SYSTEM汽車技術的又一次革命

衛(wèi)東

自2016年1月1日起，中國開始實施第四階段平均燃料消耗標準，標準規(guī)定：至2020年，乘用車產(chǎn)品的平均燃料消耗量降至5L/100km，對應CO2排放約為120g/km。目前，全球汽車產(chǎn)業(yè)達成的共識是：在發(fā)動機和傳動系統(tǒng)技術整合領域，技術改進已經(jīng)接近極限，沒有進一步電氣化，將無法達標。法雷奧早在2004年就全球首創(chuàng)了汽車自動起/停系統(tǒng)，并為法雷奧在48V混合動力系統(tǒng)領域的領導地位奠定了基礎，為實現(xiàn)中國第四階段平均燃料消耗標準做了良好的鋪墊。

法雷奧48V動力系統(tǒng)

為了幫助汽車制造商降低產(chǎn)品能耗和CO2排放，法雷奧提供了豐富的技術解決方案，包括從起/停和電子增壓器技術到純電動汽車的動力總成系統(tǒng)技術解決方案。法雷奧研發(fā)了多種48V混合動力系統(tǒng)，使這些系統(tǒng)適用于所有車型，尤其適用于入門級轎車和中檔轎車。在2016年4月份的北京國際車展上，法雷奧展示了e4Boost 48V動力總成系統(tǒng)，如今該系統(tǒng)已經(jīng)落地中國，并于2017年實現(xiàn)量產(chǎn)。

這套e4Boost系統(tǒng)由48V iBSG起發(fā)電一體機、48V電子增壓器、增強型制動能量回收系統(tǒng)、DC/DC（直流/直流轉(zhuǎn)換器）和48V電池構成。它的核心優(yōu)勢包括了：e4Boost 48V動力總成系統(tǒng)在提升發(fā)動機效能的同時，降低車輛燃油消耗和CO2排放。該系統(tǒng)最高可幫助車輛提升25%的燃油經(jīng)濟性，并可幫助車輛提升20%的加速性能。e4Boost 動力總成系統(tǒng)全方位適用于所有級別的車型，可適用于各種型號的汽油發(fā)動機和柴油發(fā)動機，尤其適用于都市類轎車和緊湊型轎車。法雷奧e4Boost 48V動力總成系統(tǒng)很適用于中國汽車市場，它能有效幫助汽車制造商們達成“至2020年，新車平均油耗降至每百公里5L”的產(chǎn)業(yè)既定目標。

核心部件之一是48V iBSG起動/發(fā)電一體機。iBSG是適用于48V系統(tǒng)的皮帶傳動式起動/發(fā)電一體機。iBSG安裝于發(fā)動機前端，與傳統(tǒng)發(fā)電機體積相當。由于其同時具備了傳統(tǒng)發(fā)電機和起動機的功能，且非常便于集成安裝，因此，這種集成電控的電機將進一步推動傳統(tǒng)能源發(fā)動機的小型化和輕量化。

iBSG將幫助大多數(shù)量產(chǎn)車型實現(xiàn)高端車型的混合動力系統(tǒng)功能，主要包括：支持汽車起/停和滑行起/停（包括在高速行駛狀態(tài)下的滑行）功能；為車輛提供制動能量回收和輔助扭矩；優(yōu)化汽車變速器的換擋策略，為車輛提供更好的性能和燃油經(jīng)濟性；iBSG最高可為車輛提供12kW的輔助功率，在車輛起步時輸出高扭矩，在車輛低速行駛需要加速時，為小型發(fā)動機提供補充動力；在不影響駕乘舒適性的前提下，提升車輛燃油經(jīng)濟性，降低約15%的油耗。

核心部件之二是48V電子增壓器。為保證發(fā)動機輸出功率不變，發(fā)動機小型化技術通常會采用廢氣驅(qū)動的渦輪增壓裝置，但會導致“渦輪遲滯”現(xiàn)象。法雷奧48V電子增壓器一舉克服了“渦輪遲滯”現(xiàn)象。與廢氣驅(qū)動的渦輪增壓不同，采用磁阻開關技術的電子增壓器，由電機驅(qū)動，可做到幾乎完美的即時響應（250ms以內(nèi)）。作為渦輪增壓系統(tǒng)的補充，電子增壓器在提升駕駛舒適性的同時，能提升27%的加速度。如果進一步結合法雷奧的能量回收系統(tǒng)，法雷奧電子增壓器可提供一種低成本的混合動力解決方案，節(jié)省15%至20%的油耗。

