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1、INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HEREPeter -Mu qingNov 4 2022日本主流混合动力结构及控制策略剖析INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HEREAGENDA主流日本混动构型对比主流日本混动构型对比1|丰田丰田THS功率分流功率分流构型及策略构型及策略2|本田本田IMMD串并联串并联构型及策略构型及策略3|日产日产EPOWER增程式构型及策略增程式构型及策略4|2AKKODIS公司简介公司简介5|INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HERE31主流日本混动构型对比主流日

2、本混动构型对比3INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HERE主流日本混动构型对比_汇总4Tips：混动和纯电将逐渐代替传统动力部分各种构型都有发挥，主要集中在动力分流、P1P3,P2几种构型INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HERE日本主要混动构型对比5丰田丰田THSTHS：功率分流的代表作，国内外争相模仿学习的对象 全球功率分流的典范 兼有低速和高速的油耗优势，动力性偏弱(以两驱车为例)成本适中 技术壁垒高本田本田IMMDIMMD：标准串并联架构，国内外争相模仿学习的对象 兼顾动力性和经济性 成本相对偏高日产日产E E-p

3、owerpower：串联即增程式 在中低速具备一定的优势 高速油耗没有优势 成本低INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HERE62丰田丰田THS功率分流功率分流构型及策略构型及策略6INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HERE4代代THS PRIUS混动系统特点混动系统特点丰田THS功率分流_特点Comments:1.几代产品比对，电机转速提高，保持功率的同时，电机尺寸更紧凑，电机功率密度增加；2.通过增加一套行星齿轮或齿轮结构，混动变速箱横向尺寸减小，且电机转速不易受限，更多运行在高效率区域3.采用升压系统，确保系统更高效率

4、本段部分内容节选自清研车联7结构特点：结构特点：第一二代:使用一套行星齿轮机构第三代:使用两套机构（齿圈处加入第二套，齿圈共用，行星架固定，两太阳轮为MGI、MG2）第四代:使用一套（电机都远离发动机利于散热，同时MG1与齿圈间加中间轮）INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HERE三个动力源：如图所示，汽油发动机（ICE）连接中间的行星齿轮架，行星齿轮架上的小齿轮组则直接和太阳齿、外侧齿圈连接 1号电机（MG1）连接中间的太阳齿，主要用于启动发动机、发电和协调MG2/ICE之间的转速关系 2号电机（MG2）连接外侧齿圈，用于驱动车辆实际功用：MG1可同时作为汽

5、油机的起动机使用，因此和传统汽油机不同，并不需要单独的设置启动装置。两个MG1,MG2电机在被动转动的时候均可以当作发电机为电池充电。外侧的MG2直接和输出终端连接，因此其转速和轮上转速直接相关，即最终车速由MG2决定。丰田THS功率分流_第一代架构THS混动系统的第一代架构混动系统的第一代架构输入式功率分流8INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HERE丰田THS功率分流_第一代架构在行星排分析中广泛采用杠杆模型杠杆模型，如下图所示:每根杠杄代表相应的传动轴 各轴之间的距离为行星排机构的传动比 分析时传动轴上的扭矩按照“力”的平衡进行计算 各点相对“零转速线”

6、的位置代表转速的大小，各制动器提供了杠杄平衡的扭矩支点。采用杠杄模型，将各轴上的扭矩平衡关系转化为杠杄的受力平衡。根据力的杠杆平衡，发动机、EM 的扭矩对输出轴平衡，即TICE*b=TEM*(a+b)按照杠杆受力的方式进行计算,也就是上一页算的扭矩关系Tips:Tips:丰田系统中，当系统处于平衡状态时：小电机扭矩要一直与发动机扭矩相反，不然发动机转速就飞上去了，这也进一步说明了杠杆模型的实际意义。THS混动系统的第一代架构的杠杆模型混动系统的第一代架构的杠杆模型9INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HERE丰田THS功率分流_第一代架构_转速关系转速关系公式

