紧跟CT6，通用混动后驱平台已上线
CT6是凯迪拉克品牌在国内主推的后驱旗舰车型。在传统动力的CT6上市销售后不久，CT6 PHEV插电混动版本悄然进入了最新的一批新能源汽车补贴名录。那么今天我们就一起来看一下，这套正式量产的通用集团混动后驱RWD系统到底有何特殊之处。它与集团内的混动前驱FWD系统，甚至丰田的混合动力分流系统有什么区别和过人之处。如下图一所示，上汽通用汽车CT6插电式混合动力汽车进入了《免征车辆购置税的新能源汽车车型目录》（第八批）目录。如下图二、三所示为凯迪拉克CT6插电混动车型在车展展出的刨面解剖车。
首先先来概括一下凯迪拉克CT6的混动后驱RWD系统与雪佛兰沃蓝达Volt的的区别。它们都应用了通用动力分流原理电子可变变速箱，被称为GRE Electrically Variable Transmission。追根溯源，凯迪拉克CT6和雪佛兰Volt的混动系统都源自于通用集团约15年前申请的专利US 6478705，并在最近从新更新了相关专利US 8602938做了更详细的发明申明。一言以蔽之，Volt更注重经济性，CT6更强调“Fun to Drive”驾驶乐趣。我们将在后文系统设计及操作模式中进行详解。如下图所示为通用相关混合动力技术GRE专利2002年与2013年发布版本的比较。可见原理基本相同，只在细节部分进行了调整细化。都是用了两套行星齿轮组（由太阳轮S，行星齿轮架C，内齿齿圈R组成）。发动机ICE、两组电机MGA和MGB及输出至车轮的连接位置基本相同。只是变动了发动机ICE部分的离合器配置。
而通用混合动力系统GRE相比丰田的混合动力系统THS同属动力分流类型。但是细节的操作模式上是有不同的。通用GRE混动系统同时包含两种动力分流模式：输入动力分流Input Split和混合动力分流Compound Split。而丰田THS混动系统则只使用输入动力分流Input Split一种模式（具体的技术细节可以参见后文）。并且两者可谓具有不同的侧重点。通用混合动力系统侧重集团内不同类型新能源车型动力系统的兼容。GRE系统已经具有多个变种应用于插电式混动PHEV车型（如雪佛兰Volt，凯迪拉克CT6），混合动力HEV车型（如雪佛兰迈锐宝Malibu，别克君越Lacrosse），纯电动EV车型（如雪佛兰Bolt）。而丰田混合动力系统THS则更专注于混合动力车型，将其成本和效率比做到最高。因此甚至THS系统中没有使用离合器来控制发动机和两个电机间的连接。结构经过极致的简化，其传统动力车型和混合动力车型具有类似的成本。但同时其性能也在一定程度上受到了限制。比如第四代丰田普锐斯Pruis的一大优化重点就是提升驾驶性能，增强驾驶乐趣。而当你详细研读了后文凯迪拉克CT6的技术特点，你就会发现驾驶乐趣正是通用这套后驱混动系统的优势所在。如下图即为行星齿轮示意图和丰田THS系统连接图。可以看到发动机连在行星齿轮架上，电机1连在太阳轮上，电机2连在内齿齿圈上并作为输出轴。
也许丰田也意识到了现有THS混动系统在一些应用场合的局限性，因此在最新申请的专利中，加入了双模式以及多组行星齿轮加离合器的结构。但是否会应用在普锐斯Pruis或者其他混动车型上则不得而知。下图为丰田新的专利声明中提到的混动系统与第二代雪佛兰Volt混动系统间的比较。可见理念类似，但在发动机和两个电机间的连接上做了不同的设计。
接下来我们就一个一个方面的来具体介绍一下通用这套混动后驱系统的构成及优势之处。
1. 系统设计及操作模式
前文提到凯迪拉克CT6和雪佛兰Volt在混动系统上同源，但是又各有侧重。那么我们就来分析下其中具体的相关设计及操作模式。