法雷奧e4Sport系統(tǒng)作為e4Boost升級版也在2016年的巴黎車展全球首度亮相。該系統(tǒng)在e4Boost的基礎上，又集成了“后軸驅(qū)動電機”，最大程度地回收了車輛制動能量并將其儲存在48V電池中，使其能夠為車輛再利用?；厥盏哪芰恐饕糜冢和ㄟ^起動機，增加發(fā)動機的扭矩輸出；通過電子增壓器，在車輛加速階段，發(fā)動機動力輸出最大化；在純電模式下行駛，以及當車輛抓地力不足時，通過48V eRAD系統(tǒng)和車輛后軸的連接，提升車輛性能，有效地將車輛轉(zhuǎn)為四驅(qū)模式。法雷奧致力于將諸多開創(chuàng)性技術優(yōu)化集成，為汽車制造商們達成“至2020年，新車平均油耗降至每百公里5L”的產(chǎn)業(yè)既定目標。

舍弗勒對于48V車載電力系統(tǒng)的解讀

為了克服傳統(tǒng)高電壓混合動力系統(tǒng)峰值功率短暫的弊病，舍弗勒開發(fā)了48V車載電力系統(tǒng)。在當前階段引入48V系統(tǒng)是很好的機會，其價格適中，并且在該電壓水平下，驅(qū)動電機可以多產(chǎn)生15kW的功率輸出。另一點是48V系統(tǒng)有著相對較低的安全要求，對于48V車載系統(tǒng)的部件不需要單獨地接觸保護。如果采用約125Wh的小型鋰離子電池，就可以達到純電方式進行低速、短距離行駛，如在泊車或走走停停的交通狀況。

舍弗勒在開發(fā)兩種48V混合動力驅(qū)動方案。在以往的混合動力車型中，將電機集成到自動變速器并取代液力變扭器已經(jīng)被證明是一個不錯的解決方案，因為它不需要額外的設計空間。如今，利用48V系統(tǒng)也可以達到同樣的效果。另一種方案是采用48V電橋，這樣可以使傳統(tǒng)的動力總成可以完全不變，除了發(fā)動機控制系統(tǒng)以外，48V系統(tǒng)可以通過各種形式被集成到動力總成中，可以與前驅(qū)、后驅(qū)和電子四驅(qū)搭配。

48V電橋具有較高的性價比和較低的觸電保護等級，如集成12kW的48V電橋可以降低15%的整車油耗。舍弗勒開發(fā)了48V電橋系統(tǒng)，由電機、兩級行星齒輪組和一個機電式的換擋執(zhí)行機構組成。因為高度集成的設計，48V電橋可以集成到不同的整車架構中：前置前驅(qū)、前置后驅(qū)和四驅(qū)。為了實現(xiàn)低車速時的純電行駛，電橋采用了非常大的速比19.6∶1，而為了確保在更高的車速（如80km/h）時的混合動力功能，二擋選擇了較小的速比4.4∶1。

大陸集團針對中國市場推出48V微混

2016年8月，大陸集團在中國展出了專為中國市場量身打造的48V微混演示車。以中國知名品牌MPV多功能車為基礎的大陸集團中國首臺48V微混演示車上安裝了大陸集團48V環(huán)保駕乘系統(tǒng)。該演示車目前處于第一階段，在新歐洲行駛循環(huán)測試中顯示平均最高可達13%節(jié)約能耗。

此項新型混合動力技術由三部件構成： 一臺集成逆變器的電機（取代12V發(fā)電機）、一塊48V鋰離子電池以及一臺用于在兩套車載動力系統(tǒng)中進行能量交換的轉(zhuǎn)換器（直流/直流轉(zhuǎn)換器）。該系統(tǒng)能夠方便地集成到裝有常規(guī)驅(qū)動系統(tǒng)的車輛中，而與此同時又能讓后者擁有目前只有在高壓混合動力系統(tǒng)中才能見到的強大功能，如駕駛過程中滑行時關閉發(fā)動機，實現(xiàn)超快而舒適的發(fā)動機起動以及高效的制動能量回收功能等。大陸集團這項新技術在2016年年底由歐洲汽車廠商首次進行量產(chǎn)，中國及北美自由貿(mào)易區(qū)汽車廠商將緊隨其后。

