在这篇文章中，我们将探讨不同轻混系统的构型差异，研究汽车不同装配位置上电机驱动的控制功能可行性以及燃油经济性和操控性的优缺点。
阅读下面的内容，让我们回忆混动汽车不同的类型和是哪些部件构成了轻混系统：
理解微混、轻混、全混和插混车辆
轻混电动（MHEV）车辆介绍
通过构型、拓扑结构和配置，我们理解汽车上混动系统主要部件的位置。
由于电气系统与车辆其余部分之间的唯一机械连接是通过电机完成的，因此MHEV架构基本上由电机的位置和与动力系统/传动系的连接类型（皮带、起动机或齿轮啮合）来定义。
由于以下原因，对于微混架构来说，48V电气系统已经变成了工业标准：
相对容易集成到现有车型平台上
模块化、安全和空间紧凑
轻混系统部件占用空间相对较小，所以系统增加的重量是可控的
从成本来说，燃油经济性和扭矩倍增性的改善是有竞争力的
除了曲轴前端直接安装起动机（本田IMA和梅赛德斯奔驰BlueHybrid），在这篇文章中提到的所有轻混系统都是基于48V系统。
在如下几个方面，轻混系统的动力构型显著地影响了汽车的特性和特征：
集成成本
燃油经济性
动力表现（动力系统扭矩改善情况）
主机厂和一级供应商目前分析和评估了轻混系统的几种主要构型。
相对其他部件，依据电机的不同位置，可以划分为5个主要位置：
▲MHEV 轻混动力系统5种构型
下表简单描述了电机不同连接点而形成的不同构型：
P0电机通过皮带连接内燃机驱动其他附件(FEAD)
P1电机直接连接到内燃机曲轴上
P2电机和发动机或变速箱间接连接（通过皮带）或直接集成，电机和内燃机解耦并和内燃机有相同或转速的倍数
P3电机通过齿轮啮合与变速器连接，电机与内燃机完全解耦，且电机转速是车轮转速的倍数
P4电机通过齿轮啮合在后桥上连接，电机与内燃机完全解耦，电机固定在后桥上或者固定在轮毂中
需要注意的是，P0和P1的电机不能与内燃机断开；而P2、P3和P4可以通过离合机构与内燃机断开。
皮带轮发电起动机构型（P0）
大家都知道源于皮带轮启动发电机的iBSG构型，这种48V轻混拓扑在现有车辆结构上是影响有限、成本最低的方案。
在混动技术应用中，有两个主要由成本驱动的技术路线：对现有架构影响最小的方案和高压电池方案，为了使整合成本最小化，汽车和变速箱架构需要按照现有车辆相同的方式被保留。
因此，最简单、成本最低的方案是现存的皮带轮驱动、取代12V的48V方案。
▲P0架构轻混启动发电一体机
在BSG的P0构型中，内燃机和电机不能被分开，他们通过皮带机械连接在一起。
因此，这个构型的缺点之一就是当电机发挥增加扭矩功能或者回收电能功能时，发动机的摩擦阻力会损失掉一部分电机功率。
BSG构型轻混的技术特征总结在下表中：
电机参数最大扭矩： up to 50 Nm
最大功率： 12 … 14 kW
持续功率：2.5 … 3.5 kW
效率：up to 85%
燃油经济性提升NEDC：10 … 12 %
WLTP：7 … 9 %
混动模式（功能）空转启停
动启停
发动机负荷变化
扭矩辅助
扭矩倍增
滑行
能量回收
制动能量回收
优势集成成本低
电机空冷或液冷
整体式逆变器（带电机）
电机接口模块化
电机与ICE之间的速度/扭矩比可能会降低电机的功率需求
劣势皮带轮驱动的扭矩容量有限
曲轴不能解耦影响能量回收
总体特征
扭矩提升能力:中等(受皮带滑移限制，耐用)
电能回收：较少(因发动机损耗)
驾驶性能改进:中等(由于扭矩提升有限)
纯电驱动：无法实现 (由于扭矩和皮带驱动有限)
简单的组件集成，对其他组件的影响有限
系统效率:中等(主要由于FEAD上的皮带驱动集成)
