新能源汽车混合动力技术路线P0-P4构型解析

　　对混合动力比较关注的读者，应该在阅读一些文章的时候接触过所谓的“Px混动”的说法，这是什么意思呢？其实这指的是电机的位置，用来区分各种有变速箱的并联与串并联（混联）混动构型。

　　P是position的意思。对于单电机的混合动力系统，根据电机相对于传统动力系统的位置，可以把单电机混动方案分为五大类，分别以P0,P1,P2,P3,P4命名。

　　一、P0是电机放在传统启动机的位置

　　1、定义

　　传统汽车发电机与发动机曲轴通过皮带柔性连接。当发动机运转时，会有少量的能量传递到这里带动逆变器发电。

　　P0就位于发动机前端附件驱动系统（FEAD：Front End Accessory Drive）上，也就是普通汽车上逆变器的位置。P0混动就是把这个逆变器换成了一个比较大的电机。

　　位于发动机前部的该辅助系统包括电动机、电动涡轮、一体式发电机/起动机、高压发电机等。

　　2、结构

　　传统汽车上的FEAD如下图所示，其中Crank为发动机曲轴，Alt.为逆变器，给车载12V电池充电以满足电动车窗、车灯、电启动器、车载多媒体系统的用电需要，A/C为空调压缩机，supercharger为机械增压器，P/S为Power Steering助力转向，在这里是机械液压助力的油泵，Water Pump为冷却发动机的水泵，Tens为张紧器用于调节皮带的受力，即传递到皮带上的能量的大小。此外一些老系统用于控制进气时间的凸轮轴也在这个皮带上。

　　P0系统一个重要的优势是，有了功率较大的BSG（Belt-driven Starter/Generator 皮带传动启动/发电一体化电机），再配合较大的蓄电池，就可以做到在等红绿灯发动机停机的时候，带动空调的机械压缩机运转。而P1系统如果要实现同样的功能，就需要使用电压缩机。

　　不过，即使P0混动有张紧器，一般来说，皮带这种软性连接的效率仍然有限，因此无论是给发动机加力还是回收动能的功率都有限。

　　P0因此一般只应用于自动启停系统，以及12-25V微混和48V弱混。

　　3、应用车型

　　奥迪SQ7 TDI：

　　典型的微混系统-采用超级电容的马自达i-Eloop，即是P0布局：

　　下图是奔驰在A级和B级上使用的P0混动方案，其中wasserpumpe是水泵，Kurbelwelle是曲轴，Klimakocpressor是空调压缩机。

　　液压皮带张紧器Hydraulischer Riemenspanner在P0混动中是一个比较重要的部件，需要比一般的张紧器调节张力的能力更强，从而保证在启动发动机和动能回收时有较大的传动效率。

　　二、P1是电机放在发动机后离合器前原来飞轮的位置

　　1、定义

　　其实与P0相仿，只不过P1是将ISG（Integrated Starter and Generator盘式一体化起动机/发动机）固连在了发动机上，它取代了传统的飞轮，发动机曲轴则充当了ISG电机的转子，所以它同样支持发动机启停、制动能量回收发电。

　　只要发动机在运转，转子就跟着旋转，给定子加一个交流电压，有机械连接的P1布局传动效率要高得多，除了自动启停、微混和弱混外，还可以应用在100-200V电压的中混系统中。

　　由于电机与发动机采用了刚性连接，所以P1级可以实现动力辅助，在驾驶员踩下油门踏板后，ECU会控制ISG电机立刻补充动力，以此让汽车保持动力输出与节油性的高度平衡。在不同程度的制动过程中，ISG电机都可以实现发动机制动能量的回收和储存，在下长坡时它还会根据具体车速施加辅助制动力矩，以此提升安全性。

　　2、结构

　　P1混动因为电机直接套在曲轴上，二者转速必须相等，而不像通过皮带连接的P0布局有一个传动比，因此电机需要有比较大的扭矩、比较大的体积，同时还需要做得比较薄从而能放到原来飞轮的位置，成本较高。

　　P1 曲轴相连的好处：与皮带轮相比更节油。实际应用中，较高的驱动力矩使得驾驶性能更佳；坏处：由于力矩密度高，成本较高；变速箱不同，需要有不同的设计方案，逆变器的功率要高一些。

