1、通用混合动力前尘往事

追溯通用公司混合动力的发展，会令人非常吃惊，它经历过的漫长时光可能远超你的印象。你可能耳熟能详雪佛兰Voltec、凯迪拉克凯雷德、别克君越30H、迈锐宝XL混动、凯迪拉克CT6混动等等车型，但你未必知道这套系统被用于整车前它经历了什么？它是怎样被开发出来的？

让我们从混动的几个时间节点说起。

世界上第一款混合动力汽车由保时捷在1900年开发出来——1900 Lohner-Porsche

世界上第一款功率分流驱动系统由Thompson Ramo Wooldridge Inc.(TRW)公司的工程师在1960年代开发出来。

同一时期的1969年，通用发布了首款混合动力汽车GM512

1993年，美国政府发布了未来汽车合办计划（PNGV，Partnership for New Generation of Vehicles），提出了新能源汽车发展的技术方向：混合动力、电动车、轻质材料、高性能发动机、燃料电池等，希望研发一款油耗为80mpg（相当于约3L/100km）的汽车。这个时候通用汽车搞了一套前桥电机后桥柴油机的并联混动系统，实现了80mpg的油耗值。

图2 跑出80mpg的通用Precept概念车

1995年，通用提交了 “单模输入动力分流”专利。

1999年，通用申请了双模复合动力分流的专利，并将该技术用于公交车上。

此外双模复合动力分流混动系统后驱版（RWD 2-Mode Hybrid）还应用在GMC Yukon、凯迪拉克Escalade、雪佛兰Tahoe等全尺寸SUV上，其中雪佛兰豪放Tahoe更是被称为“代表全球最高水准的运动型多功能车”。

2005年，通用与克莱斯勒、宝马和奔驰一起发起了全球混动合作计划GHC（Global Hybrid Cooperation），共同开发基于AHS（Advanced Hybrid System）技术的混动车，并计划从2008年开始销售。后来克莱斯勒、宝马、奔驰纷纷取消了自己的混动项目，GHC也不了了之。

2007年，底特律车展上，通用发布了雪佛兰Volt概念车。全球首次提出增程式混合动力EREV（Extended Range Electrical Vehicle）的概念。

2015年1月，第二代Volt电驱技术在底特律北美车展上首发，并于2016年10月正式上市。应用了第二代Voltec技术的车型有别克全新君越混动、雪佛兰迈瑞宝混动以及别克Velite 5增程型混合动力等。

图5 通用VoltⅠ和Ⅱ

2、双模混动技术分析

2.1、采用双模混动的原因

通用汽车认为单模输入动力分流（Input-Split），例如丰田普锐斯，在当时主流的变速箱传动比范围内，需要一个较大功率容量的电机来传递发动机全部的能量。而从能量回收角度来看，只需要一个相当于发动机功率三分之一的电机即可。所以采用双模或多模功率分流混合动力系统能够有效降低对电机的要求，同时又能完全的满足驱动和传递发动机功率的需求，这样就大大降低了成本。