先来看看Volt的前驱混动系统。如下图一所示，第二代Volt使用的5ET50电子可变变速箱EVT包括5种工作模式。其中两种为纯电模式EV Mode（发动机保持关闭）和三种增程模式Extended Range Mode（发动机工作，第一代Volt只有两种增程模式）。下图二为Volt混动系统连接示意图以及与实物的对应关系。第二代的Volt由两组行星齿轮组+三组离合器组成（其中一组为自动锁止单向离合器，不需电控）
具体来看的话，下图为Volt的纯电模式示意图。两组行星齿轮的内齿齿圈分别通过自动锁止单向离合器OWC1和离合器锁止至变速箱体并处于静止状态。电机MGA和MGB可通过行星齿轮组PG1和PG2分别以不同的传动比向车轮输出动力。右边即为对应的两种纯电操作模式及对应的车速扭矩区间：单电机EV模式CD1和双电机EV模式CD2。
下图一、二为单电机EV模式CD1和双电机EV模式CD2。两组行星齿轮的内齿齿圈分别通过自动锁止单向离合器OWC1和离合器Clutch1锁止。当车辆处在纯电模式的中低扭矩需求或者后文提到的增程模式的低速低扭区间时，工作于CD1模式。此时发动机和电机MGA关闭。由电机MGB来驱动车辆前进。当纯电模式中出现高扭矩需求时，电机MGA启动，与电机MGB一起联合出力输出更多的扭矩。
相应的下图为Volt增程模式示意图。增程模式下，发动机工作输出的动力通过不同的离合器C1和B1的连接组合将动力传输至车轮。增程模式包括三种操作模式：低增程模式LowExtended Range（属于输入动力分流Input Split模式），固定比率增程模式Fixed Ratio Extended Range（输出传输比固定，此模式没有动力分流）和高增程模式High Extended Range（属于混合动力分流Compound Split模式）。
下图为低增程模式Low Extended Range，主要用于覆盖低速高扭区域。离合器Clutch 2结合。发动机的动力在输入侧向车轮（行星齿轮组PG1的行星架）和电机MGA（行星齿轮组PG1的太阳轮）->电机MGB（行星齿轮组PG2的太阳轮）->车轮（行星齿轮组PG2的行星架）进行动力分流。因此属于输入动力分流Input Split模式。
下图为固定比率增程模式Fix Ratio Extended Range，主要用于覆盖中速中扭区域。离合器Clutch1和2均结合。发动机的动力按固定的转速比输出至车轮，此模式没有动力分流。因此其传输过程避免了电气转换损失，其传输效率最高。电机MGB负责在需要的时候进行刹车能量回收。
下图为高增程模式High Extended Range，主要用于覆盖高速低扭区域。离合器Clutch 1结合。发动机的动力即通过行星齿轮组PG1向车轮（行星齿轮组PG1的行星架）又通过行星齿轮组PG2向车轮（行星齿轮组PG2的行星架）按不同的机械传输比进行动力分流。因此属于混合动力分流Compound Split模式。由电机MGA的协助，发动机的转速和扭矩控制在合理范围内。该模式实现了更高的齿轮比Gear Ratio，从而更适合高速工况。
相比雪佛兰Volt使用的两套行星齿轮组和三个离合器的系统，凯迪拉克CT6进一步增加系统部件，来实现更多的操作模式，并优化前文提到的驾驶乐趣“Fun todrive”。如下图一所示，CT6使用了三组行星齿轮组以及五个离合器。其低速扭矩在低车速区域最高可达5000NM，这使得CT6的静止起步加速性能非常优异。CT6使用的三组行星齿轮组中的两组和Volt类似，都属于简单行星齿轮组。而新增的第三组行星齿轮组则使用了双齿轮类型的行星齿轮组来支持更大的扭矩输出。如下图二所示，左侧为简单行星齿轮组，其行星架只有一组行星齿轮连接太阳轮和内齿齿圈。而右侧的双齿轮行星齿轮组其行星架上包含两组行星齿轮，一组靠近太阳轮，另一组靠近内齿齿圈。
