路虎攬勝運動版混合動力新技術(一)

◆文/北京 安海權(quán)

路虎攬勝運動版混合動力新技術(一)

◆文/北京 安海權(quán)

一、混合動力簡介

1.概述

路虎(Land Rover)于2014年推出混合動力車型，本文以2015款攬勝運動版為例做詳細介紹。路虎混合動力電動汽車(HEV)為并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)，車輛驅(qū)動可完全由3.0L V6柴油發(fā)動機或電機-發(fā)電機(MG)提供，或同時由兩者提供。MG包含一個轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子通過花鍵連接至變速器輸入軸。MG轉(zhuǎn)子和發(fā)動機飛輪由多盤離合器總成k0分隔。當離合器接合時，發(fā)動機耦合到MG；當離合器打開時，發(fā)動機與MG分離。混合動力系統(tǒng)相關部件如圖1所示。

圖1 混合動力系統(tǒng)相關部件

路虎2015款攬勝運動版HEV車型有以下特點。

●可通過左側(cè)和右側(cè)的Hybrid標牌來識別車輛；尾門上也有一個Hybrid標牌。

●全地形反饋適應系統(tǒng)開關組包含一個額外的“EV”開關。

●發(fā)動機是配備TSS ECO(智能停止/啟動)系統(tǒng)的SDV6 3.0 L柴油發(fā)動機，它沒有配備12V發(fā)電機。仍配有12V蓄電池和12V電源啟動機。

●車輛12V蓄電池通過直流-直流轉(zhuǎn)換器(EPIC)由來自高壓系統(tǒng)的電源充電或支持。

●車輛電氣系統(tǒng)中安裝有額外的混合動力CAN總線，車載12V系統(tǒng)的其余部分通常與非混合動力車型的結(jié)構(gòu)相同。

●空調(diào)壓縮機由高壓電機驅(qū)動的壓縮機取代。

●制動系統(tǒng)已經(jīng)修改以配合再生制動功能；另外還安裝了一個電動真空泵，可向制動助力器提供真空。

●8P70H8速自動變速器變矩器已經(jīng)由電機-發(fā)電機(MG)取代。在MG中有離合器k0。另外，原變速器中的“B”離合器已由啟動離合器取代。在變速器油底殼內(nèi)安裝了輔助電動油泵。

●電力變頻轉(zhuǎn)換器 (EPIC)管理高壓蓄電池和任何其他高壓組件之間的電流及交流/直流變換。它還提供了正常情況下與12V發(fā)電機相關的功能。

●鋰離子高壓蓄電池為高壓電能提供存儲。

●高壓電纜與高壓組件之間傳輸高壓電。它們是橙色的，所以很容易識別。

●發(fā)動機冷卻系統(tǒng)有額外的軟管和電動泵，以包含電機和EPIC 的冷卻系統(tǒng)。

●儀表盤可以選擇顯示混合動力的特定內(nèi)容。

●車輛監(jiān)控控制器(VSC)管理混合動力系統(tǒng)，并構(gòu)成發(fā)動機控制模塊的一部分。

2.混合動力儀表(IC)

混合動力汽車儀表有兩個級別的混合顯示，即完全混合顯示和混合降低顯示(圖2)。在顯示減少混合動力時，顯示正常轉(zhuǎn)速表，而不是功率計。儀表各顯示說明如下：

(1)儀表指示HV蓄電池的當前高壓蓄電池電量(荷電狀態(tài)SOC)。比例尺代表范圍是35%～65%。

(2)當混合動力系統(tǒng)激活并準備提供動力(如果踩下加速器，車輛會移動)時，混合動力系統(tǒng)狀態(tài)指示燈顯示“READY”(就緒)。系統(tǒng)正在工作時，圖標改變?yōu)閳D標8。系統(tǒng)未激活時(高壓蓄電池正在充電或車輛正在移動)，狀態(tài)指示燈將顯示“OFF”(關閉)，系統(tǒng)還未做好操作準備。