2.2、通用双模的设计要求

(1) 要包含至少两个机械点（Mechanical Point）；

(2) 机械点1设置于超速挡，用于高速巡航；

(3) 机械点2设置于低速挡，用于限制加速时电功率比例，以提高效率；

(4) 为保证模式切换的平顺性，在两种模式之间使用同步换挡技术（zero-clutch-speed）

图6 机械点电机转速及电功率比例示意图

2.3、双模前驱混动系统

Volt第一代的前身，通用命名为X25F，是全球第一款前驱的双模动力分流系统。

图7 双模前驱混动X25F剖面图

X25F由2个行星排和4个湿式离合器构成，有4个固定速比，图8是其杠杆图：

图8 双模前驱混动X25F杠杆图

（Lever Diagram）

其中第一个行星排是双行星轮结构，第二个行星排是NGW构型，速比参数和结构简图如下：

图9 双模前驱混动X25F速比参数和结构简图（Stick Diagram）

通用双模混合动力系统采用输入和复合动力分流模式，解决了单模输入动力分流在高速时效率低的问题，有利于降低燃油消耗，X25F的工作模式见表1：

2.4、双模后驱混动系统

除前驱外，通用还开发了用于后驱的动力分流系统，命名为X20R，见图10：

图10 双模后驱混动X20R剖面图

X20R采用了三个NGW行星排，四个湿式离合器，其中两个用于制动器，两个用于结合，速比参数、工作模式、结构简图如下：

图11 双模后驱混动X20R结构简图、速比参数以及工作模式

3、双模产品简介

通用在完成了双模混动的方案设计后开始了产业化应用，首先是纵置后驱系统，从2001年开始一直到现在，通用依托旗下Allison变速器公司，向外提供了大量的后驱混合动力系统；从2005年开始，通用逐渐开始将前驱系统推向市场，例如后来的VoltⅠ和VoltⅡ。

3.1、前驱系统产品

VoltⅠ，通用内部命名为X30F，它基于X25F而来，所不同的是，X30F的Motor B更大一些，性能强一些，同时将X25F的双行星轮行星排删除仅保留一个NGW行星排，有两个离合器和一个制动器，其对比如图12的剖视图，X30的杠杆模型如图13：

  图12                            图13

VoltⅠ或者说X30F是功率分流应用的拓展，全球首款量产的输出动力分流系统，填补了该分流模式应用上的空白。VoltⅠ是真正意义上专门针对三电（电机、电池、电控）进行正向设计的车型，被认为是汽车行业进入电气时代的先驱，也被美国人视为该国新能源技术的骄傲。VoltⅠ的工作模式见表2：

除输出动力分流的VoltⅠ外，通用和戴姆勒克莱斯勒合作开发了AHSF（Advanced Hybrid System FWD），如图14：

AHSF的系统架构如图15：

在VoltⅠ的基础上VoltⅡ终于在2015年初闪亮登场，它被通用称为X39F，有两个NGW行星排，两个电机，一个制动器、一个离合器、一个单向离合器，此外动力到达差速器之前还经过一个简单行星排的减速增扭，其结构简图见图16：

X39F的工作模式见表3：

典型的工作模式在杠杆上的表达如图17：

3.2、后驱系统产品

后驱纵置产品AHS-T，它的整体架构如图18所示：

图18 AHS-T系统架构

其中APM是Auxiliary Power Module的缩写，TPIM是Traction Power Inverter Module的缩写。

基于该架构，通用开发了RWD Truck AHS2混动产品（AHS2既有前驱也有后驱），见图19：

图19 RWD Truck AHS2混动系统

下图是AHS2纵置混动箱概念设计外观和爆炸图：

此外通用还和戴姆勒-克莱斯勒以及宝马合作开发AHSC RWD Luxury混动系统，遗憾的是克莱斯勒、宝马后来取消了自己的混动项目，现在我们仅能看到如下的AHSC概念设计模型：

4、拓展——4模系统

在双模混动的基础上通用还开发了4模系统，使得传动系统的效率更高，通过多种模式的切换可以降低对电机性能的要求，从而匹配较小的电机，达到降低成本的目的。图22是该系统的结构简图。

其杠杆模型和换挡逻辑如图23

不过4模系统的机械结构和控制都过于复杂，严重限制了该系统的应用。目前很多公司和学者已经放弃3模、4模、多模系统的研究和开发，从使用的角度来说，更多模式的功率分流系统的开发也是非必要的。

5、总结

国外很多公司对行星排的理解深刻，运用娴熟，通用更是其中的佼佼者。行星排分析的杠杆理论最初也是由通用的工程师提出。梳理通用的混动发展历程，更多的了解他们对产品的定义，体会工程师们对产品的不断追求。从输入到输出，从单模到双模，从单一分流到复合分流，每一次迭代都是一次提高，每一次提高都有行星机构的身影。