干货 | 5000字长城Hi4-Z电混系统

继Hi4、Hi4-T之后，长城汽车又推出了针对『泛越野』场景的新电混系统——Hi4-Z。十分有趣的一套混动动力总成，今天我们依旧没有废话，只谈干货，内容较长，自制版权图片，我们开始。

Hi4-Z的构成：初看之下，『油电』厉害

我们先来简单地了解一下Hi4-Z：

Hi4-Z前桥实拍

Hi4-Z的前桥由大马力混动专用发动机和大功率P2电机组成驱动单元，变速机构为高度集成的『功率分流+3DHT』，当然还有控制发动机介入驱动的离合器。

坦克500Hi4-Z的2.0T混动专用发动机实拍

在首发车型坦克500Hi4-Z上，采用的是2.0T混动专用发动机（采用米勒循环、低压EGR等节能技术，最高热效率40%）最大净功率和净扭矩分别为180kW和380N·m。据悉，后续还将有热效率超38.5%的3.0T混动专用发动机。此外，P2电机的最大功率为215kW，最大扭矩为400N·m。

Hi4-Z后桥实拍

Hi4-Z的后桥由大功率P4电机配合两挡变速机构构成。

在坦克500Hi4-Z上，P4电机的最大功率为240kW，最大扭矩为415N·m，此外，前后电机皆采用800V系统技术，电机效率达到 97.5%。此外，后桥的变速机构可提供轮端扭矩约20倍的放大。

Hi4-Z架构实拍

此外，Hi4-Z的大容量电池以及电控系统被布置两条大梁的中间。

在坦克500Hi4-Z上，采用的是三元锂电池方案，整包能量密度达到178Wh/kg（电芯密度达到234Wh/kg），电池容量为59.05kWh，WLTC工况下纯电续航201km，最大快充功率可达163kW（3C），15分钟即可实现电量30%-80%。此外，电控系统采用第三代碳化硅（SiC）半导体技术，电控系统效率提高到 99.5%。

坦克500Hi4-Z实拍图

综合表现上，暂以坦克500Hi4-Z（2.0T首发车型）为例，在前后桥三擎共同驱动的情况下，系统综合最大扭矩可达到1195N·m，爆发863匹马力，在裸车车重近3吨的前提下，坦克500Hi4-Z的零百加速竟然是『4秒级』。

500Hi4-Z预售发布会

同时，在『功率分流+3DHT』以及大电池的加持下，WLTC综合油耗达到0.71L/100km，馈电油耗8.6L/100km，在官方的实测中，城市油耗实测在7L/100km以下，高速油耗在10L/100km以下，综合续航超过1100 km。

Hi4-Z结构示意图（仅供参考）

从Hi4-Z的基本参数来看，我们会发现这套系统有着几个特点：

· 动力『油电野』：不同于仅追求经济性的单挡或多挡电混总成，Hi4-Z依旧保持着前后桥皆给驱动单元，同时量也是给的很足。混动专用发动机从2.0T起跳，并非功率仅为100kW左右的1.5L/T，前后电机功率皆是215kW起，着实传承着较高的越野可能性；

· 能耗『油电低』：动力野，但Hi4-Z的油耗却不高，以上的参数中，可以看出，大电池带来了超过目前同级车型的纯电里程，同时，『功率分流+3DHT』变速模块还带来更低的油耗，而这将是下文展开的重点。

Hi4-Z的变速机构：创造性的功率分流

其实光Hi4-Z的这套变速机构，我也是研究了好久，考虑了很久。至今也不能说是100%的搞懂。同时，又花了好几天思考如何能为广大读者和粉丝做解释。思前想后，我觉得我们还是将『功率分流+3DHT』这个模块先拆开分析，然后通过工作模式来结合解释。

在开始前先叠一层甲，以下内容仅代表个人观点，欢迎大家理性讨论。

功率分流模块：『单』电机，分布式

相信大部分读者多多少少有一些耳闻，其产品多被大家称为E-CVT。E-CVT最大的特点，同样也是最大的作用在于，利用电机的调控，使得发动机能长期地在最佳热效率工况下运行，从而达到省油的效果。