7、转速关系公式：S=C3.6R2.6公式里的 SSUN太阳轮 CCARRIER行星座 RRING外齿圈THS混动系统的第一代架构的转速关系混动系统的第一代架构的转速关系10INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HERE09/11/2022NOM DE LA PRSENTATION11公式推导：公式推导：如将整个轮系看作在以C转动，则可认为行星架C没有转动，行星轮系等效于定轴轮系，故有：（SC）（RC）2.6变形得：S2.6R（1+2.6）C0 即 S=C3.6-R2.6（8）式（8）称为行星轮系转速特征方程。从式（7）和（8）亦可看出行星轮系3个基本传动构件之间的

8、转矩比值与转速比值互为倒数，这与普通定轴轮系传动比的性质是相同的。其原因是当忽略轮系传动各种摩擦损耗（即假设轮系传动效率为100%）时，传动轮系输入与输出功率守恒 因此式（8）S=C3.6-R2.6，也可通过式（7）和轮系传动功率守恒：TSSTRR TCC0推出丰田THS功率分流_第一代架构_转速关系推导THS混动系统的第一代架构的转速关系推导混动系统的第一代架构的转速关系推导已知条件：已知条件：设S、R、C分别为太阳轮S、齿圈R和行星架C的转速INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HERE扭矩关系：扭矩关系：由于外齿轮和太阳齿轮和行星齿轮的直径和齿数都已固定，

9、则根据左图的公式也可以得出：行星座在中间转动的时候分配给外齿圈和太阳轮的扭矩比是一定的。只要发动机转动做工，则具体数值：72%分配给外齿轮 28%分配给太阳齿轮THS混动系统的第一代架构的扭矩关系混动系统的第一代架构的扭矩关系12丰田THS功率分流_第一代架构_扭矩关系INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HERE09/11/2022NOM DE LA PRSENTATION13已知条件：已知条件：设发动机转矩由行星架C输入 FC为输入转矩在行星架上行星轮P的回转中心点的作用力 FS、FR分别为太阳轮S和齿圈R受到的外部阻力矩作用于行星轮P节圆上的反力 rS、r

10、R分别为太阳轮S、齿圈R的节圆半径（到共同回转中心）rC为行星架上行星轮P的回转中心点到共同回转中心的半径 rP为行星轮P的节圆半径 TS、TC、TR分别为太阳轮S、行星架C、齿圈R对行星轮P的作用力点对共同回转中心的转矩 ZS、ZR分别为太阳轮S和齿圈R的齿数，因两齿轮齿数比等于其节圆半径比，故有：ZRZSrRrS，设=ZRZSrRrS=2.6丰田THS功率分流_第一代架构_扭矩关系推导THS混动系统的第一代架构的扭矩关系推导混动系统的第一代架构的扭矩关系推导公式推导：公式推导：由力和扭矩守恒得出：FC=（FR+FS）(1)TC=（TR+TS）(2)FR=FS (3)FC=2FR=2FS (

11、4)FSFRFC=112 (5)由rS、rR、rC的几何关系可知：rS rR rC=1 2.6（1+2.6）2=1/2.6/1.8 (6)又因：TS=FSrSTR=FRrRTC=FCrC将(5)(6)得：TSTRTC=12.63.6 (7)由(7)得到 TS=-0.28TC TR=0.72TCINSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HERE丰田输入式功率分流的极端情况丰田输入式功率分流的极端情况 极端情况一：极端情况一：10km/h 近似近似A点工况点工况 类似串联式混动类似串联式混动 由于能量转换（机械能-电能-机械能）损失，虽然电功率支流在传输时的效率不是很高