iBSG MHEV结构对前端辅助驱动(FEAD)的设计有着重要的影响。皮带的耐久性需要提高，以维持更高的扭矩和更多的发动机开关周期。
可变皮带张力必须提供:
通过曲轴增加扭矩(从电机到发动机的扭矩)
在能量回收过程中增加张力(从发动机到电机的扭矩)
减少正常行驶时的张力(以减少摩擦损失)
发动机的噪声、振动和粗糙度(NVH)以及发动机曲轴主轴承的耐久性也受到很大的影响。
目前，所有48V B SG MHEV系统仍然使用12V起动机。原因是冷启动发动机，特别是发动机长时间不启动后，需要高电机转矩(由于发动机摩擦大)。
这是对BiSG的一个限制，因为可以传输的扭矩量受皮带滑移的限制。改进FEAD皮带设计，增加耐用性，12V启动器可取消、48V电机可执行全部功能。
MHEV的一个例子是新型奥迪A8，它采用48V的电力系统。
▲Audi A8 48V MHEV
DC/DC转换器
低压电池（12V）
高压电池（48V）
48V皮带轮起动机
3.0TFSI内燃机
还有大量的一级供应商，他们可以提供48V P0轻型混合动力系统，准备集成到汽车应用中。
法雷奥48V轻混系统
▲法雷奥48V轻混系统构成
动力控制单元PCU
14V电池传感器
集成8-12kW/5Nm峰值数据的BSG电机和控制器
DC/DC转换器，60V/12V，5kW
48V电池，200 – 600 kJ
博世48V轻混系统
▲博世48V轻混系统和能量回收系统部件构成
12V低压电池
DC/DC转换器
起动发电一体机
48V高压电池
大陆48V轻混系统
▲德尔福48V轻混系统
控制器和电机二合一系统
DC/DC转换器（48V/12V）
锂电池
德尔福48V轻混系统
▲德尔福第二代48V轻混系统
48V辅助系统：
电机/发电机：停车、启动时启动发动机，为车轮提供动力;之后，它会在刹车时给电池充电
E-charger(电动空压机)：在远离停车的情况下提供升压，补充排气涡轮增压器，消除涡轮滞后
48 V系统：
48伏逆变器:将直流电池电流转换为交流电流，为电机供电
48伏锂离子电池:储存制动过程中再生的能量，用于以后的车辆动力
电池控制器:调节电池的充电状态
配电箱:内置保险丝
12V系统：
DC/DC转换器：将48伏转换为12伏
12伏电池：你的老朋友，但更小
12伏配电中心：为中央控制台、座椅和窗户以及其他12伏设备供电
48V P0微型混合架构是汽车制造商采用的主流技术，因为它结合了相对较低的集成成本和可观的CO2减排和动态性能提升效益。
曲轴固联电机（P1）
P1的结构是将电机直接连接到曲轴上，这是本田在他们的第一代集成电机辅助 Integrated Motor Assist（IMA）技术中采用的解决方案。
电动机在车辆减速时起发电机的作用，在发动机启动时起发动机的作用，在车辆加速时起电动机(辅助发动机)的作用。
▲轻混P1架构：集成式起动和发电电机ISG
这种解决方案最大的优点之一是，电机可以提供比BiSG更高的扭矩，因为没有皮带限制(由于滑动)。
但是由于电机与曲轴之间没有转速/转矩比，所以对电机的转矩要求是比较高的。
P1 MHEV 轻混架构的两个应用实例：
本田Insight混合动力2009(集成马达辅助技术)
奔驰S400蓝混合动力2010
▲本田集成电机辅助(IMA)的轻型混合动力系统
例如，本田Insight 2009轻型混合动力系统曲轴电机的主要特点总结如下表：
电机参数曲轴端最大扭矩： 34 Nm
峰值功率：10 kW
最高效率：94%
混动模式
（功能）
空转停转
动停起动
发动机负荷变化
转矩协助(填充)
转矩提升
惯性滑行
能量回收
制动再生
优势效率较高
12V启动器可以拆卸