如下图一所示，CT6的操作模式增加到了11种：四种纯电模式及七种增程模式。增程模式中四种动力分流模式EVT1~4和三种固定比率模式FG1~3，相互存在一定的交叠区域。固定比率模式FG出现在动力分流模式EVT之间，用于在不同的动力分流模式间过渡，以及以更高的传输比进一步增加效率减低能耗。具体的传输比可以在下图二中找到对应关系。相应的EVT1和EVT4属于输入动力分流InputSplit模式，EVT2和EVT3属于混合动力分流Compound Split模式。下图一右侧为在发动机转速及车速下不同的操作模式间过渡和切换过程，EVT模式对应电子扭矩转换状态Electric Torque ConverterStates，而FG模式对应同步传输状态SynchronousTransition States。灵活的传输状态使得CT6配备的2.0T涡轮增压发动机能够更好的发挥性能，从而提升驾驶乐趣。由下图二可见具体的操作模式及对应的离合器结合状态。
2．系统组成
凯迪拉克CT6混动系统总功率为335kW，由一台输出功率为198kW的2.0T涡轮增压发动机和两套功率120kW的电机组成。其百公里加速时间为5.6秒。纯电续航里程60公里。电池组为18.4kWh的高压锂电池。百公里油耗为2L。纯电最高时速125公里。下图一为详细零部件在CT6上的位置分布图。系统包括双电机混合动力驱动单元PHEV Drive Unit、四缸2.0T LTG发动机、高压空调压缩机ACCM（HVA/C Compressor）、驾驶舱加热控制模块CHCM（Cabin Heater Control Module）、附件功率模块APM（Accessory Power Module）、发动机控制模块ECM（Engine Control Module）、动力功率逆变器模块TPIM（Traction Power Inverter Module）、高压线束HighVoltage Cables， 车辆接口控制模块VICM（VehicleInterface Control Module）、旅行充电电缆Travel Cordset、充电插口Charge Port Receptacle、高压电池组RESS（Rechargeable Energy Storage System）和车载充电器模块OBCM（On Board Charge Module）。下图二为相应的电气连接原理图。高压电池组RESS由电池状态监控模块VITM（Voltage Current Temperature Module）监控状态，并在紧急情况下由BDU（Battery Disconnect Unit）断开高压电池与电气网络的连接。同时电池组内还包含一个手动服务分离开关MSD（Manual Service Disconnect）。高压电池组的状态会通过车辆接口控制模块VICM与对应电控模块进行通信。车载充电器模块OBCM用于给高压电池组进行充电。附件功率模块APM用于由高压产生12V电压，为低压电气网络进行供电。混合电动加热器HEH（Hybrid Electric Heater）对驾驶舱以及高压电池组等部件进行加热控制。高压空调压缩机ACCM由对应的功率逆变器模块PIM控制进行制冷。相应的动力功率逆变器模块TPIM内含三个功率逆变器模块PIM分别对电子可变变速箱EVT中的两组电机Motor A和MotorB以及机油泵进行控制。
3.优化的混合动力电机
凯迪拉克CT6与雪佛兰Volt都是用了通用GRE混动系统最新一代的混合动力电机。新一代的电机在其定子和转子部分都做了深入的优化来实现更低的噪音和更少稀土磁性材料使用。新一代的电机定子使用了长方形的绕线结构来取代传统的圆形绕线结构，通用称为条状绕线Bar Winding。这使得其直流阻抗减低以及具有更好的散热特性。优化了电机性能的同时，其噪声得到了大幅降低。大家乘坐高铁想必有留意过列车启动加速时明显的电机噪声，甚至明显能从噪声感觉到不同的车速。这个噪声有很大程度是由于大电流流过定子绕线造成绕线一定程度的高频振动造成的。