混动五讲之四：从P0到P4——电机的位置与组合

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平常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动构型。

如上图所示，从P0到P4分别表示的电机布置方式是：

下面分别讨论一下它们的优缺点.

P0与P1这两个位置其实都是传统汽车上已有的布置电机的位置。

P0位于发动机前端附件驱动系统(FEAD)上，也就是普通汽车上的逆变器的位置。这个逆变器是一个发动机前端的小型发电机，与发动机曲轴通过皮带有柔性连接，并且可以通过。在发动机运转时，会有少量的能量传递到这里带动逆变器发电。P0混动就是把这个逆变器换成了一个比较大的电机。

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PowerSteering助力转向，在这里是机械液压助力的油泵，WaterPump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。一些老系统用于控制进气时间的凸轮轴也在这个皮带上。

而P1则位于发动机的曲轴上，就是传统车上启动电机的位置。如下图所示，启动电机一般体积较小，转速较高，通过减速齿轮变速后，以较大的瞬时扭矩带动曲轴和曲轴上的飞轮旋转，之后飞轮以惯性带动发动机进入工作冲程。P1混动将这个电机换成比较大的电机，因为体积受限，就无法使用减速齿轮，而需要放置在飞轮的位置，并且用电机的转子替代了飞轮。

而P0和P1混动，都是用一个电机，实现了发电的逆变器和启动发动机的启动电机的双重功能，从而也简化了结构，它们也分别叫做BSG(BeltStarterGenerator)和ISG(IntegratedStarterGenerator)。因此也可以说，P0混动让逆变器集成了启动电机的功能(但仍然需要飞轮)，而P1混动让启动电机集成了逆变器发电的功能(但仍然需要FEAD)。

(目前大部分的P0混动仍然需要P1位置的启动电机，是因为在冷车时间过长时，皮带电机的扭矩往往不足以启动发动机)

P1混动的集成电机ISG的线圈和转子

在各大厂商开始大张旗鼓得研发混合动力之前，其实BSG和ISG已经作为自动启停系统的一部分使用了挺长时间，如果这些电机以及相连的电池再大一点，能够回收动能并且给发动机加力，那么就可以认为是混合动力系统。

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HydraulischerRiemenspanner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。

P0系统一个重要的优势是，有了功率较大的BSG，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。典型的微混系统——采用超级电容的马自达i-Eloop，即是P0布局。

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

不过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，同时还需要做的比较薄从而能放到原来飞轮的位置，成本较高。

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。

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，布置的形式可以更灵活，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)

直接套在变速箱输入轴上的P2电机

通过皮带或齿轮传动的P2电机

此外也有一些变种，比如荣威550插电混动，实际上是没有传统变速箱的，但通过离合器的切换，实际上电机和发动机既可以在同一轴以同转速耦合后，再选择两条减速路径中的一条共同驱动车轮；也可以分别以不同的减速比共同驱动车轮。这相当于一个为插电混动定制的两档变速箱。

相比于P1，P2有以下几个优势：

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。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，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，现代的混合动力正是采用这种系统。法拉利的LaFerrari混动超跑也是。

现代的P2电机因为扭矩够大，因此直接套在变速箱输入轴上

此外还有一个BSG(现代叫HSG，hybridstartergenerator)

相比采用了无变速箱的丰田HSD和本田i-MMD等强混系统，现代这套系统因为电机和车轮之间有传统液压自动变速箱，在低速电机直驱的时候效率较低，因此在中低速也常常会使用发动机，效率和NVH的控制都稍差。但高速行驶因为主要靠发动机，有了变速箱调速后效率更高，而且动力感受更好。

普通的P2系统(无其他中高压电机)则一般应用于弱混系统，一般采用皮带或齿轮的平行布置方式，这样可以兼容已有的变速箱设计。比如ZF为自己的9AT研发的P2混动系统，电机平行布置，并替代了液力变矩器的功能。这套系统是不需要额外的BSG或ISG电机的，本身P3电机能够实现自动启停功能。

