发动机3挡、纯电2挡，福田最新P1+P3混动系统深度解析

导读：同样是P1+P3，乘用车常见的做法是发动机保留一个直驱挡，驱动电机也只用一个速比。福田最新发布的轻型商用车P13混动系统，却做到了发动机3挡、纯电2挡。多出的挡位究竟怎样形成，又解决了轻卡的什么问题？

8月24日，福田汽车在科技文化节上发布了新一代轻型商用车“劲混”P13混动系统。

这套系统由一台2.5L柴油混动专用发动机、P1发电机、P3驱动电机和多挡耦合机构组成。福田公布的结构包括4对齿轮、2组犬牙机构、发动机3挡和纯电2挡。三套动力源可以组合出10种工作模式，系统适配的车辆总重最高达到14吨。

P1+P3本身已经是一条成熟的混动路线。P1负责启动发动机和发电，P3负责驱动车轮，发动机也能在合适的工况下直接参与驱动。福田又给发动机和P3分别增加了多个速比。

乘用车可以用一台功率较大的驱动电机覆盖绝大多数低速工况，等车速升高以后，再让发动机通过一个固定速比介入。轻卡面对的情况更复杂。同一辆车，空载和满载时的总质量差别很大，城市配送、国道巡航和长坡行驶，对轮端扭矩和持续功率的要求也不一样。

一套只有一个机械速比的P1+P3，很难同时照顾这些工况。福田增加多个挡位，正是为了扩大柴油机和驱动电机各自适合工作的范围。

福田最新发布的P1+P3是什么架构

P1和P3描述的是两台电机在动力系统中的位置。

P1电机靠近发动机，与发动机保持机械连接。它可以启动发动机，也可以在发动机运转时发电，还能在模式切换过程中帮助发动机调整转速。它通常没有独立的轮端驱动通道，更接近一台启动发电一体机。

P3电机位于变速机构的输出一侧，主要任务是驱动车轮。车辆起步、低速行驶和能量回收，都要依靠这台电机。它承担的驱动任务比P1更重，峰值扭矩和持续输出能力也更重要。

两台电机分工以后，系统可以使用电气和机械两类传动路径。发动机与车轮断开时，P1负责发电，P3负责驱动；发动机建立机械连接以后，又可以和P3单独或共同驱动车轮。P1+P3由此具备纯电、串联和并联能力。

福田为这套系统配了一台2.5L柴油混动专用发动机。柴油机低转速扭矩大，在轻卡常用负载下有较好的热效率，但它的舒适工作区也受到转速和负载限制。转速太低而负载过大，发动机容易进入低效区；高速巡航时转速过高，油耗、噪声和机械损失又会上升。3个发动机挡位用来协调这组矛盾。

福田2024年年报已经把P13混动箱列入研发成果，同时提到混动专用发动机、后处理系统和HCU控制策略。此次公开的轻卡P13，又补充了挡位数量、齿轮数量、工作模式和企业测试数据。

福田尚未给出具体挡位速比和首款搭载车型。实际换挡车速、发动机介入区间和动力衔接方式，还要以量产车标定为准。

四对齿轮怎样形成发动机3挡和纯电2挡

结合福田公开的相关结构方案，4对齿轮的组合方式已经能够还原。

发动机和P3各有一条进入变速机构的动力通道，后半段共用两组输出齿轮。系统通过两组犬牙机构选择动力经过哪一组齿轮，或者让发动机直接连接输出轴。

P3的动力先进入中间轴，再从两组不同速比的输出齿轮中选择一组，把动力送到车轮，由此形成两个纯电挡位。

两组输出齿轮会提供一大一小两个传动比。较大的传动比更适合满载起步、坡道起步和低速行驶，可以放大轮端扭矩，减轻P3电机的电流压力。

车速升高以后，系统可以改用较小的传动比，降低P3转速，减少高速运行时的电损耗、机械损失和热负荷。

发动机的前两个挡位使用同一根中间轴，也共用P3后方的两组输出齿轮。发动机先通过自己的输入齿轮把动力传到中间轴，再选择不同的输出速比，由此得到两个机械挡位。

第三个发动机挡位采用直接连接。进入这个挡位以后，发动机输入端与输出端直接结合，动力不再绕行中间轴。传递过程中经过的齿轮啮合更少，适合中高速巡航等相对稳定的工况。

其中两对齿轮分别负责发动机和P3把动力送入中间轴，另外两对齿轮负责从中间轴向外输出。后面的两对输出齿轮由发动机和P3共用，再加上发动机的直接连接位置，最终形成发动机3挡、P3两挡。