12、，但发动机可在效率非常高的区域运转 故此，驱动系统整体的效率比传统动力驱动高很多 极端情况二：极端情况二：120km/h 近似近似B点工况点工况 发动机直驱或并联发动机直驱或并联 车速近 120 km/h，控制发电机转速=0，即发电机不发电，则第一条功率流：电功率=0 而发动机功率完全由第二条支流：机械功率流，即100%机械形式传输至输出轴 此时，发电机功率与发动机功率的比值为零，发动机直驱效率最高 极端情况三：高于极端情况三：高于120km/h车速车速 近似近似B点左侧工况点左侧工况 当车速进一步提高，使得传动比继续降低，即到达B点左侧时，变速器内会产生所谓的“无功功率（idle power

13、）”此时，电功率传递的方向是由变速器的输出端流向输入端，即与正常的方向相反！此时，变速器和传动系统的效率很低 即对于输入式分流，在高速时存在不省油的情况，无法有效避免丰田THS功率分流_极端情况极端情况一：功率都从发动机转给发电机极端情况一：功率都从发动机转给发电机发电机功率发电机功率/发动机功率随车速的规律发动机功率随车速的规律14INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HERE油门开度轴端转速驱动力MAP图轴端扭矩需求轴端扭矩需求(滤波后)滤波轴端转速行驶需求功率效率充放电需求功率效率空调消耗功率电池充放电功率需求整车需求功率发动机启停判断发动机模式判断电池可

14、持续放电功率发动机需求功率最佳油耗线目标发动机转速目标发动机转速(滤波后)滤波发动机基础需求扭矩滤波实际发动机转速PI控制上下限处理发动机修正扭矩发动机需求扭矩驱动电机需求扭矩驱动力需求驱动力需求充放电需求充放电需求启停模式判断启停模式判断目标发动机转速目标发动机转速发动机转速发动机转速PI控制控制发动机基础扭矩发动机基础扭矩15扭矩模型扭矩模型丰田THS功率分流_扭矩模型小结小结：根据整车功率需求推算出发动机最佳运行工况点对应的转速和扭矩 发动机根据期望扭矩进行相应控制 发电机根据发动机的期望转速进行对应的转速控制 电动机扭矩=轴端扭矩需求-发动机需求扭矩换算到齿圈的扭矩INSERT CON

15、FIDENTIALITY INFORMATION HERE16NEDC循环，发动机运行工况点一般城市道路行驶，发动机运行工况点从发动机实际运行工况点基本判断：发动机在其最佳油耗线附近运行(卡罗拉试验数据)16实际发动机工况点Key Tips:从本页的实测数据可以推测最佳燃耗线的计算方法基本同增程器方案丰田THS功率分流_扭矩模型INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HERE173本田本田IMMD串并联串并联构型及策略构型及策略17INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HEREIMMD动力系统概览动力系统概览(INTELLIGENT

16、 MULTI MODE DRIVE,即智能多模式驱动)右表列出了动力传动总成的主要参数：IMMD混动构型_概览18 下图是IMMD动力系统的概览，其由2.0L直列4缸发动机和电耦合CVT单元组成：阿特金森(Atkinson)循环发动机采用VTEC，电动VTC和冷却EGR，并且减少了摩擦；与以前的2.0L发动机相比，能够实现105kW的高输出，提高10的效率（BSFC）。电机实现了124 kW的高输出和96（最大）的高效率，通过使用DCDC升压单元来增加电压。最终标称最大驱动功率158KW(通过串联方式实现)。INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HEREIMMD

17、插电混动系统的驱动模式插电混动系统的驱动模式 系统有三种驱动模式，通过根据驱动条件选择合适的驱动模式，系统效率得到提高：第一种模式称为EV驱动模式。车辆通过电动机使用存储在锂电池中的电力来驱动。第二模式被称为混合动力驱动模式(Hybrid Drive)/增程式或串联式发动机动力通过发电机发电，电机驱动推动车轮。第三种模式称为发动机驱动模式(Engine Drive)/并联式发动机和车轴使用离合器在固定传动比时进行耦合，并且车轮直接由发动机进行驱动。IMMD不同模式下能量转换过程19IMMD混动构型_驱动模式INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HEREIMMD插