劣势输出扭矩被电机尺寸所限制
受发动机摩擦损失影响的能量回收
对现有车辆架构的影响很大
电子元件整体成本较高
电机不可能进行空气冷却
总体特征
扭矩提升能力：高(如果电机有能力)
电能回收：中等(因发动机损耗)
传动性能改善：中等(取决于电机的扭矩能力)
电气蠕变/驱动：可能(取决于e-machine的扭矩能力)
包络空间：困难的组件集成(为该体系结构专门设计的动力总成)
系统效率：高(无齿轮啮合或皮带损耗)
▲梅赛德斯-奔驰 S400 BlueHybrid (MHEV)
与P0相比，P1轻型混合架构的主要优势是去掉了皮带传动。这意味着效率提高了一点(没有更多的皮带损耗)，电机扭矩在振幅和响应方面可以更高(没有更多的皮带滑移)。
这种轻型的混合拓扑所执行的功能(模式)与BiSG (P0)类似，但是，总体而言，P1配置有两大缺点：成本更高、对现有车辆架构的影响更大。
因此，汽车制造商和系统供应商没有意愿发展这种曲轴安装一体化启动发电机解决方案的MHEV应用。
传动系侧电机MHEV架构
P0和P1两种轻型的混合动力构型配置都在发动机一侧安装了电机，不存在机械断开的可能性。
这使得扭矩提升和能量回收不是很有效，因为扭矩损失。此外，在滑行过程中，发动机关闭时回收电能是不可能的。
P2、P3、P4三种混合动力结构在能量流效率方面更优，主要是因为电机的定位位置。
在这些类型的配置中，电机位于传动系连接装置(离合器)之后，位于传动装置的输入轴(P2)上，位于传动装置的输出轴(P3)上，或位于后差速器(P4)上。
MHEV P2 architecture – side EM
MHEV P2 architecture – integrated EM
在P2配置中，电机可以侧接在变速器上，通过皮带连接，也可以集成在变速器上，通过齿轮啮合连接。
P2架构的主要优势是增加了能量回收潜力和额外的混合控制功能(电蠕变/驱动或滑行过程中的能量回收)。
其主要缺点是集成成本较高。
▲MHEV P3 or P4 architecture
在P3中度混合结构中，电机是附加在传输端、输出轴端；在P4架构中，电机安装在后桥驱动或轮毂上。
P3或P4拓扑结构的主要优点是具有最高的能量回收潜力。与P0、P1和P2配置相比，当传动系断开时，在能量再生过程中不考虑发动机和传动损失。
如果配备高扭矩电机，P3和P4结构也具有电动驱动模式(蠕行)的潜力。P4的结构赋予车辆四轮驱动的能力，前桥由内燃机驱动，后桥由电机驱动。
由于电机位于传动系一侧，对于任何P2、P3或P4结构，为了实现发动机的停车和启动，必须在发动机一侧安装另一台电机。该功能可以通过标准增强起动器(12v)或带集成起动器发电机(12v或48v)来实现。
下表总结了P2、P3和P4中度混合架构的主要特征：
电机性能曲轴端最大扭矩：50 Nm
最大功率：21 kW
最高效率：95%
燃油效率NEDC：19 … 22 %
WLTP：14 … 16 %
混动模式
（功能）
怠速停车和起动(如果发动机侧增加电机)
动停启动(如发动机侧增加电机)
发动机负荷移位(通过道路)
转矩协助(填充)
转矩提升
滑行
能量回收
制动再生
电驱动(蠕行)
优点高效率
纯电驱动
四轮/全轮驱动（P4构型）
缺点
发动机停车和启动需要额外的电机
对现有车辆架构的影响很大
电子元件整体成本较高
电机不可能进行空气冷却
总体特征
扭矩提升能力：高(如果电机有能力)
电能回收：高(不受发动机损失影响，部分受传动损失影响)
传动性能改善：中等(取决于电机的扭矩能力)
电气蠕变/驱动：可能(取决于e-machine的扭矩能力)
