◆文/北京 安海權(quán)

路虎攬勝運(yùn)動(dòng)版混合動(dòng)力新技術(shù)(一)

◆文/北京 安海權(quán)

一、混合動(dòng)力簡(jiǎn)介

1.概述

路虎(Land Rover)于2014年推出混合動(dòng)力車型，本文以2015款攬勝運(yùn)動(dòng)版為例做詳細(xì)介紹。路虎混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HEV)為并聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，車輛驅(qū)動(dòng)可完全由3.0L V6柴油發(fā)動(dòng)機(jī)或電機(jī)-發(fā)電機(jī)(MG)提供，或同時(shí)由兩者提供。MG包含一個(gè)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(dòng)機(jī)飛輪由多盤離合器總成k0分隔。當(dāng)離合器接合時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)耦合到MG；當(dāng)離合器打開時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)與MG分離?；旌蟿?dòng)力系統(tǒng)相關(guān)部件如圖1所示。

圖1 混合動(dòng)力系統(tǒng)相關(guān)部件

路虎2015款攬勝運(yùn)動(dòng)版HEV車型有以下特點(diǎn)。

●可通過左側(cè)和右側(cè)的Hybrid標(biāo)牌來識(shí)別車輛；尾門上也有一個(gè)Hybrid標(biāo)牌。

●全地形反饋適應(yīng)系統(tǒng)開關(guān)組包含一個(gè)額外的“EV”開關(guān)。

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

●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(dòng)力CAN總線，車載12V系統(tǒng)的其余部分通常與非混合動(dòng)力車型的結(jié)構(gòu)相同。

●空調(diào)壓縮機(jī)由高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)取代。

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

●8P70H8速自動(dòng)變速器變矩器已經(jīng)由電機(jī)-發(fā)電機(jī)(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(dòng)離合器取代。在變速器油底殼內(nèi)安裝了輔助電動(dòng)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(jī)相關(guān)的功能。

●鋰離子高壓蓄電池為高壓電能提供存儲(chǔ)。

●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(shí)別。

●發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)有額外的軟管和電動(dòng)泵，以包含電機(jī)和EPIC 的冷卻系統(tǒng)。

●儀表盤可以選擇顯示混合動(dòng)力的特定內(nèi)容。

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

2.混合動(dòng)力儀表(IC)

混合動(dòng)力汽車儀表有兩個(gè)級(jí)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(dòng)力時(shí)，顯示正常轉(zhuǎn)速表，而不是功率計(jì)。儀表各顯示說明如下：

(1)儀表指示HV蓄電池的當(dāng)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(dāng)混合動(dòng)力系統(tǒng)激活并準(zhǔn)備提供動(dòng)力(如果踩下加速器，車輛會(huì)移動(dòng))時(shí)，混合動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)指示燈顯示“READY”(就緒)。系統(tǒng)正在工作時(shí)，圖標(biāo)改變?yōu)閳D標(biāo)8。系統(tǒng)未激活時(shí)(高壓蓄電池正在充電或車輛正在移動(dòng))，狀態(tài)指示燈將顯示“OFF”(關(guān)閉)，系統(tǒng)還未做好操作準(zhǔn)備。

(3)當(dāng)車輛處于再生制動(dòng)或滑行期間恢復(fù)能量狀態(tài)時(shí)，HVB充電指示計(jì)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(lán)色串珠，以顯示充電量 。

(4)功率計(jì)指針指示驅(qū)動(dòng)器所需的功率需求，指針對(duì)驅(qū)動(dòng)器的請(qǐng)求作出響應(yīng)。踩下加速器將導(dǎo)致指針上升，制動(dòng)或松開踏板滑行將導(dǎo)致指針回落到零標(biāo)記處。

(5)功率計(jì)刻度指示請(qǐng)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(jì)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(gè)區(qū)域時(shí)變亮。

(6)如果已經(jīng)選擇了EV模式，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)標(biāo)志在20%功率標(biāo)志處點(diǎn)亮為綠色(數(shù)據(jù)為示例，位置取決于車輛運(yùn)行條件)。此標(biāo)志向駕駛員顯示僅使用電力驅(qū)動(dòng)可獲得的最大功率。當(dāng)車輛不再單獨(dú)使用電力驅(qū)動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)標(biāo)志將消失。

(7) EV模式圖標(biāo)亮起且為綠色，以向駕駛員顯示EV模式已選定。當(dāng)車輛不再單獨(dú)使用電力驅(qū)動(dòng)時(shí)，EV模式圖標(biāo)會(huì)變成灰色。在此模式下，將盡可能使用電力驅(qū)動(dòng)，但可能不是最節(jié)油狀態(tài)。