如果发动机3挡和P3两挡各自安排完整的齿轮路径，变速箱会更大、更重，零件数量也会明显增加。福田让两套动力源共用中后段齿轮，用较少的齿轮组换来了更多速比。

两组犬牙机构负责选择这些路径。犬牙结合以后是刚性连接，不需要像湿式摩擦离合器那样持续压紧传递扭矩，拖曳损失较低，结构也比较紧凑。这种机构很适合强调效率和承载能力的商用车混动变速箱。

犬牙没有摩擦片缓慢消除转速差的过程。接合以前，控制系统需要先卸掉部分扭矩，把两侧转速和齿位调整到允许范围，再完成啮合。转速没有对准就强行结合，驾驶员会感到冲击，犬牙端面也会承受较大的载荷。

发动机、P1和P3需要在换挡前后共同完成卸载、调速和恢复扭矩。这套结构能否做得平顺，很大程度上取决于控制策略和执行机构速度。

10种工作模式是怎样切换的

福田把这套系统归纳为10种工作模式。公开资料没有逐项列出全部名称，从机械能力看，主要工况可以归入纯电、串联、并联、发动机直驱、驻车发电和制动能量回收几类。

车辆起步和低速行驶时，P3可以单独驱动车轮。发动机保持关闭，系统根据车速和轮端扭矩选择纯电低挡或高挡。满载起步时优先使用大传动比，车速上升以后再切换到更适合高速运转的挡位。

如果电池电量较低，或者低速工况持续时间较长，发动机可以启动并带动P1发电。此时发动机与车轮没有机械连接，P3仍然负责驱动，车辆以串联方式运行。

串联模式的好处是发动机转速不必跟随车速变化。系统可以让柴油机在效率较高的区域发电，车辆低速走走停停时，也不用让发动机在低效区频繁升降转速。代价是能量经过发电机、电控和驱动电机，多了一次电能转换，持续高速时未必划算。

当车辆进入中速区域，发动机可以选择一个机械挡位参与驱动。系统会先让发动机和目标齿轮的转速接近，再接合犬牙。发动机的动力随后通过中间轴和输出齿轮传到车轮，P3可以同时助力，也可以根据电池状态降低输出。

车速继续升高以后，发动机可以进入直接挡。柴油机的动力更直接地送往输出轴，P3按需求助力或者退出驱动。P1仍然与发动机相连，电池需要补电时，它可以承担发电任务。

车辆减速时，P3反过来成为发电机，把车轮的动能转化为电能存回电池。制动需求较小，系统会尽量使用能量回收；减速度增大以后，机械制动再共同工作。

从纯电转入并联时，系统需要启动发动机、调整转速、选择发动机挡位，再把机械路径接上。发动机声音突然出现、犬牙接合产生冲击或者动力恢复稍慢，驾驶员都会感觉到。

选择不同的输出齿轮时，犬牙需要经过空挡，发动机的间接驱动路径和P3路径都可能短暂断开。公开方案没有给P1安排独立的轮端驱动路径，因此换挡过程中仍可能出现短暂的动力间隔。

控制系统可以通过提前降扭、快速调速和换挡后的扭矩恢复，缩短这个间隔。空载时做好并不困难，满载爬坡或者大油门加速时，传动系统承受的扭矩更大，换挡质量会更考验标定和执行机构速度。

轻卡为什么需要这么多挡位

轻型商用车的工况跨度，远大于多数家用轿车。配送轻卡满载出发和空车返程时，车辆总质量、轮胎滚动阻力和加速需求都会变化。市区频繁起步需要大轮端扭矩，国道巡航又希望发动机和电机保持较低转速。山区运营还会遇到长时间爬坡，对动力系统的持续输出提出更高要求。

如果发动机只有一个机械挡位，速比选择会遇到明显冲突。速比偏大，发动机可以较早参与低速重载驱动，但高速巡航时转速容易偏高。速比偏小，高速效率更合适，低速时发动机又很难直接接入，车辆需要长时间依赖P3电机。

发动机增加到3挡以后，两种间接速比可以覆盖不同的车速和负载，直接连接则适合中高速稳定行驶。柴油机能够在更宽的车速范围内进入机械驱动，也更容易避开高油耗区。

P3的两挡解决另一组矛盾。低速时，电机需要轮端扭矩；高速时，电机需要控制转速。只有一个速比，往往要用更大的电机和更高的峰值电流覆盖低速重载，同时还要承受高速运转带来的损耗和热负荷。两挡可以用机械速比分担一部分任务，降低对电机尺寸和峰值能力的单方面依赖。