THS的简化结构示意图（仅供参考）

大家最为熟悉的功率分流系统应该就是丰田的THS。其由行星齿轮组与两个电机组成，行星齿轮组（行星排）中的组件（太阳齿轮、行星齿轮、行星支架、齿圈）分别与发动机、电机相连。

功率分流组件关系示意图

THS的实质是，通过双电机来调节发动机与轮端的转速和扭矩，以保持发动机可以在最佳工况下工作。从上图中，我们可以看出，发动机和双电机在工作时，处于一种跷跷板式的平衡。发动机为挑动跷跷板的杠杆，而杠杆两头（即双电机）则始终想要将发动机的转速保持在绿色区域内。

这里我们要注意两个点：

· 双电机：不只是丰田的THS，包括此前我们也详解过的福特混动系统，皆采用了双电机；

· 非解耦：包括THS在内的大部分功率分流模块，其动力单元之间并不能独立断开，介于这点，发动机与电机之间便存在着相互限制的情况。

所以，类THS虽然省油，但在『高车速时的再提速』以及『低速高扭需求』两种大负荷工况下，动力单元相互牵制，发动机光吼使不上劲。

Hi4-Z前桥变速机构实拍

Hi4-Z的功率分流模块可以说是另辟蹊径。

首先从组件上来看：

· 『单』电机：Hi4-Z的前桥采用单行星排配合P2单电机，看似是舍弃了THS中的MG1，其实不然，那Hi4-Z是如何实现调速和调扭矩的呢？我将在下一章工作模式的『功率分流模式』中详解。这里还要注意点，P2电机的功率（215kW）较类THS的系统要大；

离合器与集成转子（内含行星排）特写

· 分布式：Hi4-Z的P2单电机不像THS那样，将行星排与电机放在同一个壳体内，而是将两者分离，然后采用集成嵌套的方式，将行星排的做成了转子（行星排的外壳包裹永磁体），而且还不只如此，下章揭晓；

拨叉（含滚轴丝杠）与锁止机构特写

· 可『贯穿』：功率分流模块与3DHT模块之间一组锁止机构配合工艺非常精密的滚轴丝杠机构，使得两个模块实现脱离，让发动机或P2电机产生的动力可以『贯穿』功率分流模块，直接输入到3DHT模块。通俗地理解就是，通过滚轴丝杠将功率分流模块挂起，让其成为策略卡牌游戏的中的『辅助拐』，随时准备进行能量的调度。

说实话，Hi4-Z的这个滚轴丝杠，无论是设计思路，还是加工工艺上（丝般顺滑），都是让我印象最为深刻、由衷佩服的组件。

简单地说，Hi4-Z与类THS在结构上最大的不同在于：Hi4-Z只有一个电机，并且各个动力单元相对分离，脱离了跷跷板式的动力限制。

THS与Hi4-Z行星排连接的区别示意图（仅供参考）

然后我们再从Hi4-Z这套功率分流模块的连接来看，其太阳轮连接了P2电机，而由于没有第二个电机，故此，外齿圈则连接到了3DHT模块中的平行轴（后续我们会看到，即是3DHT模块中的输入轴）。从这里我们也可以看出，从某种意义上来说，Hi4-Z各个动力单元是可以完全解耦的。

三类功率分流原理示意图（仅供参考）

说完了不同，我还想说一下Hi4-Z与THS的相同之处，那就是同样的省油。

因为从该模块的连接路径来看，其逻辑依旧符合输入式功率分流的逻辑，所以只要处于功率分流的工作模式下，整套电混系统都将榨干每一滴燃油的能量。而且位于前后桥各有一个电机，那么是不是和THS又有逻辑上的相似呢？我们在工作模式章节会详解。

Hi4-Z的3DHT总成轴系特写

可惜的是，功率分流模块属于高度机密，我至今也没有见过该模块的具体拆解组件，相信后续还是有机会一睹真容的。不过，官方对3DHT模块的展示十分大方。所以，我们接着来看这个模块。