大陸集團計劃到2020年時推出全新48V系統(tǒng)，預計可將油耗再降低7%。面向2020年以后的其它48V配置的解決方案是進一步增強高效優(yōu)勢，同時減小裝機空間、減輕重量 ，同時又不會增加成本。當48V汽車與大陸集團的電子地平線系統(tǒng)連接后，依托聯(lián)網(wǎng)能量管理系統(tǒng)（cEM），能耗可再降3%～4%，車輛行駛能效也同時得以進一步提升。車輛可接收高分辨率路況信息，并據(jù)此調(diào)整行駛方案。

高效內(nèi)燃機與電氣化技術驅(qū)動未來智能交通

在2016年的博世技術體驗日上，博世也展示了48V電池低壓混合系統(tǒng)。48V系統(tǒng)包括助力回收電機、DC/DC轉(zhuǎn)換器和48V電池，其中，48V電池是核心組件。車輛制動時，48V電池可以儲存回收的制動能，而后直接將其提供給車輛驅(qū)動裝置，并供應給車輛電氣系統(tǒng)。車輛減速時，助力回收電機回收能量，并將其儲存到電池中。該能量可用于提供動力輔助和穩(wěn)定車輛電氣網(wǎng)絡。博世48V電池具有設計緊湊、布置靈活、實現(xiàn)靜音運行、無需額外冷卻裝置、易于車輛系統(tǒng)集成的特點。同時，該電池性能可靠，使用壽命長。

對于梅賽德斯-奔馳來說，已經(jīng)計劃全面推出48V車載電力系統(tǒng)。奔馳正在推出不知疲倦的新一代馬達/發(fā)電機。皮帶驅(qū)動的新一代馬達/發(fā)電機RSG（belt-driven starter generator）就像傳統(tǒng)內(nèi)燃機的發(fā)電機一樣，在駕駛中，它會協(xié)助啟動內(nèi)燃機、協(xié)助加速和回收能量。它使用了傳統(tǒng)的發(fā)電機安裝位置，不會影響動力系統(tǒng)的原設計。對于48V動力系統(tǒng)來說，在RSG 的現(xiàn)有平臺上實現(xiàn)對接十分輕松。

對于結合在一起的集成起動/發(fā)電機ISG（integrated starter generator） 來說是一個安裝在發(fā)動機與變速器之間的強大電動馬達。集成起動/發(fā)電機取代了傳統(tǒng)內(nèi)燃機的發(fā)電機和起動馬達，它會協(xié)助內(nèi)燃機達到更高的效率和能源利用率，如在加速時、高效率能量回收時。尤其是使用了48V電瓶后，會帶來更好的燃油效率。

48V車載電源能提供原12V電瓶4倍的電能，但它并不需要高電壓混合動力電源系統(tǒng)的附加安全保護結構。此外，這種48V的低電壓電池系統(tǒng)將能夠儲存足夠的電能來驅(qū)動電機，這可是以前被高電壓混合動力技術所壟斷的專屬領域。因為48V電池具有了混合動力的功能特點：能量回收、助力、采用電動機驅(qū)動車輛模式，實現(xiàn)了首次在沒有高壓部件的情況下的強混合動力功能。此外，因為這種起動機擁有非常好的耐用性，可以讓車輛在行駛中更頻繁地關閉、起動發(fā)動機，如當車輛逐漸減速停車時，或者車輛滑行時，在任何不再需要額外動力的時候，而在車輛高速行駛時只要駕駛員一抬起油門踏板就會實現(xiàn)發(fā)動機停止做功的節(jié)油模式。

還會有更多的車輛電能消耗系統(tǒng)受惠于集成的車載48V電源系統(tǒng)，如自動空調(diào)控制系統(tǒng)、電加熱部件或者是電風扇。在做功完全相同的情況下，電流只是傳統(tǒng)部件的1/4。這意味著傳遞電能的線束可以做得更薄或更細，帶來的是更輕量化的設計——這也會直接帶來節(jié)能減排的收益。

除了減少燃料消耗和CO2排放，48V車載電源供應也帶來了更好的舒適性，這是因為48V的車載電源帶來了不管發(fā)動機是高速運轉(zhuǎn)還是怠速運轉(zhuǎn)都非常平滑的優(yōu)勢。這更有利于控制發(fā)動機啟動時的NVH特性，可以讓你幾乎感覺不到發(fā)動機啟動，發(fā)動機的再次運轉(zhuǎn)給你的感受就像發(fā)動機從來沒有停止過。48V車載電源系統(tǒng)也為娛樂信息系統(tǒng)和駕駛輔助系統(tǒng)的進一步擴展鋪平了道路。