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[二、初代比亚迪DM-i 1.0架构：单档DHT串并联混动](#二、初代比亚迪DM-i 1.0架构：单档DHT串并联混动)
尽管我们目前仍未学习永磁同步电机等交流电机，但每每看到汽车之家上有更新新车参数的时候，我总是分不清各种架构之间的差异和优缺点。比如插混和增程有什么区别？吉利的雷神DHT混动与比亚迪的DMI技术有何不同？为什么现代电车的变速箱档位这么低？
刚好最近简单学习了直流电机，借着这个机会类比分析一下。（注意：本篇文章不能作为参考，因为电车上都是交流电机，只是因为电机都有一定相似之处，定性的讨论一下。若下学期学完交流电机，有可能更新本文。）
一、燃油车的变速箱---变速箱的基本功能：力矩与转速的转换
（1）离合器：发动机与变速箱之间的软连接开关
最简单的变速箱即为手动变速箱，在早期变速箱技术不完善的时候，手动变速箱通常被认为是省油、可靠的象征。随着时代的发展逐渐没落，开过手动挡汽车的人也似乎只存在于驾校了。
这里我以曾经学驾照时候的5档手动变速箱为例：
当你踩下离合的时候，在液压油的"放大作用力"的帮助下，将图中绿色的部分撑开，使得发动机转轴与变速箱转轴断开连接。此时可以轻松的通过档把进行挂挡、换档操作。
换挡结束后松开离合，图中绿色的离合器两片会在弹簧的压力下再次紧紧贴住，即两个摩擦片可以看做牢固的静摩擦，没有相对运动。此时发动机的转轴和变速箱的转轴就可以视作被离合器片结合在一起了。
当由于不当操作或离合器片老化磨损后，两个摩擦片可能由牢固的静摩擦变为动摩擦，即有相对运动了，此时发动机的转动不能很好的传输到变速箱，也就是我们常常说的离合器打滑。
（2）变速箱：扭矩-转速变换器
在这里我们假设变速箱与发动机之间的能量损耗忽略不计。
从上述的公式中可以看出来，在功率一定时（内燃机输出的功率不变的时候，即内燃机转速保持恒定时）车轮上的转速与力矩是成反比的。于是如果想要扭矩大，就必定得让转速小；想让转速高，那么扭矩就必须小。为了适应起步、爬坡、高速等路况，必须设计出不同的齿比组，让内燃机保持高效运行，还能提升乘客的驾驶质感。
- 低速低档位：大齿比→车轮转速低、输出扭矩变大，满足起步 / 爬坡重载；
- 高速高档位：小齿比→车轮转速高、输出扭矩降低，发动机不用拉高转速，维持经济高效区间；
- 即档位越高，齿轮越小；档位越低，齿轮越大。
那么可能有人会问了，你前面不是说在离合器的工作下，发动机与变速箱的转轴是刚性连接的吗？怎么现在又说可以在内燃机转速恒定的时候去改变车轮上的转速与力矩呢？
其实是因为他们属于两根转轴，二者之间只有功率的传输，并没有共用一根转轴。所以离合器耦合的仅仅是上方的一根转轴而已，并没有说还能把变速箱的转轴也刚性连接了。见下图。
二、初代比亚迪DM-i 1.0架构：单档DHT串并联混动
串联指的是内燃机发电->P3驱动电机用电->车轮受力的路线；而并联指的是内燃机与P3驱动电机同时对一根转轴输入力矩，共同驱动车轮。而串并联混动指的是可以根据不同的工况切换串联或者并联动力连接方式。下面我们将详细分析。
（1）DM-i的原理：何时用油、何时用电？
DM-i架构的学名是"单档DHT"。基本所有的车企都有这个技术，而并非比亚迪的专利。只不过比亚迪设计的最佳工况就是城市内频繁堵车的场景，而其他车企可能为了适应更多工况，而设计出多档DHT，就更像以前的多档燃油车结构了，例如吉利的雷神混动系统就是3档DHT架构。
而单档DHT架构，简单来说就是保持离合器结构不变，而把原本后续的变速箱的前1-4档齿轮组都移除了，只剩下最高档5档（即齿轮最小的档位），变速箱结构大幅简化（省钱！），这也是比亚迪售价这么低，被称为工业奇迹的原因之一。
各种工况分析：
（1）纯电模式
当电池处于有电状态（即电量>20%左右），此时内燃机和P1电机都是不工作的，而且离合器片之间并没有被压紧，所以图中红色竖线的左侧相当于根本就没有旋转、没有工作。
此时，车轮上的动力直接来源于P3驱动电机。即P3电机带动图中蓝色齿轮转动，然后
通过这个齿轮耦合到车轮转轴，从而带动车轮运转。
整个过程中只有P3驱动电机在工作!