包络空间：复杂的组件集成(为该体系结构专门设计的动力总成)
系统效率：高(仅齿轮啮合损失)
格特拉克公司正在开发一种用于大扭矩混合动力系统的集成电动机双离合器变速器。
例如，混合动力变体6HDT451基于Getrag Powershift 6DCT451，并使用集成电机在新的NEDC测试中减少10%以上的二氧化碳排放。
该中度混合动力变速箱6HDT451是为前横向安装的轿车和运动型多功能车(SUV)上。总扭矩高达450Nm，可同时协调发动机和电动机的运作。
Getrag Powershift传动箱6HDT451可以很容易地与全轮驱动相结合，并保证启动/停止功能，无需额外的传动部件。
▲Getrag Hybrid Double Clutch Transmission
该变速箱集成了一个高速电机，具有如下特征：
通过改变电机的尺寸实现不同的性能，从中混到插混
电机功率26 - 65 kW(从中混到插混)
电机电压在48 - 400V之间(从中混到插混)
法雷奥也致力于巩固其在电气系统领域的世界领先地位，并进一步加快在该领域的扩张。
Valeo公司的48V电力传动解决方案可以应用于所有车型，包括汽油和柴油发动机。它们特别适合城市轿车和紧凑型轿车，这是欧洲市场上最畅销的汽车。
▲Valeo 48V Electric Rear Axle Drive (ERAD)
在2016年巴黎车展上，法雷奥推出了48V e4Sport轻型混合动力系统，这是一种新的解决方案，旨在提高车辆的动态性能，同时降低内燃机的燃料消耗和二氧化碳排放。
该48v系统由以下几个主要部分组成:
集成式皮带启动发电机(BiSG)
电动增压器
电动后桥驱动(ERAD)
高压电池(48V)
DC/DC变换器(48 - 12V)
48V e4Sport可回收最大制动能量，并将其储存在48V电池中，用于各种用途，如:
增加发动机扭矩，通过启动发电机
使用电动增压器，在加速和升压阶段最大化发动机功率
全电动模式行驶，在低抓地力路面行驶时，通过后桥与48V eRAD连接，提高了性能，有效地将车辆转化为四轮驱动
MHEV系统正在不断发展，朝着48V P4架构发展，集成了电力增压。
▲Valeo’s roadmap for 48V mild hybrid systems
关于MHEV架构的小结：
汽车制造商推出的第一个轻型的混合动力系统是P1，但它们目前正被P0、P3和P4所取代
MHEV的行业标准是基于48V电力架构
P0架构是当前最常用的轻型混合解决方案
由于在减少二氧化碳排放和提高效率方面的优势，市场正在向P4架构发展
电力增压将与大多数48V MHEV集成
微信群分享：
1、AVL 48V Mild Hybrid Systems.PDF
2、48-Volt-Electrical-Systems-Electric-Mobility-engl.PDF
3、Modeling-and-Controls-Development-of-48V-P0-Mild-Hybrid-Electric-Vehicles-SoDuk-Lee-US-EPA.PDF
4、Power Distribution Control Algorithm for Fuel Economy Optimization of 48V Mild Hybrid Vehicle.PDF
5、Ford-Transit-MHEV.PDF
6、2018 SAA Conference - K Riddell.PDF
7、48V Hybrid System from Semiconductor Perspective.PDF