条状绕线Bar Winding的特殊设计使其声学振动更小。下图一的电机Motor A为感应电机，不需要采用稀土磁性材料。从而大幅降低了成本。左侧为未采用稀土的钢材质转子，右侧为采用条状绕线Bar Winding的定子。下图二的电机Motor B为永磁同步电机。虽然使用了稀土磁性材料，但是大幅减小了用量。相比第一代Volt的永磁同步电机，稀土磁性材料用量减少了40%。使用优化的设计，稀土磁性材料被重点用于对高温退磁敏感的边界部分。左侧为采用条状绕线Bar Winding的定子。右侧为采用优化V型设计减少稀土磁性材料用量的转子。
4.灵活的高压电池组
雪佛兰Volt装配的高压电池组为T型，而下图所示凯迪拉克CT6的电池组由3段96S2P电池（96个电芯Cell，每个电芯包含2个电芯对Cell Pair）组成。可见通用集团可以按照不同车型的结构要求灵活配置高压电池组的外形和容量。下图中3段96S2P电池组成的电池组由电池状态监控模块VITM（Voltage Current Temperature Module）监控状态，并在紧急情况下由BDU（Battery Disconnect Unit）断开高压电池与电气网络的连接。内部还包含必须的高低压线束以及散热管Thermal Plumbing。电池组的外部由高压压铸铝板进行相应的保护（HPDCAl Covers/Structure/Tray）。下图二为凯迪拉克CT6组装后的高压电池组效果图。
如下图一、二所示按照车型结构的需要高压电池组被安装凯迪拉克CT6的后排座椅之后的行李箱位置。
为了灵活配置电池组的外形和容量，相应的电池组按照电芯进行了模块化的设计。并在电芯间加入了水冷散热鳍片。下图一为电芯间加入的水冷散热鳍片。下图二包含水冷散热鳍片和电芯的电芯模组。下图三为电芯模组组装成电池组的组装示意模型。下图四为一段组装好的电池组
5.驱动及控制模块细节
首先来看一下驱动双电机的动力功率逆变器模块TPIM。在第二代雪佛兰Volt车型中采用了电机与TPIM集成的方式。如下图一Volt 5ET50电子可变变速箱集成了TPIM和两个电机Motor A和B。相应的由于凯迪拉克CT6采用了功率更大的电机以及纵置后驱的布置，因此其TPIM独立放置于发动机的侧面，与电子可变变速箱中的电机分离开来布置。下图二为凯迪拉克CT6动力功率逆变器模块TPIM。下图三为相应TPIM采用的双面水冷IGBT模组以及直流支撑DC-Link电容。
下图一所示为凯迪拉克CT6所装配的附件功率模块APM（AccessoryPower Module，图中上半部分）和车载充电器模块OBCM（On Board Charge Module，图中下半部分）。下图二为相应的性能参数，该APM模块功率为1.8kW，OBCM模块功率为3.6kW。
如前文提到的凯迪拉克CT6的电子可变变速箱使用了5个离合器，为了控制相应的离合器下图为对应的变速箱控制模块。变速箱控制模块基于电磁阀以及液力传动系统来控制对应的离合器进行结合断开操作。其中包含了6个开关电磁阀ON/OFF Solenoid以及1个主线压力控制电磁阀Line Pressure Control Solenoid（又称VFS阀）。这一点和传统的自动变速箱的控制器相类似。
综上所述，我们通过操作模式、系统组成、电机、高压电池组和驱动模块等多个细节详细分析。了凯迪拉克CT6 的混动系统。通用混合动力系统侧重集团内不同类型新能源车型动力系统的兼容。CT6PHEV插电混合动力汽车就是通用GRE混动系统在高端后驱运动车型上的应用。相对于Volt更注重经济性，CT6则更强调“Funto Drive”驾驶乐趣。相信随着CT6 PHEV插电混合动力汽车进入新能源补贴名单，很快将在路上见到这款强调“Fun to Drive”驾驶乐趣的新能源车。