(8) 混合動(dòng)力系統(tǒng)激活圖標(biāo)。

(9) 藍(lán)色串珠是蓄電池SOC儀表(范圍：60%～65%)的擴(kuò)展部分。根據(jù)車輛運(yùn)行條件，指針可能會(huì)進(jìn)入這個(gè)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(gè)水平(注意：只有在EV模式激活時(shí)，才會(huì)顯示EV模式圖標(biāo)6和7)。

圖2 混合動(dòng)力儀表(IC)

3.駕駛模式

混合動(dòng)力系統(tǒng)(HEV)有6種駕駛模式，每個(gè)模式都設(shè)計(jì)用于補(bǔ)充車輛駕駛員對(duì)車輛的要求，同時(shí)保持性能和燃油經(jīng)濟(jì)性。在可能情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)的正常ECO停止/啟動(dòng)功能也會(huì)執(zhí)行?；旌蟿?dòng)力系統(tǒng)管理器(VSC，位于ECM中的控制程序)選擇最適合駕駛員當(dāng)前需求的模式。

(1)混合動(dòng)力并聯(lián)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)—高燃油效率

在點(diǎn)火開關(guān)打開時(shí)，儀表顯示如圖3所示。功率計(jì)僅顯示HVB SOC，所顯示的“OFF”(關(guān)閉)圖標(biāo)表示混合動(dòng)力系統(tǒng)未激活。12V蓄電池圖標(biāo)也會(huì)顯示，表示12V蓄電池系統(tǒng)還未充電。發(fā)動(dòng)機(jī)通過12V蓄電池和啟動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，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(biāo)顯示在儀表盤上?！癛EADY”圖標(biāo)僅在車輛靜止不動(dòng)時(shí)顯示。當(dāng)選擇了一個(gè)擋位且加速器被踩下時(shí)，車輛會(huì)移動(dòng)。當(dāng)車輛移動(dòng)時(shí)，混合動(dòng)力圖標(biāo)Hybrid顯示在儀表盤上。當(dāng)車輛的動(dòng)力需求低于MG的能力，車輛可以僅使用電力驅(qū)動(dòng)。電機(jī)的一個(gè)好處是一旦電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)即可獲得完全扭矩。當(dāng)動(dòng)力需求超MG的能力或HVB不能繼續(xù)維持電力驅(qū)動(dòng)(SOC低)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)將重新啟動(dòng)。混合動(dòng)力并聯(lián)驅(qū)動(dòng)時(shí)，在車輛從靜止?fàn)顟B(tài)下輕微加速、低動(dòng)力需求的巡航和交通阻塞時(shí)的緩行時(shí)，提供最省油的駕駛。

圖3 點(diǎn)火開關(guān)打開時(shí)儀表顯示

圖4 發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后儀表顯示

(2)增壓—急加速助力

發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)這兩個(gè)動(dòng)力源并聯(lián)運(yùn)行，高動(dòng)力輸出，以使性能提高。雖然這不是最經(jīng)濟(jì)的駕駛風(fēng)格，但混合動(dòng)力系統(tǒng)使用TDV6 3.0L柴油機(jī)，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(dòng)—能量恢復(fù)

在制動(dòng)條件下，VSC啟動(dòng)能量恢復(fù)策略。當(dāng)松開節(jié)氣門踏板時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入ECO停止?fàn)顟B(tài)(前提條件是滿足所有ECO停止準(zhǔn)則)。功率計(jì)指針降至0位置。制動(dòng)踏板(自由間隙)應(yīng)用前4mm，MG作為發(fā)電機(jī)工作，以產(chǎn)生實(shí)際上會(huì)降低車輛速度的制動(dòng)扭矩。IC顯示充電水平的方式是藍(lán)色串珠充滿充電指示計(jì)，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(yīng)提高。當(dāng)制動(dòng)踏板踩下超過4mm時(shí)，制動(dòng)液壓系統(tǒng)得以應(yīng)用以結(jié)合MG的制動(dòng)扭矩來降低車輛速度，MG仍然用作發(fā)電機(jī)，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(dòng)保持啟用。

(4) 滑行—能量恢復(fù)

如果已松開節(jié)氣門踏板但未踩下制動(dòng)踏板，則車輛將進(jìn)入超馳狀態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入ECO停止?fàn)顟B(tài)(前提條件是滿足所有ECO停止準(zhǔn)則)，MG用作發(fā)電機(jī)，但需要密切監(jiān)控其充電水平。發(fā)電機(jī)的制動(dòng)扭矩將保持在最低水平，因此，其對(duì)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(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)(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(gè)串珠)。