P2布局因为需要有自动切空档的功能，因此不能匹配手动挡，但包括CVT、AMT、双离合、液力变矩+行星齿轮组式AT在内的各种自动挡都可以匹配。

P0和P2是大部分欧洲车企发展48V弱混系统的选择。

三、P2.5与P3混动

在很多文章中，P2.5与P3被统一称为P3布局，但实际上二者还是有区别的，P3是电机在变速箱的输出轴耦合，可以离变速箱有一定距离，更靠近传动轴，一般采用齿轮或链条传动。而P2.5则是直接整合在变速箱内部的。

相比在电机在变速箱前的P0、P1和P2布局，P3最主要的优势是纯电驱动和动能回收的效率。传统车用变速箱都有较大损耗，对于插电混动系统来说因为电驱比例高，尤其是不能忍受的。但P3因为以下的缺点而尚未有实际应用：

下图为典型P3混动结构(链条传动)

不过，理论上来说，P3比较适合后驱车，有充足的空间予以布置。此外，也可以增加P0位置的BSG电机连上高压电，由此变身为P0-P3构型的串并联混动。

实际应用中被人们称为P3的混动构型，其实往往实际上是P2.5。比如大众速腾混动，沃尔沃T5前驱混动，比亚迪秦等等。使用P2.5的方案包含了中混，强混，混合策略插电混动，以及增程式插电混动。

P2.5系统都是基于双离合变速箱的，它很好的利用了双离合变速箱可以在两个输入轴之间切换的特点，将电机集成到了其中一轴(一般是偶数档位的一轴上)上面。这种混合动力更像是P2混动，它拥有三种工作模式：

此外，低速时可以采用电机驱动，也很好得弥补了双离合变速箱拥堵路况平顺性差而且磨损大的缺点。

P4布局最大的特点是，电机与发动机不驱动同一轴，这意味着：1.车辆可以实现四驱；2.电机与发动机实际上是通过地面耦合的，工作性质虽然跟其他简单并联很类似，但在车内部不存在任何机械连接。

P4布局的电机既可以通过链条或齿轮驱动前轴/后轴，也可以干脆就像讴歌NSX混动超跑那样，干脆在这一侧取消轮轴，而是直接用两个轮毂电机，这样一来转弯的性能更高(不过对于电控的要求也极高)，二来省去了轮轴和差速器带来的效率损失和额外车重。如下图所示

P4布局的特性与P3布局大体相似。不过，只有很少数的P4混动，像宝马i8这样，在纯电行驶的时候以电机前驱为主，而在混动模式下则以发动机驱动的后轴为主要驱动轴。大部分P4布局(只有一个P4电机接了高压电)不能随意在纯电驱和纯发动机驱动之间切换，这意味着前后驱的切换，不利于车辆操控性和舒适性。

因此，大部分的P4混动，或者像沃尔沃前驱平台SUV的T8混动四驱和宝马后驱平台轿车的混动四驱一样，另一轴的电机只作为辅助，车辆仍然以发动机驱动为主。为了保证时常有电量驱动另一轴的电机，这两款车同时在发动机的驱动轴也有一个电机，宝马在P0，沃尔沃T8在P2，一来用于启动发动机，二来可以给电池充电，三来也能给前轴。这两个构型可以分别称为P0-P4和P2-P4。

其中宝马的P0-P4构型因为发动机-P0部分可以与车轮断开连接，实现了停车充电的功能，甚至也提供了串联模式，主电机在前轴驱动汽车，而发动机在后轴负责带动P0电机充电。

或者比较特殊的像比亚迪唐这样，以主电机在前轴电驱为主，但用来增程的发动机也放在前轴，后轴只有小电机。这是因为唐的发动机除了增强动力外，还要负责用来增程，而不像宝马的发动机主要是用来增加动力的，因此主电机和发动机放在同一轴。

而其实这种车型也可以采用P1P4布局，主电机在前轴负责主要驱动，后轴的发动机和P1电机在与车轮断开连接后，与前轴电机形成串联模式，在保持前驱的可以由发动机增程。在需要最大性能时再一起驱动。只不过因为比亚迪没有发动机后驱布置的经验，所以无法采用这种路线。

因为不方便纯电驱和纯发动机驱动间的切换，P4的强混是比较少的。