便于理解，下图仍然为图2。

　　通常在电池电量充足的情况下使用纯电模式，纯电模式可以分为前驱、后驱、四驱三种模式，纯电模式发动机通过离合器与黄色行星架断开连接，不参与运行。纯电前驱，固定黄色行星架，电池供电给P2电机，带动绿色太阳轮，太阳轮带动齿圈（通过蓝色行星轮传动，上文一直没有提行星轮，行星轮是从动轮，也非常重要），齿圈将动力传递至3DHT输入轴，从而驱动前轮，通常直接通过2挡驱动（1挡20倍、2挡7倍、3挡3倍），也能够最终靠换挡变化速比驱动。纯电后驱，这个模式相对简单，电池供电给P4电机，P4电机通过2挡驱动，也可以1挡驱动。纯电四驱，纯电四驱即纯电前驱、纯电后驱两种模式同时运行，理解相对简单。

　　相较于P1+P3+P4的混动架构，Hi4-Z混动系统前桥有3DHT，P4电机有两挡变速，而P2电机动力通过3DHT输出，因此纯电四驱模式下，P2和P4均能通过低速档扭矩放大，纯电四驱低扭具有明显优势。

　　该模式下，固定灰色齿圈，发动机带动黄色行星架转动，从而带动绿色太阳轮转动，太阳轮与P2电机相连，从而带动P2电机发电，发电直接供给P4电机驱动车辆，该模式可以认为是增程模式，P4电机需要较大功率时可以通过电池补充，功率需求较小时，P2电机所发的电也可以充到电池里。该模式只能是后驱，因为发动机驱动P2电机发电，只有P4电机在驱动车辆。

　　相较于P1+P3+P4的混动架构，Hi4-Z混动系统串联模式即增程模式只能纯电后驱行驶，而P1+P3+P4架构串联模式能够纯电前驱、纯电后驱、纯电四驱运行，该模式下P1+P3+P4架构具有一定的优势。

　　该模式下，固定绿色太阳轮，发动机驱动黄色行星架，行星架再带动齿圈，齿圈与3DHT输入轴相连，从而实现发动机动力经行星排、3DHT传递给车轮。发动机直驱模式是否如此运转，作者也不是完全确定，前文已讲到，黄色行星架一端连接发动机，一端连接3DHT输入轴，相当于发动机能够通过行星架直接向3DHT输入动力，直驱也许既可以通过齿圈又可以通过行星架输出。此处讲到固定绿色太阳轮只是简单化分析发动机直驱，发动机直驱模式下，可以通过控制P2电机正转、反转、静止、不同转速等，以控制绿色太阳轮转动，从而调节发动机转速、变速和扭矩输出，即P2电机是可以调节发动机直驱的。此时，P2电机和ecvt系统的1号电机具有相似的功能。

　　相较于P1+P3+P4的混动架构，Hi4-Z混动系统能够全速域直驱，除可以通过P2电机调节直驱外，Hi4-Z混动系统的直驱也经过3DHT变速箱，能够全速域直驱，而P1+P3+P4架构的直驱通常只能作为高速或加速工况下的辅助，该模式下Hi4-Z混动系统具有一定的优势。

　　结合上文直驱模式，P2电机可以直接驱动绿色太阳轮，进而驱动灰色齿圈，而发动机则通过黄色行星架驱动灰色齿圈，P2电机和发动机的动力同时驱动齿圈，再通过齿圈将动力传递给3DHT输入轴，此时便构成了并联模式。根据P4电机是否加入驱动，又可分为前驱和四驱模式。

　　相较于P1+P3+P4的混动架构，并联模式，如果电量充足，Hi4-Z混动系统能够全速域三擎输出，动力更猛，而P1+P3+P4架构，通常在低速时只能纯电或增程，发动机无法直驱，因此动力无法完全叠加，该模式下Hi4-Z混动系统有一定的动力优势，但低速下P1+P3+P4架构因没有直驱，将更加平顺。

　　功率分流模式是Hi4-Z系统的核心模式，下面尝试分析功率分流模式的动力传递路径，功率分流通常用于馈电或保电情况下，发动机动力既要直驱又要用于发电。根据上图，发动机通过黄色行星架将动力同时传递给灰色齿圈和绿色太阳轮，传递至齿圈的动力经3DHT后用于直接驱动车轮，传递至太阳轮的动力带动P2电机来发电。需要注意，黄色行星架传递至齿圈和太阳轮的动力比例不是固定的，通常是由输出端（齿圈、太阳轮）的负载动态决定，调节主要是通过电控的方式完成，ecvt主要通过电机来控制动力输出比例，理解较为复杂，只要明白行星排加上智能控制系统，能够将发动机动力动态分配给P2电机和用于驱动既可，P2电机所发的电可拿来直接驱动P4电机，或充进电池。功率分流模式下，前驱动力是由发动机直驱，后驱为P4电机，即此时并非纯电四驱，在馈电状态下，只要P2电机用于发电，Hi4-Z系统是无法纯电四驱运行的。功率分流模式更像是一个综合模式，在运转过程中，P2电机并非完全用于发电，也可能即时动态提供动力或调节发动机转速。

　　功率分流模式是Hi4-Z混动系统的特有模式，无法与P1+P3+P4架构相比较，但在馈电情况下，因Hi4-Z混动系统P2电机需要参与发电，因此无论是串联还是功率分流模式，Hi4-Z混动系统没办法实现纯电四驱，而P1+P3+P4架构因有独立P1发电，无论电量如何都能实现纯电四驱工作。

　　总之，Hi4-Z混动系统是很有趣也很优秀的系统，在解耦混动系统里也是更为适合越野的动力系统，但因发动机的热效率、直驱参与偏多等，油耗或许没有P1+P3+P4架构更有优势，关于油耗也是作者的猜测。

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