(3)當車輛處于再生制動或滑行期間恢復能量狀態(tài)時，HVB充電指示計顯示提供給蓄電池的充電量。在這些條件下，指針4將保持在0位置，儀表3逐漸充滿藍色串珠，以顯示充電量 。

(4)功率計指針指示驅(qū)動器所需的功率需求，指針對驅(qū)動器的請求作出響應。踩下加速器將導致指針上升，制動或松開踏板滑行將導致指針回落到零標記處。

(5)功率計刻度指示請求的功率并以百分比顯示。綠色區(qū)域表示最節(jié)省燃油的范圍或最佳燃油經(jīng)濟性區(qū)域，超出綠色帶的灰色區(qū)段漸漸淡出，直到指針接近這個區(qū)域時變亮。

(6)如果已經(jīng)選擇了EV模式，發(fā)動機啟動標志在20%功率標志處點亮為綠色(數(shù)據(jù)為示例，位置取決于車輛運行條件)。此標志向駕駛員顯示僅使用電力驅(qū)動可獲得的最大功率。當車輛不再單獨使用電力驅(qū)動時，發(fā)動機啟動標志將消失。

(7) EV模式圖標亮起且為綠色，以向駕駛員顯示EV模式已選定。當車輛不再單獨使用電力驅(qū)動時，EV模式圖標會變成灰色。在此模式下，將盡可能使用電力驅(qū)動，但可能不是最節(jié)油狀態(tài)。

(8) 混合動力系統(tǒng)激活圖標。

(9) 藍色串珠是蓄電池SOC儀表(范圍：60%～65%)的擴展部分。根據(jù)車輛運行條件，指針可能會進入這個區(qū)域，在正常駕駛過程中，高壓蓄電池不太可能充電到這個水平(注意：只有在EV模式激活時，才會顯示EV模式圖標6和7)。

圖2 混合動力儀表(IC)

3.駕駛模式

混合動力系統(tǒng)(HEV)有6種駕駛模式，每個模式都設計用于補充車輛駕駛員對車輛的要求，同時保持性能和燃油經(jīng)濟性。在可能情況下，發(fā)動機的正常ECO停止/啟動功能也會執(zhí)行?；旌蟿恿ο到y(tǒng)管理器(VSC，位于ECM中的控制程序)選擇最適合駕駛員當前需求的模式。

(1)混合動力并聯(lián)驅(qū)動系統(tǒng)—高燃油效率

在點火開關打開時，儀表顯示如圖3所示。功率計僅顯示HVB SOC，所顯示的“OFF”(關閉)圖標表示混合動力系統(tǒng)未激活。12V蓄電池圖標也會顯示，表示12V蓄電池系統(tǒng)還未充電。發(fā)動機通過12V蓄電池和啟動機啟動，之后儀表顯示如圖4所示。如果HVB充分充電且車輛環(huán)境允許，“READY”(就緒)圖標顯示在儀表盤上?！癛EADY”圖標僅在車輛靜止不動時顯示。當選擇了一個擋位且加速器被踩下時，車輛會移動。當車輛移動時，混合動力圖標Hybrid顯示在儀表盤上。當車輛的動力需求低于MG的能力，車輛可以僅使用電力驅(qū)動。電機的一個好處是一旦電機開始轉(zhuǎn)動即可獲得完全扭矩。當動力需求超MG的能力或HVB不能繼續(xù)維持電力驅(qū)動(SOC低)時，發(fā)動機將重新啟動。混合動力并聯(lián)驅(qū)動時，在車輛從靜止狀態(tài)下輕微加速、低動力需求的巡航和交通阻塞時的緩行時，提供最省油的駕駛。

圖3 點火開關打開時儀表顯示

圖4 發(fā)動機啟動后儀表顯示

(2)增壓—急加速助力

發(fā)動機和電動機這兩個動力源并聯(lián)運行，高動力輸出，以使性能提高。雖然這不是最經(jīng)濟的駕駛風格，但混合動力系統(tǒng)使用TDV6 3.0L柴油機，可提供接近TDV8 4.4L車輛的高性能輸出，并不超過TDV6 3.0L車輛的油耗。

