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为啥老牌越野车,都用P2混动?

7万 03-26

随着新能源的崛起,越野车“带电”逐渐成为了主流,尤其是仰望U8、豹5、猛士917等车型,不仅给越野车加了电,甚至还大胆地取消了传统的变速箱和分动箱,改成了增程或串并联结构,四驱也由独立的后桥电机实现。

为啥老牌越野车,都用P2混动?

无论是坦克的Hi4-T插混,牧马人的4xe插混,亦或是全新的普拉多/GX,它们又都保留了变速箱和分动箱,仅仅使用了P2混动结构,也就是在变速箱内增加一个电机。熟悉混动系统的朋友应该知道,P2电机属于并联结构,在部分工况下效率其实是不如增程或者串并联的。那么是什么原因,让丰田、长城、路虎、Jeep等老牌越野车制造商,还要坚持P2混动结构呢?

为啥老牌越野车,都用P2混动?为啥老牌越野车,都用P2混动?


为啥老牌越野车,都用P2混动?

众所周知,越野车与普通SUV最大的区别就在于,越野车需要面临更多、更高难度的爬坡场景。而在车辆设计中,抛开车身、悬架形式的区别,车辆的爬坡性能是由轮上扭矩直接决定的。

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提高轮上扭矩主要有两种办法,首先是增加动力系统的扭矩,其次就是增加传动比。但在实际中,考虑到成本、重量、体积等因素,一味地加大发动机排量和动力显然不太现实,所以汽车厂商更多是通过增加传动比的方式来提高轮上扭矩。

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在纯燃油越野车上,发动机输出的扭矩要经过变速箱、分动箱、主减速器、以及车轮逐级放大。以搭载8AT变速箱的2.0T坦克300为例,虽然它的发动机峰值扭矩只有387N·m,但变速箱1挡、分动箱、主减速器的传动比分别达到了5.0、2.48、3.9,也就是说,坦克300传动系统的扭矩放大倍数为48.36。

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在不考虑传 动损失的情况下,坦克300变速箱挂1挡,并打开低速四驱模式,那么理论上单个 半轴 输出 的最大扭矩能达到18715N·m。 由于一般的车轮直径都小于1米,所以半轴上的扭矩还会经过轮胎再放大。以配备265/65 R17规格轮胎的坦克300为 例, 它的车轮直径为776mm,半径0.388m,理论上单轮的最大扭矩就是18715÷0.388=48234N。

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而一些更加注重攀爬的越野车,比如牧马人罗宾汉,它的8AT版传动系统的扭矩放大倍数高达77.2。忽略传动效率的影响,按照2.0T发动机405N·m的峰值扭矩计算,牧马人罗宾汉的单个半轴可输出的最大扭矩高达31266N·m,完全可以满足极高难度的攀爬要求。

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由此可见,变速箱和分动箱结构可以有效提升越野车的攀爬能力。而前面提到的P2结构混动,它最大的优势就是完整继承了纯燃油SUV的传动系统,并通过电机辅助发动机,将更高的扭矩输入给变速箱。比如牧马人4xe罗宾汉版,在P2电机和发动机的共同加持下,系统峰值扭矩提高到了637N·m,再 加上 传动系统77.2的扭矩放大倍 ,单个半轴上的扭矩高达49176N·m。 因此在电量充足的情况下,采用P2结构的越野SUV将 拥有更大的轮上扭矩,这也是老牌厂商偏爱P2的一大原因。

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跟P2结构混动不同的是,新推出的增程和纯电越野SUV,它们都靠电机驱动车辆。虽然电机扭矩大,但也因为传动系统只保留减速器,所以扭矩放大能力十分有限。以美国的Rivian R1T、HUMMER EV为例,尽管它们的主减速比分别做到了12.59、13.3这样高的水准,但只靠一个减速器增扭,还是无法和拥有变速箱、分动箱、主减速器增扭的P2结构的越野SUV抗衡。

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就拿采用4电机驱动的Rivian R1T来说,它的前/后桥电机峰值扭矩分别为560、671N·m,以12.59的主减速比计算,前后半轴输出的扭矩分别为7050、8448N·m。即便两者相加,也只有15498N·m,甚至不敌2.0T的坦克300。

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更何况增程和纯电越野车都是电四驱系统,前后桥之间没有传动轴,也没有中央差速锁。所以它不像配备3把锁的P2结构越野车那样,把扭矩全部输出到单个车轮上,端环境下实现脱困

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虽然电机的最高效率可以达到90%以上,而汽油发动机的最高效率只有40%多,两者相差了一半以上。但是电机对高温的容忍范围很小,无论是永磁电机还是感应电机,在高温下运行都会导致电机损坏。

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为了让电机能够在安全的动力范围内运行,业内为电机制定了【峰值功率/扭矩】和【额定功率/扭矩】两种性能参数。顾名思义,峰值功率/扭矩就是电机能产生的最大动力,而额定功率/扭矩就是电机能够持续、稳定输出的动力。 按照现有国标的建议,一般车辆电机的峰值功率运转时间为30秒或者1分钟。 也就是说,大家在纯电驱动车辆的电机上看到的亮眼参数,实际可使用的时间非常短。

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因此在绝大部分工况下,车辆的电机只能按照额定功率运转,而国标要求的电机额定功率为30分钟,超过这个时间电机也会过热保护。 于是在一些比较极端环境下,比如长时间攀爬、全负荷行驶,纯电驱动的越野SUV动力并不是那么持久稳定。比如仰望U8,它的四个电机峰值功率均为220kW,额定功率为65kW。如果按峰值功率计算,U8系统总功率为880kW,数据非常抢眼。但按额定功率计算的话,U8系统总功率只有260kW,跟最近上市的坦克330差不多,但是坦克330的重量比仰望U8轻了将近1吨。