（2）增程模式在纯电模式工况的前提下，此时电量可能不够用了，但是我们仍然希望直接由P3驱动电机带动车轮运行，该如何做呢？
注意到图中还有一个P1电机，我们把它用作发电机。首先由内燃机带动P1电机的转轴旋转，然后在电磁感应的作用下切割磁感线，从而产生电能直接通过导线传输给P3。然后再由P3驱动电机按照纯电模式的方式运行即可。
如果有富余的电则会补充到电池中充电；如果是急加速则电池与P1发电机同时给P3驱动电机供电。相当于P3驱动电机、电池、P1发电机三者都是并联的。
由于电池的解耦，内燃机可以一直工作在高效区间（比如1600-2600转左右），这是增程模式省油的关键原理。
整个过程中红色竖线线左右仍然是断开的，即离合器片没有压紧。此时的工作是内燃机带动P1电机发电，再让P3驱动电机以纯电运行。
（3）高速直驱模式此时车速长期保持在80km/h以上，车速高，阻力平稳变化小，发动机的高效区间1600-2600转范围内，刚好匹配原本保留的5档齿轮，然后将离合器片压紧锁死，使得内燃机转轴与右侧的简化变速箱直接刚性连接，完美复刻纯燃油车的高档位运行工况。
当需要超车急加速的时候，可能单纯的由内燃机提供动力比较孱弱，于是P3驱动电机同样能从电池+P1发电机中取动力输出到车轮上，因为P3驱动电机和内燃机在同一根转轴上刚性连接了。（且电机的转速更加方便控制，可以由行车电脑直接匹配二者的转速，保证轴可以正常运转）。
当处于滑行、下坡路况时，车自身的重力加速度保持车轮转速，进而带动P3电机工作在发电机模式，这也是我们常说的"动能回收"。
整个过程中，一方面内燃机在直驱车轮；另一方面P1发电机与电池的供电，能让P3驱动机也在直驱车轮。所以总力矩是二者的和力。
（2）为什么只保留最高档位5档？
在低速运行的时候，完全可以只通过P3驱动电机来带动车轮旋转即可，不需要发动机直驱车轮的动力就已经足够了。原本燃油车的抵挡齿比是用来提升力矩的（内燃机的力矩不够带动汽车），即1档2档大齿比能放大力矩、降低转速。而现在你的低速状态直接由交流永磁同步电动机驱动了，电机的驱动天然就可以在低转速的时候输出大力矩，所以抵挡变速齿比就没有用武之地了。
而且由于电机的调速非常容易，只需要改变P3驱动电机的输入电压、电流即可调节转速与力矩，实现无级变速。于是变速箱的作用进一步削弱。
最后为了兼容高速运行时候的内燃机直驱，所以保留了5 档这个超速档（小减速比），同等车速下可以压低发动机曲轴转速，让巡航转速落在 1600～2600rpm 高效省油区间，因此只保留该齿比用于高速发动机直驱。
（3）为什么P1电机的转子是电励磁，而非永磁转子？
主要有以下三个原因：
滑行工况无法按需控制阻力： 永磁转子自带永磁铁，只要转子转动就必然发电、自带拖拽阻力，平路滑行、满电巡航时不需要回收电能，却被迫耗能刹车；电励磁可断电消磁，想发电加励磁、不想发电零磁阻空转，自由切换动能回收。
发动机侧高温环境，永磁易高温退磁： P1 紧靠发动机缸体，长期高热，永磁材料高温会永久退磁报废；励磁电机无永磁体，耐高温、环境适应性更强。
一身二用：启动电机 + 发电机： 冷启动拖动发动机点火时，励磁电机通过调节励磁电流轻松改变输出扭矩，低速大扭矩控制简单、成本低；永磁电机低速启动控制复杂、电控成本更高。
三、横向对比：吉利雷神3档DHT（3档串并联）
通过上述的分析，我们能发现一件事情：在低速城区行驶的时候，一旦亏电了。就得先由内燃机通过P1发电机发电，然后再把这个电输入到P3驱动电机上面去运行，中间经历了两次能量转换：热能->电能->机械能。而能量转换的次数越多，中间损耗就越大，这是我们不希望看到的。
于是工程师们回到了燃油车时代的特点：由内燃机直接驱动车轮，只经历一次从热能->机械能的转换，天然降低了能耗。但事实真的如理想这么美好吗？我们来往下看看。
所谓的3档DHT在结构上仅仅是把比亚迪的DM-i架构中，位于变速箱的部分改成了3个档位的变速箱。
- 1 挡直驱：大齿比，适配 40~60km/h 中低速，用来应对城市快速路、城郊路况，发动机可以在偏低转速接入直驱；
- 2 挡直驱：中等齿比，适配 60~90km/h 国道、环路巡航，发动机落在高效热效率转速区间；
- 3 挡直驱：小齿比，适配 90km/h 以上高速巡航，压低发动机转速，减少高速巡航油耗。
虽然看似很美好，但是这样的设计增加的电控算法的要求：需要不断根据驾驶者的驾驶习惯、油门深度等进行换档，一旦换档不及时就会导致内燃机并没有工作在经济区间内（比如脱离了1600-2600转）反而会增大油耗。同时由于物理档位的换档没有电机直接调速实现"无级换挡"来的更丝滑，所以在市区行驶时候的质感不如比亚迪的增程模式。
不过由于大齿比的存在，在高速、爬坡等路况下发动机可以直驱车轮的更高档齿轮，降低内燃机的转速，从而落在经济区间内。
简单来说：比亚迪的单档DHT架构更加适合市区纯电场景，即使亏电时内燃机依旧工作在经济区间内；而吉利的3档DHT则更适配多种路况，提升高速、爬坡时候的油门响应，不过代价就是低速城区不如比亚迪有质感、不够省油，更加考验厂家自己的调教功力。