(3) 再生制動—能量恢復

在制動條件下，VSC啟動能量恢復策略。當松開節(jié)氣門踏板時，發(fā)動機進入ECO停止狀態(tài)(前提條件是滿足所有ECO停止準則)。功率計指針降至0位置。制動踏板(自由間隙)應用前4mm，MG作為發(fā)電機工作，以產(chǎn)生實際上會降低車輛速度的制動扭矩。IC顯示充電水平的方式是藍色串珠充滿充電指示計，儀表越滿，充電水平越高，如圖5所示。高壓蓄電池SOC儀表也將隨著充電量相應提高。當制動踏板踩下超過4mm時，制動液壓系統(tǒng)得以應用以結(jié)合MG的制動扭矩來降低車輛速度，MG仍然用作發(fā)電機，直至車輛靜止或油門踏板踩下。無論選擇的駕駛模式如何，再生制動保持啟用。

(4) 滑行—能量恢復

如果已松開節(jié)氣門踏板但未踩下制動踏板，則車輛將進入超馳狀態(tài)。發(fā)動機進入ECO停止狀態(tài)(前提條件是滿足所有ECO停止準則)，MG用作發(fā)電機，但需要密切監(jiān)控其充電水平。發(fā)電機的制動扭矩將保持在最低水平，因此，其對降低車速作用不大。MG輸出低，用于為12V蓄電池系統(tǒng)充電并為電動空調(diào)壓縮機(eAC) 提供電源，因此可以保持HVB SOC。IC上可以再次觀察到充電水平(約亮起1至4個串珠)。

圖5 再生制動儀表顯示

(5)電動車輛 (EV) 模式—有限的零排放和寂靜的駕駛

如圖6所示，通過按下位于全地形反饋適應系統(tǒng)開關組中的EV模式開關1來選擇EV模式。儀表IC會顯示一個綠色的EV模式圖標，以此提醒駕駛員車輛處于EV模式。此外，發(fā)動機啟動標志也點亮為綠色，作為指導鼓勵駕駛員將動力需求保持低于發(fā)動機啟動標記，以保持車輛零排放。顯示20%為示例，實際標志的位置取決于當前車輛工作狀態(tài)。例如：在斜坡上時，標志將位于功率計的下部，在下坡時，標志將被置于上部。如果動力需求超出發(fā)動機啟動標志，發(fā)動機重新啟動，EV模式圖標變灰淡出，以提示駕駛員發(fā)動機正在提供驅(qū)動力。動力需求降至低于發(fā)動機啟動標志后，IC返回至EV模式激活顯示。在后臺，空調(diào)控制模塊ATCM減小性能要求盡量減少HVB的功率消耗。處于EV模式時，變速器采用不同的換擋策略，以充分利用來自MG的可用動力。這種模式可能不會當作最具燃油經(jīng)濟性的駕駛風格，但可為駕駛員提供較長時間的零排放或無聲駕駛。車輛可能以中等速度行駛(動力需求低于發(fā)動機啟動標志)約1.6km，而不使用發(fā)動機。VSC將使用電力驅(qū)動，直到HVB SOC不再保持電力驅(qū)動。此后發(fā)動機必須運行以重新充電蓄電池，發(fā)動機承受額外負荷，會消耗更多燃油。一旦SOC達到適當?shù)乃剑瑒t純粹電力驅(qū)動再次可用，此循環(huán)重復進行，直到駕駛員禁用EV模式。

處于EV模式時，再生制動參數(shù)增強。為了有效地利用動能，高壓蓄電池SOC增加以擴展電力驅(qū)動范圍。充電率仍然由亮起的藍色充電串珠指示，但SOC指針現(xiàn)在可能進入SOC儀表的藍色區(qū)域，提示駕駛員已經(jīng)達到更高的SOC。