3DHT模块：3根轴，4挡位

3DHT模块的结构还是比较清晰的——3根平行轴，四个挡位：

3DHT模块总成实拍示意图（标注仅供参考）

· 3根轴：输入轴的动力来自两部分，头部的第一花键连接的是行星架，即是接受发动机的动力，而第二个花键连接的是外齿圈，接受的是功率分流的动力；输入轴与中间轴有着对应的挡位齿轮，在中间轴上实现挡位的切换；变速后的动力到达输出轴，通过主减齿轮前往轮端；

· 4挡位：3DHT一共有四个挡位，其中3个为前进挡，1个为倒挡。挡位的切换是通过中间轴上的换挡机构来完成，其包括2组同步器和2组拨叉完成。据悉，3个前进挡位分别为低速挡（1挡，20倍左右），中速挡（2挡，7倍左右）以及高速挡（3挡，3倍左右）。

3DHT中间轴总成实拍示意图（标注仅供参考）

其实，换挡的工作原理相信大家也比较熟悉，而我也在此前详解长城柠檬混动时说得非常清晰了，以2、3挡切换为例（方向为图片示意），拨叉拨动同步器，向左3挡（没有玩梗，我确定），向右2挡。而另一组拨叉机构向右波动时，车辆便进了倒挡。

换挡拨叉（倒挡）与换挡电机特写

还需要提一嘴，用于换挡的拨叉机构采用的是电机，而非液压，所以，换挡的精度更高，说人话就是，换挡更丝滑。功率分流与3DHT相结合，故此，Hi4-Z的工作模式便会更复杂一些。

Hi4-Z的工作模式：多模式，细标定

Hi4-Z工作模式示意图（动图，仅供参考）

除倒挡和制动能回收模式，官方标定了9种工作模式。为了方便大家理解，将其汇总为5大基本模式，分别是纯电、串联、并联、直驱和功率分流。接下来我们一个一个来分析：

Hi4-Z纯电模式示意图（动图，仅供参考）

首先是比较简单的纯电模式，可细分为前驱纯电、后驱纯电以及四驱纯电。

前驱纯电模式下，动力电池供电，P2电机将动力穿过功率分流模块（推测是行星架输入，外齿圈输出），直接到达3DHT模块，按官方给出的示意图，一般会使用2挡输出，但不排除进1、3两挡的可能，最终输出至轮端；后驱纯电模式比较简单，P4电机输出动力，通常以2挡输出至轮端。在极限越野情况下，使用约放大20倍轮端扭矩的1挡。四驱纯电模式则是双电机同时驱动车辆，原理同前，不做赘述。

Hi4-Z串联模式示意图（仅供参考）

串联模式模式的逻辑也不复杂，离合器闭合后，发动机的动力通过『外挂』的功率分流模块（推测依旧是行星架输入，外齿圈输出）驱动P2电机进行发电，产生的大部分电能通过电控供给给P4电机进行驱动，此时车辆是后驱。若P2电机供电量不注意满足后桥电机的驱动需求，动力电池也会进行补充。

Hi4-Z直驱模式示意图（仅供参考）

直驱模式下，发动机的动力通过功率分流模块到达3DHT模块，此处官方的示意依旧是2挡输出，个人认为这种标注还是合理的。

因为直驱巡航的速域范围一般是比较固定，且比较窄，Hi4-Z的2挡差不多就是传统变速器的巡航挡，若是要转速或扭矩的补充，那便可以切至并联模式。当然啦，我制图时也将1和3两个挡位也做了标注，不排除可能切换的可能，特别是3挡的可能性，还是比较大的。

Hi4-Z并联模式示意图（动图，仅供参考）

并联模式也可细分标定为两种，两驱（前驱）模式和四驱模式。两驱并联的逻辑，可以参考上面的直驱模式，只是此时多了P2电机的助力；而四驱模式则是P4电机一起加入，三擎联动，兄弟齐心，其利断金。这里官方有个细节标注，后桥标注为1挡，也就意味着，四驱并联模式只为应对极限的脱困路况而标定，也就是常见的『L挡』。