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為啥老牌越野車,都用P2混動?

蘿卜報告

隨著新能源的崛起,越野車“帶電”逐漸成為了主流,尤其是仰望U8、豹5、猛士917等車型,不僅給越野車加了電,甚至還大膽地取消了傳統的變速箱和分動箱,改成了增程或串并聯結構,四驅也由獨立的后橋電機實現。

為啥老牌越野車,都用P2混動?

無論是坦克的Hi4-T插混,牧馬人的4xe插混,亦或是全新的普拉多/GX,它們又都保留了變速箱和分動箱,僅僅使用了P2混動結構,也就是在變速箱內增加一個電機。熟悉混動系統的朋友應該知道,P2電機屬于并聯結構,在部分工況下效率其實是不如增程或者串并聯的。那么是什么原因,讓豐田、長城、路虎、Jeep等老牌越野車制造商,還要堅持P2混動結構呢?

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為啥老牌越野車,都用P2混動?

眾所周知,越野車與普通SUV最大的區別就在于,越野車需要面臨更多、更高難度的爬坡場景。而在車輛設計中,拋開車身、懸架形式的區別,車輛的爬坡性能是由輪上扭矩直接決定的。

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提高輪上扭矩主要有兩種辦法,首先是增加動力系統的扭矩,其次就是增加傳動比。但在實際中,考慮到成本、重量、體積等因素,一味地加大發動機排量和動力顯然不太現實,所以汽車廠商更多是通過增加傳動比的方式來提高輪上扭矩。

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在純燃油越野車上,發動機輸出的扭矩要經過變速箱、分動箱、主減速器、以及車輪逐級放大。以搭載8AT變速箱的2.0T坦克300為例,雖然它的發動機峰值扭矩只有387N·m,但變速箱1擋、分動箱、主減速器的傳動比分別達到了5.0、2.48、3.9,也就是說,坦克300傳動系統的扭矩放大倍數為48.36。

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在不考慮傳 動損失的情況下,坦克300變速箱掛1擋,并打開低速四驅模式,那么理論上單個 半軸 輸出 的最大扭矩能達到18715N·m。 由于一般的車輪直徑都小于1米,所以半軸上的扭矩還會經過輪胎再放大。以配備265/65 R17規格輪胎的坦克300為 例, 它的車輪直徑為776mm,半徑0.388m,理論上單輪的最大扭矩就是18715÷0.388=48234N。

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而一些更加注重攀爬的越野車,比如牧馬人羅賓漢,它的8AT版傳動系統的扭矩放大倍數高達77.2。忽略傳動效率的影響,按照2.0T發動機405N·m的峰值扭矩計算,牧馬人羅賓漢的單個半軸可輸出的最大扭矩高達31266N·m,完全可以滿足極高難度的攀爬要求。

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由此可見,變速箱和分動箱結構可以有效提升越野車的攀爬能力。而前面提到的P2結構混動,它最大的優勢就是完整繼承了純燃油SUV的傳動系統,并通過電機輔助發動機,將更高的扭矩輸入給變速箱。比如牧馬人4xe羅賓漢版,在P2電機和發動機的共同加持下,系統峰值扭矩提高到了637N·m,再 加上 傳動系統77.2的扭矩放大倍 ,單個半軸上的扭矩高達49176N·m。 因此在電量充足的情況下,采用P2結構的越野SUV將 擁有更大的輪上扭矩,這也是老牌廠商偏愛P2的一大原因。

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跟P2結構混動不同的是,新推出的增程和純電越野SUV,它們都靠電機驅動車輛。雖然電機扭矩大,但也因為傳動系統只保留減速器,所以扭矩放大能力十分有限。以美國的Rivian R1T、HUMMER EV為例,盡管它們的主減速比分別做到了12.59、13.3這樣高的水準,但只靠一個減速器增扭,還是無法和擁有變速箱、分動箱、主減速器增扭的P2結構的越野SUV抗衡。

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就拿采用4電機驅動的Rivian R1T來說,它的前/后橋電機峰值扭矩分別為560、671N·m,以12.59的主減速比計算,前后半軸輸出的扭矩分別為7050、8448N·m。即便兩者相加,也只有15498N·m,甚至不敵2.0T的坦克300。

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更何況增程和純電越野車都是電四驅系統,前后橋之間沒有傳動軸,也沒有中央差速鎖。所以它不像配備3把鎖的P2結構越野車那樣,把扭矩全部輸出到單個車輪上,端環境下實現脫困。

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雖然電機的最高效率可以達到90%以上,而汽油發動機的最高效率只有40%多,兩者相差了一半以上。但是電機對高溫的容忍范圍很小,無論是永磁電機還是感應電機,在高溫下運行都會導致電機損壞。

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為了讓電機能夠在安全的動力范圍內運行,業內為電機制定了【峰值功率/扭矩】和【額定功率/扭矩】兩種性能參數。顧名思義,峰值功率/扭矩就是電機能產生的最大動力,而額定功率/扭矩就是電機能夠持續、穩定輸出的動力。 按照現有國標的建議,一般車輛電機的峰值功率運轉時間為30秒或者1分鐘。 也就是說,大家在純電驅動車輛的電機上看到的亮眼參數,實際可使用的時間非常短。

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因此在絕大部分工況下,車輛的電機只能按照額定功率運轉,而國標要求的電機額定功率為30分鐘,超過這個時間電機也會過熱保護。 于是在一些比較極端環境下,比如長時間攀爬、全負荷行駛,純電驅動的越野SUV動力并不是那么持久穩定。比如仰望U8,它的四個電機峰值功率均為220kW,額定功率為65kW。如果按峰值功率計算,U8系統總功率為880kW,數據非常搶眼。但按額定功率計算的話,U8系統總功率只有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輕了將近1噸。