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相较而言,采用发动机+P2电机驱动的越野SUV,电机只是短暂辅助,长时间维持额定功率输出的还是发动机。因此采用发动机+P2电机的车辆,无论是长时间的高速巡航,还是高强度的越野攀爬,在持久度上都是要比电机驱动的越野车更加稳定的。

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另外,即使P2混动系统出现了故障,发动机和变速箱部分依旧可以正常运行,不会因为电驱系统故障就趴窝。例如丰田就表示,搭载P2混动的全新普拉多,即使电机系统完全故障,那么它依旧是一台2.4T+8AT的越野车。而如果是采用电四驱的车型,一旦电机或电池故障,那么车辆就有可能趴窝,无法脱困。

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在底盘设计方面,因为电驱系统通常跟减速器等部件合为一体,体积相对比较大,同时电动越野车还会采用前后双电机,甚至四电机的电 四驱方案 ,这也导致电驱系统跟现有的整体桥后悬架不兼容 。因此,如今的增程和纯电越野 车,它们的后悬架都变成了独立悬架。

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跟独立悬架相比,整体桥式悬架采用硬桥设计,在一侧悬架被压缩时,另外一侧会因为杠杆原理拉伸,可以获得远超独立悬架的活动行程,在应对交叉轴、炮弹坑等越野路况时,可以让车轮尽可能贴地,获得更好的脱困能力。正因如此,大G、陆巡、牧马人、坦克等硬派越野车,都还在坚持使用后整体桥式悬架。而P2混动的优势在于,它并没有改变燃油车的传动结构,只是在变速箱里加了电机,所以采用P2混动的坦克500 Hi4-T、普拉多等车型,依旧可以使用后整体桥悬架。

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甚至对于追求极致越野能力的车型来说,P2混动的前桥也可以采用整体桥结构,并不会因为多了一个电机而影响到悬架的布置。

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在动力系统布置上,一般采用电四驱方案的越野SUV,选择增程/串并联动力就需要发动机+3个电机,纯电则至少需要2个电机。而且考虑到爬坡和加速需求,越野SUV的电机功率也比较大,再加上大容量电池,因此成本并不低。

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而采用P2混动的越野车,发动机仍然是主力,P2电机只是辅助。因此P2电机并不需要特别大的功率,动力系统的成本也不会大幅提高。

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更重要的是,发动机+P2电机的方案,节油效果其实也还不错。比如车重2.81吨的坦克500 Hi4-T,工信部的亏电油耗只有9.55L。根据寅哥之前的实测,坦克500 Hi4-T在市区重度拥堵的路况下,亏电油耗也就是10.5-11L之间,并没有比增程式或者串并联式差太多。随着未来发动机、传动系统效率进一步提高,以及电池能量密度的增加,采用P2结构的混动越野车,油耗还会进一步降低。对于购买越野车的用户来说,10L左右的城市拥堵路况油耗,已经是完全可以接受了。

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为啥老牌越野车,都用P2混动?

虽然目前综合来看,发动机+P2电机的方案在成本、可靠性、悬架结构方面都有优势,但是它也有一些缺点。首先就是电池布置问题,由于P2混动结构保留了传统的变速箱和传动轴,所以底盘中间的位置被占用,无法在此布置电池。

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于是,无论是采用小电池混动的普拉多,还是采用大电池插混的坦克500 Hi4-T,他们都将电池布置在了后备厢地板下方。对于普拉多这种电池容量不到2度的车型来说,倒也不会对车内空间产生太大的影响,但对于采用37.1度大电池的坦克500 Hi4-T来说,就直接牺牲掉了燃油版的第三排座椅,并且后备厢的地板高度也明显比纯燃油版更高,影响了乘坐以及储物空间。

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除了电池布置对于空间的影响外,P2结构还有一个问题就是对于车身刚度和重心没有帮助。首先,硬派越野车大多采用非承载式车身,这种结构会导致车身重心高、并且车架刚度低。而P2混动的电池位于车架上方,会进一步提升车辆的重心高度,影响车辆的操控稳定性。

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而采用电驱的增程/纯电/串并联越野车,由于没有中间的分动箱和传动轴,电池可以直接布置在大梁内部,形成类似CTC电池底盘一体化的效果。不仅不会对后备厢空间有什么侵占,还能降低车身重心、提升大梁的刚性。再加上前文提到的电驱越野车普遍使用四轮独立悬架结构,车辆的公路行驶性能将会比P2越野车有明显优势。

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通过这么一番分析,大家应该明白为什么老牌越野车会更加青睐P2结构的混动吧?简单来说,他们希望保留老牌越野车的可靠性、耐用性、悬架结构等特点,同时在一定程度上缓解越野车的油耗和动力问题,所以P2结构也就成为了最合适的选择。

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但是我们也要看到时代的变化,电机的灵活性和高效率,让基于串并联、增程、纯电动力的越野车拥有了更多的可玩性。他们不仅在性能上可以媲美跑车,还带来了原地调头等创新的功能 。随着三电技术以及底盘车身技术的不断进步,未来硬派越野车和电四驱SUV之间的界限势必会越来越模糊,越野也会从小众圈子的爱好,逐渐变成家喻户晓的汽车玩法。

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