18、电混动系统的运行阶段插电混动系统的运行阶段 插电式混合运行分为以下两种运行阶段：第一种模式称为电量消耗阶段（电量消耗阶段（CD阶段）阶段）。该模式主要通过插入式充电使存储在锂离子电池中的电能来执行EV驱动。通过设置发动机起动的高阈值，CD阶段扩大了EV驱动操作范围，并且能确保13英里的EV驱动范围，如图3所示。第二种模式称为电量保持阶段（电量保持阶段（CS阶段）阶段）。在此模式下，当锂离子电池的充电状态（SOC）低于指定值时，汽车将使用汽油作为能源，以使SOC保持在规定范围内。换句话说，汽车使用混合动力运行。20IMMD混动构型_运行阶段INSERT CONFIDENTIALITY INFOR

19、MATION HEREIMMD插电混动系统的插电混动系统的CD阶段阶段 右图表示CD阶段的不同运行工况下，三种驱动模式运行的区域：理论上当动力性满足驾驶员需求时，车辆始终处于EV运行模式，但动力性不够时则发动机启动，支持；纯电模式即EV Drive比CS阶段范围扩大，基本覆盖城市工况。其余时候不同模式的工况切换情况基本同CS阶段21IMMD混动构型_CD阶段策略CDCD阶段三种驾驶模式的运行工况阶段三种驾驶模式的运行工况INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HEREIMMD插电混动系统的插电混动系统的CD阶段阶段 右图表示CD阶段的不同运行工况下，具体控制情况：

20、CD阶段电池的电量充足且全部来自电网充电，EV Drive的运行区域比较大且覆盖Hybrid Drive区域 模式切换控制器为避免频繁的启停发动机，并不存在EV Drive与Hybrid Drive、EV Drive与Engine Drive的切换 但存在Hybrid Drive与Engine Drive的切换 没有Hybrid drive charge阶段 Engine Drive和Hybrid Drive两种模式之间的取舍问题，可通过比对具体效率得出：22CDCD阶段三种驾驶模式的运行工况阶段三种驾驶模式的运行工况IMMD混动构型_CD阶段策略注解：注解：与 分别代表 Engine Dri

21、ve模式与Hybrid Drive模式的系统综合效率_与 _分别代表 Engine Drive模式与Hybrid Drive模式发动机工作点的热效率与 分别代表 Hybrid Drive模式发电机的工作效率、驱动电机的工作效率_与 _分别代表 Engine Drive模式与Hybrid Drive模式传动系的工作效率INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HEREIMMD插电混动系统的插电混动系统的CD阶段阶段 右图表示CD阶段的发动机运行的工况，具体情况如下：可以看到发动机的两种模式工作区间：发动机直驱模式，混合驱动模式 当整车运行在发动机直驱模式时，发动机转速

22、基本控制在2000r/min3000r/min，其中最集中的在2500r/min左右，转矩可变范围在10Nm120Nm 当整车运行在混合驱动模式时，发动机转速可变范围在1500r/min4500r/min，转矩可变范围在20N.m140N.m，且集中于90Nm140Nm区间23CDCD阶段发动机转速阶段发动机转速-扭矩拟合曲线扭矩拟合曲线IMMD混动构型_CD阶段策略INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HEREIMMD插电混动系统的插电混动系统的CS阶段阶段 右边两张图表示CS阶段的不同运行工况下，三种驱动模式运行的区域：由此可见通常情况下，都处于Hybrid