EV模式在下列情況下不可用：

●如果選擇了低擋域；

●如果啟用了全地形反饋適應系統(tǒng)專用程序；

●如果選擇了越野高度；

●如果HV蓄電池處于低充電狀態(tài)；

● 如果HV蓄電池不處于所需的工作溫度；

●如果發(fā)動機處于過冷條件下；

●ECO停止已停用；

●已選擇運動模式。

圖6 EV 模式開關

(6)EV抑制和運動模式—高性能駕駛

EV抑制模式由駕駛員通過按下6中ECO停止開關(2)來選擇。制動時，MG將仍然提供增壓輔助并恢復能量。在此模式下，最大性能可用，僅使用電力驅(qū)動被禁用。如果選擇了運動模式或操作了手動換擋撥片，儀表(IC)功率計由一個標準的轉(zhuǎn)速表取代，因為這被認為是運動駕駛的常規(guī)顯示。發(fā)動機和MG并行工作以提供更強的性能；僅使用電力驅(qū)動再次被禁用。注意：如果發(fā)動機溫度過高，HVB SOC儀表由正常溫度表取代以提醒駕駛員(注意：系統(tǒng)的整體目標不是車輛可以僅使用電力行駛多遠，而是可以提高整體效率)。

二、高壓蓄電池 (HVB)

1. HVB概述

HVB位于車輛底部右側(cè)，如圖7所示，外觀和內(nèi)部如圖8所示。蓄電池規(guī)格列于表1。HVB由整體式蓄電池電能控制模塊(BECM)控制，BECM通過低壓(12V)車輛電氣系統(tǒng)進行操作和通信。

HVB模塊部件：

●鋰離子蓄電池；

●冷卻回路；

● BECM；

●接觸器(工作電壓為12V)；

●等電位連接帶；

●高壓和低壓接觸器；

●冷卻液連接；

● 蓄電池警告標簽；

注意：在任何情況下都不能打開蓄電池外殼。

圖8 HVB外觀及內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

2. BECM及HVB接觸器操作

BECM位于蓄電池殼體內(nèi)。BECM對HEV蓄電池系統(tǒng)進行管理和保護并通過專用CAN HEV系統(tǒng)總線連接到12V車輛系統(tǒng)。BECM的HEV蓄電池管理功能如下：

●執(zhí)行診斷檢查；

●管理蓄電池溫度；

●管理每個模塊的電壓；

●將HV蓄電池數(shù)據(jù)傳輸至混合動力總線；

●電量平衡；

●管理高壓互鎖回路。

HVB接觸器工作原理圖如圖9所示。HVB通過三個低壓操作的接觸器與高壓系統(tǒng)隔離。BECM通過電子元器件控制關閉或打開接觸器，連接或斷開HVB與高壓系統(tǒng)之間的連接。在BECM將HVB連接到高壓系統(tǒng)之前，必須執(zhí)行一系列檢查/測試以確保系統(tǒng)符合所有安全標準。BECM具有多種工作狀態(tài)，每種狀態(tài)都有一套工作流程。系統(tǒng)根據(jù)從一個模式到另一個模式的成功轉(zhuǎn)換來正確工作；了解每種模式可幫助診斷任何系統(tǒng)故障。

圖9 HVB接觸器工作原理圖

(1)斷電狀態(tài)

BECM從未被通電(新的、卸載的部件)。

(2)初始化

BECM首次被連接并獲得12V電源(通過硬接線連接至保險絲22A，發(fā)動機艙保險絲盒)，其將進入該狀態(tài)。處理器喚醒并讓控制模塊做好準備，以備使用。該過程完成后，BECM將過渡到下一個狀態(tài)。

(3)睡眠狀態(tài)

在此狀態(tài)下，BECM的所有控制功能都會關閉或進入低電量模式，以節(jié)省低電壓蓄電池電量。BECM定期喚醒，執(zhí)行高壓蓄電池單元平衡功能。當有效的點火信號(硬連線到CJB內(nèi)的點火繼電器)由BECM接收時，其將變?yōu)椴豢捎脿顟B(tài)。

(未完待續(xù))