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相較而言,采用發動機+P2電機驅動的越野SUV,電機只是短暫輔助,長時間維持額定功率輸出的還是發動機。因此采用發動機+P2電機的車輛,無論是長時間的高速巡航,還是高強度的越野攀爬,在持久度上都是要比電機驅動的越野車更加穩定的。

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另外,即使P2混動系統出現了故障,發動機和變速箱部分依舊可以正常運行,不會因為電驅系統故障就趴窩。例如豐田就表示,搭載P2混動的全新普拉多,即使電機系統完全故障,那么它依舊是一臺2.4T+8AT的越野車。而如果是采用電四驅的車型,一旦電機或電池故障,那么車輛就有可能趴窩,無法脫困。

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在底盤設計方面,因為電驅系統通常跟減速器等部件合為一體,體積相對比較大,同時電動越野車還會采用前后雙電機,甚至四電機的電 四驅方案 ,這也導致電驅系統跟現有的整體橋后懸架不兼容 。因此,如今的增程和純電越野 車,它們的后懸架都變成了獨立懸架。

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跟獨立懸架相比,整體橋式懸架采用硬橋設計,在一側懸架被壓縮時,另外一側會因為杠桿原理拉伸,可以獲得遠超獨立懸架的活動行程,在應對交叉軸、炮彈坑等越野路況時,可以讓車輪盡可能貼地,獲得更好的脫困能力。正因如此,大G、陸巡、牧馬人、坦克等硬派越野車,都還在堅持使用后整體橋式懸架。而P2混動的優勢在于,它并沒有改變燃油車的傳動結構,只是在變速箱里加了電機,所以采用P2混動的坦克500 Hi4-T、普拉多等車型,依舊可以使用后整體橋懸架。

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甚至對于追求極致越野能力的車型來說,P2混動的前橋也可以采用整體橋結構,并不會因為多了一個電機而影響到懸架的布置。

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在動力系統布置上,一般采用電四驅方案的越野SUV,選擇增程/串并聯動力就需要發動機+3個電機,純電則至少需要2個電機。而且考慮到爬坡和加速需求,越野SUV的電機功率也比較大,再加上大容量電池,因此成本并不低。

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而采用P2混動的越野車,發動機仍然是主力,P2電機只是輔助。因此P2電機并不需要特別大的功率,動力系統的成本也不會大幅提高。

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更重要的是,發動機+P2電機的方案,節油效果其實也還不錯。比如車重2.81噸的坦克500 Hi4-T,工信部的虧電油耗只有9.55L。根據寅哥之前的實測,坦克500 Hi4-T在市區重度擁堵的路況下,虧電油耗也就是10.5-11L之間,并沒有比增程式或者串并聯式差太多。隨著未來發動機、傳動系統效率進一步提高,以及電池能量密度的增加,采用P2結構的混動越野車,油耗還會進一步降低。對于購買越野車的用戶來說,10L左右的城市擁堵路況油耗,已經是完全可以接受了。

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雖然目前綜合來看,發動機+P2電機的方案在成本、可靠性、懸架結構方面都有優勢,但是它也有一些缺點。首先就是電池布置問題,由于P2混動結構保留了傳統的變速箱和傳動軸,所以底盤中間的位置被占用,無法在此布置電池。

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于是,無論是采用小電池混動的普拉多,還是采用大電池插混的坦克500 Hi4-T,他們都將電池布置在了后備廂地板下方。對于普拉多這種電池容量不到2度的車型來說,倒也不會對車內空間產生太大的影響,但對于采用37.1度大電池的坦克500 Hi4-T來說,就直接犧牲掉了燃油版的第三排座椅,并且后備廂的地板高度也明顯比純燃油版更高,影響了乘坐以及儲物空間。

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除了電池布置對于空間的影響外,P2結構還有一個問題就是對于車身剛度和重心沒有幫助。首先,硬派越野車大多采用非承載式車身,這種結構會導致車身重心高、并且車架剛度低。而P2混動的電池位于車架上方,會進一步提升車輛的重心高度,影響車輛的操控穩定性。

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而采用電驅的增程/純電/串并聯越野車,由于沒有中間的分動箱和傳動軸,電池可以直接布置在大梁內部,形成類似CTC電池底盤一體化的效果。不僅不會對后備廂空間有什么侵占,還能降低車身重心、提升大梁的剛性。再加上前文提到的電驅越野車普遍使用四輪獨立懸架結構,車輛的公路行駛性能將會比P2越野車有明顯優勢。

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通過這么一番分析,大家應該明白為什么老牌越野車會更加青睞P2結構的混動吧?簡單來說,他們希望保留老牌越野車的可靠性、耐用性、懸架結構等特點,同時在一定程度上緩解越野車的油耗和動力問題,所以P2結構也就成為了最合適的選擇。

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但是我們也要看到時代的變化,電機的靈活性和高效率,讓基于串并聯、增程、純電動力的越野車擁有了更多的可玩性。他們不僅在性能上可以媲美跑車,還帶來了原地調頭等創新的功能 。隨著三電技術以及底盤車身技術的不斷進步,未來硬派越野車和電四驅SUV之間的界限勢必會越來越模糊,越野也會從小眾圈子的愛好,逐漸變成家喻戶曉的汽車玩法。

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