23、 drive即增程器模式，这也是为何串联式方案能把油耗做得比较低的原因之一 驱动模式的运行区域结果主要来源于VCU控制策略定案前期的理论分析、动力经济性仿真及实车测试；24CS阶段三种驾驶模式的运行工况阶段三种驾驶模式的运行工况IMMD混动构型_CS阶段策略_汇总INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HEREIMMD插电混动系统的插电混动系统的CS阶段阶段_EV DRIVE CS阶段EV DRIVE控制实际分三个区间：SOCSOChigh：EV模式的工作区域在车速小于100km/h、车辆功率小于20kW的部分 SOChighSOCSOClow：I.车辆会进入In

24、termittent模式，EV与Hybrid drive(or Engine drive)两种模式之间切换II.如右下图显示：车辆在低速/低负荷工况，油耗最多能提升50%III.在高速/高负荷工况下，经济性则没有明显提升，部分工况能效反而下降IV.纯电驱动时的系统效率是：SOCSOClow EV DRIVE不运行25间断式混动策略效率图间断式混动策略效率图注解：注解：为历史平均充电效率。IMMD混动构型_CS阶段策略_EV DRIVE驱动本阶段的控制具体按照电池的电量的不同进行相应细节控制INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HEREIMMD插电混动系统的插电混

25、动系统的CS阶段阶段_HYBRID DRIVE CS阶段HYBRID DRIVE控制实际分三个区间：SOCSOChigh：Hybrid Assist和Hybrid Engine Alone两种工作状态之间切换 SOChighSOCSOClow：同EV DRIVE，车辆会进入Intermittent模式 SOCSOClow：Hybrid Charge和Hybrid Engine Alone两种工作状态之间切换26注解：注解：_为Hybrid Charge时的系统综合效率与分别为发动机用于驱动车辆的输出能量和用于充电的输出能量1与2分别为当前Hybrid Charge状态和未来放电时未来放电时驱动

26、电机的工作效率_为电池的充放电效率。注解：注解：_为Hybrid Assist时的系统综合效率与分别为发动机用于驱动车辆的输出能量和电池用于驱动车辆的输出能量为历史平均充电效率_为电池的放电效率IMMD混动构型_CS阶段策略_HYBRID DRIVE驱动INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HEREIMMD插电混动系统的插电混动系统的CS阶段阶段_ENGINE DRIVE CS阶段ENGINE DRIVE控制实际分三个区间：SOCSOChigh：Engine Assist和Engine Alone两种工作状态之间切换 SOChighSOCSOClow：同EV D

27、RIVE，车辆会进入Intermittent模式 SOCSOClow：Engine Charge和Engine Alone两种工作状态之间切换27注解：注解：_为Engine Charge时的系统综合效率与分别为发动机用于驱动车辆的输出能量和用于充电的输出能量_为驱动电机作为发电机发电时的工作效率。注解：注解：_为Engine Assist的系统综合效率与分别为发动机用于驱动车辆的输出能量和电池用于驱动车辆的输出能量IMMD混动构型_CS阶段策略_ENGINE DRIVE驱动INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HERE28Hybrid driveHybrid

28、drive和和Engine driveEngine drive模式下的油耗对比图模式下的油耗对比图 SOChighSOCSOClow阶段，会在EV Drive/Hybrid drive/Engine drive之间切换 Hybrid drive mode 和 Engine drive mode 的切换原则 在Hybrid与Engine两种混动模式中，发动机和电机的工作点也并不是完全由工况决定的 如右图所示，红色区域内Engine Drive的系统综合效率高于Hybrid Drive 说明Engine Drive主要用于巡航和小强度加速等工况 蓝色区域内两者的综合效率大致相等 激烈驾驶等大负荷工

29、况，只有hybrid drive mode可以满足动力性需求，且效率更高IMMD插电混动系统的插电混动系统的CS阶段阶段_INTERMITTENT模式模式IMMD混动构型_CS阶段策略_INTERMITTENTINSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HEREIMMD插电混动系统的能量管理插电混动系统的能量管理 在Hybrid/Engine drive模式中，在原有工况的基础上，控制器通过改变发动机/电机工作点，进一步提升发动机效率，如图：Tips:左图是发动机的万有特性曲线图，颜色冷暖表示了发动机的输出效率。蓝色和黄色的点分别是电池不输出能量时电池不输出能量时的发