多挡还给系统留下了更多运行选择。电池电量较低时，发动机可以根据车速选择更合适的机械挡位，减少串联转换损失。高速超车或者爬坡时，发动机和P3也能共同输出，把柴油机的持续功率和电机的瞬时响应结合起来。

福田公布的企业测试数据是，P13在亏电状态下的综合节油率相对传统车型达到25%至30%，满载0至80公里每小时加速时间为18.3秒，比传统车型缩短36%。这两组数据能够反映福田的设计目标，但测试车型、循环、载荷和环境条件尚未完整公开，不能直接套用到每一条运营线路。

多出的挡位也增加了零件和标定工作。齿轮与轴承要承受长期重载，犬牙要经受反复接合，执行机构还要在高温和振动环境中保持速度与精度。任何一个环节变慢，都会影响换挡时间和冲击。

实际运营中的节油表现，也会受到路线和载荷影响。城市配送中，纯电起步和制动回收使用较多，混动优势更容易发挥。长时间高速巡航时，发动机直接挡的效率更重要。连续山区行驶则要看电机、电控和电池的热管理，以及电量较低以后还能维持多少持续功率。

量产车上市以后，可以重点观察满载亏电油耗、反复换挡的平顺性、长坡持续输出，以及犬牙和执行机构的长期耐久。这些指标更接近轻卡用户每天面对的工况。

它和现有混动架构有什么区别

不少乘用车P1+P3采用单挡方案。低速主要由P3驱动，发动机在中高速通过一个固定速比直驱。机械结构简单，模式切换少，也容易把平顺性做好。轿车和城市SUV的质量变化相对有限，大功率电机可以覆盖较宽的速度区间，单挡方案已经能够满足多数工况。

福田P13保留了纯电、串联和并联能力，再用多个固定速比扩大柴油机与P3的工作范围。它的机械部分更复杂，换来的好处是对空满载变化和持续重载工况有更强的适应性。

商用车市场常见的P2加AMT走的是另一条路线。电机装在发动机和传统变速箱之间，原有的柴油机、离合器和多挡变速箱可以继续使用，产业基础成熟，开发成本也容易控制。由于只有一台主电机，发电和驱动任务需要兼顾，独立串联运行的能力通常不如P1+P3灵活。

功率分流系统则依靠行星齿轮和双电机调节发动机工作点。它可以连续改变发动机转速与车速之间的关系，驾驶感受平顺，但动力在机械和电气路径之间高度耦合，电机转速、系统控制和效率边界也有自己的限制。

福田的多挡P13使用定轴齿轮和离散挡位。选定挡位以后，动力路径清楚，机械传动效率也容易做高；挡位切换时需要犬牙调速，平顺性和动力间隔是开发重点。

几种结构很难用一个指标排出高低。P2适合继承成熟动力总成，功率分流擅长平顺地调节发动机工作点，单挡P1+P3强调简洁，多挡P1+P3更照顾载荷和车速的大范围变化。车型用途不同，合适的选择也会变化。

福田自己的产品已经体现出这种多路线并行。2023年发布的FHS混动技术平台同时覆盖P2、功率分流、P1+P3、P1+P2和增程方案，面向轻卡、重卡、微卡、皮卡和VAN等车型。

从现有产品和FHS技术平台判断，福田今后会继续采用多套混动架构。多挡P13更适合载荷变化较大的轻卡，P2可以继续利用成熟的柴油机和变速箱，偏乘用化的皮卡已经用上多挡DHT。VAN则会根据续航、补能和运营路线，在纯电与混动之间选择。

福田尚未公布后续车型的完整动力路线图，上述方向属于依据现有产品作出的工程判断。商用车用途差异很大，福田也没有必要把所有车型统一到同一种混动结构。

福田已经给出了25%至30%的亏电节油率和18.3秒的满载加速成绩。首款量产车上路以后，满载换挡是否平顺、长坡输出是否稳定、真实线路能节省多少燃油，会决定这5个挡位能否从发布参数变成用户愿意买单的能力。

主要资料来源：

1. 福田汽车《FHS混动技术品牌及全系混动产品发布》；

2. 《北汽福田汽车股份有限公司2024年年度报告》；

3. 中国经济网《七大技术成果亮相，福田汽车展示科技核心竞争力》；

4. 福田汽车混合动力系统相关专利CN119305382A；

5. 福田火星7 PHEV官方车型配置。