圖5 再生制動(dòng)儀表顯示

(5)電動(dòng)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(yīng)系統(tǒng)開關(guān)組中的EV模式開關(guān)1來選擇EV模式。儀表IC會(huì)顯示一個(gè)綠色的EV模式圖標(biāo)，以此提醒駕駛員車輛處于EV模式。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)標(biāo)志也點(diǎn)亮為綠色，作為指導(dǎo)鼓勵(lì)駕駛員將動(dòng)力需求保持低于發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)標(biāo)記，以保持車輛零排放。顯示20%為示例，實(shí)際標(biāo)志的位置取決于當(dāng)前車輛工作狀態(tài)。例如：在斜坡上時(shí)，標(biāo)志將位于功率計(jì)的下部，在下坡時(shí)，標(biāo)志將被置于上部。如果動(dòng)力需求超出發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)標(biāo)志，發(fā)動(dòng)機(jī)重新啟動(dòng)，EV模式圖標(biāo)變灰淡出，以提示駕駛員發(fā)動(dòng)機(jī)正在提供驅(qū)動(dòng)力。動(dòng)力需求降至低于發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)標(biāo)志后，IC返回至EV模式激活顯示。在后臺(tái)，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(shí)，變速器采用不同的換擋策略，以充分利用來自MG的可用動(dòng)力。這種模式可能不會(huì)當(dāng)作最具燃油經(jīng)濟(jì)性的駕駛風(fēng)格，但可為駕駛員提供較長(zhǎng)時(shí)間的零排放或無聲駕駛。車輛可能以中等速度行駛(動(dòng)力需求低于發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)標(biāo)志)約1.6km，而不使用發(fā)動(dòng)機(jī)。VSC將使用電力驅(qū)動(dòng)，直到HVB SOC不再保持電力驅(qū)動(dòng)。此后發(fā)動(dòng)機(jī)必須運(yùn)行以重新充電蓄電池，發(fā)動(dòng)機(jī)承受額外負(fù)荷，會(huì)消耗更多燃油。一旦SOC達(dá)到適當(dāng)?shù)乃剑瑒t純粹電力驅(qū)動(dòng)再次可用，此循環(huán)重復(fù)進(jìn)行，直到駕駛員禁用EV模式。

處于EV模式時(shí)，再生制動(dòng)參數(shù)增強(qiáng)。為了有效地利用動(dòng)能，高壓蓄電池SOC增加以擴(kuò)展電力驅(qū)動(dòng)范圍。充電率仍然由亮起的藍(lán)色充電串珠指示，但SOC指針現(xiàn)在可能進(jìn)入SOC儀表的藍(lán)色區(qū)域，提示駕駛員已經(jīng)達(dá)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(yīng)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(dòng)機(jī)處于過冷條件下；

●ECO停止已停用；

●已選擇運(yùn)動(dòng)模式。

圖6 EV 模式開關(guān)

(6)EV抑制和運(yùn)動(dòng)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(guān)(2)來選擇。制動(dòng)時(shí)，MG將仍然提供增壓輔助并恢復(fù)能量。在此模式下，最大性能可用，僅使用電力驅(qū)動(dòng)被禁用。如果選擇了運(yùn)動(dòng)模式或操作了手動(dòng)換擋撥片，儀表(IC)功率計(jì)由一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)速表取代，因?yàn)檫@被認(rèn)為是運(yùn)動(dòng)駕駛的常規(guī)顯示。發(fā)動(dòng)機(jī)和MG并行工作以提供更強(qiáng)的性能；僅使用電力驅(qū)動(dòng)再次被禁用。注意：如果發(fā)動(dòng)機(jī)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(biāo)不是車輛可以僅使用電力行駛多遠(yuǎn)，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(jìn)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(biāo)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(duì)HEV蓄電池系統(tǒng)進(jìn)行管理和保護(hù)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(gè)模塊的電壓；

●將HV蓄電池?cái)?shù)據(jù)傳輸至混合動(dòng)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(gè)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(guān)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(cè)試以確保系統(tǒng)符合所有安全標(biāo)準(zhǔn)。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(gè)模式到另一個(gè)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(xiǎn)絲22A，發(fā)動(dòng)機(jī)艙保險(xiǎn)絲盒)，其將進(jìn)入該狀態(tài)。處理器喚醒并讓控制模塊做好準(zhǔn)備，以備使用。該過程完成后，BECM將過渡到下一個(gè)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(huì)關(guān)閉或進(jìn)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(dāng)有效的點(diǎn)火信號(hào)(硬連線到CJB內(nèi)的點(diǎn)火繼電器)由BECM接收時(shí)，其將變?yōu)椴豢捎脿顟B(tài)。

(未完待續(xù))