30、动机工作点。红色的点是调整后的调整后的发动机工作点。不同模式的工作情况：不同模式的工作情况：Hybrid Drive 模式下，发动机和车轮实际上是机械解耦的，为了让发动机工作在最佳燃油经济性的位置上。驱动电机的需求功率由电池弥补。Engine Drive 模式下，发动机与电机同时驱动，此时让发电机和驱动电机参与调节发动机的工作点，使发动机工作在最佳燃油经济性的位置。29IMMD混动构型_能量管理策略INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HERE2022/11/9MBtechHybrid driveHybrid drive模式下的扭矩分配策略模式下的扭矩分配策略目

31、标驱动功率修正后目标驱动功率（考虑电机扭矩等限制）修正后目标发动机功率目标发动机转速最终目标发动机扭矩目标发电机扭矩目标电机扭矩SOC平衡控制电池功率限制目标发动机扭矩PID修正的目标发动机扭矩按照BSFC算出的目标发动机扭矩 发动机目标功率=驾驶员需求功率+电量平衡功率+附件功率等。根据目标发动机功率，查表最佳效率曲线，得出目标发动机扭矩和发动机转速；最终发动机功率、发电机功率、电机功率会考虑一些约束条件的影响比如电池充放电功率限制30IMMD插电混动系统的扭矩分配插电混动系统的扭矩分配IMMD混动构型_扭矩分配策略INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HER

32、E314日产日产EPOWER增程式构型及策略增程式构型及策略31INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HERE32日产日产EPOWER增程式构型增程式构型_参数参数日产EPOWER增程式构型_参数INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HERE33日产日产EPOWER增程增程控制解析控制解析IMMD混动构型_扭矩分配策略最低油耗点（2370rpm，70Nm）发动机万有曲线发动机万有曲线INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HERE34IMMD混动构型_扭矩分配策略日产日产EPOWER增程增程控制解析控

33、制解析INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HERE35IMMD混动构型_扭矩分配策略日产日产EPOWER增程增程控制解析控制解析_电平衡电平衡INSERT CONFIDENTIALITY INFORMATION HERE365AKKODIS公司简介公司简介36/39Operating in China Since 1995BeijingShanghaiShenyangFuzhouChangshaChengduHefeiWuhanGuangzhou&ShenzhenRegistered entityOfficePlan to extend officesin t

34、hese cities1995Joint research lab between Daimler Chrysler and Institute of China Academy of Science 2006MB SIM Techology(a subsidiary of MBtech Group)2012AKKA and MBtechjoin their forces 2016Creation of new entity:AKKA Technologies Beijing2018MBtech Group became a wholly-owned subsidiary of AKKA Gr

35、oup 2021Adecco Group acquired AKKA Group,AKKA Group and Modis merged into AKKODIS2022Two entities for AKKODIS China:AKKODIS Shanghai Co.,Ltd.&AKKA Technologies(Beijing)Co.,Ltd.Full Engineering Covering On-site SupportWP and Turnkey DevelopmentStrong Technical OrganizationNew Technologies Development

36、Diversification 300+ConsultantsAKKODIS China|presentation37A Long-term Experience in the Automotive IndustryConceptStrategy(Design,Styling)Concept developmentSeries developmentSeriesCustomer RequestTarget customer analysis,target marketsFeasibility studyVehicle profileInternal&External Development A

37、reas INTERIOREXTERIORCHASSISBODYE/EPOWERTRAINTesting&ValidationFull Vehicle IntegrationFunction DevelopmentDigital,Physical ValidationManufacturingCustomer ReceptionProduct LifecycleSOP/FaceliftFaceliftDesign Connection PointAKKODIS China|presentationOur Customers in China AKKODIS China|presentation