　　这两种布置方式都不适合电机、电池更大的强混系统。因为不管是P0还是P1，只要电机旋转，发动机曲轴就必须旋转，这样电机没办法单独驱动车轮。在动能回收和滑行模式下，也因为必须带动曲轴空转而浪费动能并增加噪音和振动。P1系统并没有纯电行驶模式。

　　3、应用车型

　　目前P1级多为中混汽车为主，由于可靠性高而且成本较低，国内公交车和自主品牌多采用P1。如果你对于排放没有非常高的要求，但是又追求加速性能或者较低售价，那你可以尝试这一类型的混动车型。

　　本田思域混动和Insight的第一代本田IMA混动，以及奔驰的S400混动，都采用P1布局。

　　三、P2也布置在发动机和变速箱中间

　　1、定义

　　跟P1一样，P2也需要布置在发动机和变速箱中间，但因为不必像P1一样整合在发动机外壳中，布置的形式更灵活——不仅可以直接套在变速箱输入轴上（这样一般需要重新设计变速箱），也可以通过皮带与变速箱输入轴连接，甚至也可以使用减速齿轮（体积较大）。

　　P2在纯电动模式下可以和发动机断开连接，因为电机和发动机之间还有个离合器，因此在纯电动模式下发动机并不会被拖动，同时由于P2模式下，电机的后面有变速箱，因此变速箱的所有挡位都可以被电机利用。

　　2、结构

　　P2的模式是：发动机-离合器1-电机-离合器2-变速箱-差速器-车轮。

　　P2是目前市面混动车型采用最多的模式。电机放在离合器后变速箱前，通过在发动机与变速箱之间插入两个离合器和一套电动机来实现混动；是一种并联式的两个离合器的混合动力系统。P2和P1模式基本相同，唯一区别在于电动机和发动机之间有没有离合器，是不是可以切断电动机的辅助驱动。

　　和P1不同的是，P2系统实现纯电驱动了。

　　3、特点

　　相比于P1，P2有以下几个优势：

　　因为和发动机之间有离合器，因此可以单独驱动车轮；在动能回收时也可以切断与发动机的连接。

　　因为和轴之间可以有传动比，因此不需要太大的扭矩，可以降低成本和电机的体积。

　　大众图昂3.0升V6柴油机+8速自动变速器+P2构型（双离合器），谁能告诉小编这车多少钱？

　　但P2也有劣势，它只有在变速箱切换到空挡的时候，才能切断与车轮的连接，从而可以用于启动发动机。但如果变速箱不能很快的切到空挡（基于行星齿轮的AT可以），就需要一个额外的启动电机来满足自动启停系统频繁快速启停电机的要求——或者是一个在P1位置的中低压启动电机，或者是一个在P0位置的48V以上的中高压BSG电机。后者有两个电机接了中高压，因此一般也被称为“P0P2系统”，是双电机直连混动（串并联）的一种。

　　4、舍弗勒的P2构型

　　从系统结构原理可知，P2是在发动机和变速箱中间硬生生的夹入了一个离合器和一个电机，这将会引入一个极其麻烦的问题：轴向尺寸的增加。

　　主机厂的工程师都知道，有时最大的麻烦就是布置问题。为了解决这个硬件上的问题，攻城狮们也是蛮拼的，想出了好多点子：发动机减缸（四缸变三缸，六缸变四缸）、壳体一体化设计方案、离合器进一步缩入电机内部， 见下图：

　　说实话这真是堪称机智的硬件设计方案！舍弗勒将离合器系统集成至电机的定子中，推出电动中心式执行机构(ECA)，减少执行机构的体积的同时提高离合器的控制精度。

　　中心的12v无刷直流电机可实现约0.002mm的高精度单步增量控制，使得舍弗勒P2系统可以在“行进间起动发动机”时精确地控制发动机和电机之间的扭距传递。

　　舍弗勒为什么在中国推P2？

　　实际上，Schaeffler舍弗勒除了P2还有48V系统和纯电驱动系统，主推P2当然是经过lao jian ju hua 深思熟虑的了：

　　1） 政府2020油耗目标，P2节油率高

　　2） P2为模块化设计，集成方便

　　3） 相比开发一套新的混动系统，P2成本低

　　4） P2可以拿中国插电式混合动力补贴（要求纯电续驶里程>50km）