阿 偉

梅賽德斯-奔馳汽車在乘員舒適性領(lǐng)域首屈一指。過去幾年里，通過如快速座椅加熱器、扶手加熱、熱石按摩和電熱杯座功能進(jìn)一步增強(qiáng)了舒適性，在業(yè)界的影響力是無與倫比的。 但是，舒適性功能越多，車輛對電能的需求也隨之增加，數(shù)十年來使用的12V車載電氣系統(tǒng)，現(xiàn)用于為轎車提供電能。對于帶電傳動(dòng)功能的車輛，如混合電能車輛，電傳動(dòng)基于高壓車載電氣系統(tǒng)。48V車載電氣系統(tǒng)則彌補(bǔ)了12V車載電氣系統(tǒng)和高壓車載電氣系統(tǒng)之間的不足。48V車載電氣系統(tǒng)的電壓直接定位為最大 60V直流（DC）的接觸保護(hù)法定限值。 48V車載電氣系統(tǒng)無須高壓車載電氣系統(tǒng)的高安全性和個(gè)人保護(hù)措施。48V車載電氣系統(tǒng)并未替代之前的12V車載電氣系統(tǒng)，而是在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了延伸。同時(shí)，其電壓是12V車載電氣系統(tǒng)的4 倍，從而在相同的電流強(qiáng)度下可獲得 4 倍的輸出功率。采用48V車載電網(wǎng)蓄電池（G1/3），車輛整體的可用電容量增加，因此車輛未行駛時(shí)，可以有更多的能量用于創(chuàng)新客戶功能，例如在線服務(wù)。通過某些系統(tǒng)例如發(fā)動(dòng)機(jī)靜謐啟動(dòng)等進(jìn)一步提高了駕乘舒適性，且通過附加措施減少了二氧化碳（CO2）排放。

圖11 12V和48V車載電氣系統(tǒng)

1.采用48V車載電氣系統(tǒng)

數(shù)十年來，現(xiàn)代轎車的電能由12V車載電氣系統(tǒng)提供,在高達(dá)15V的電壓范圍下進(jìn)行工作。較高的額定電壓導(dǎo)致在所需電源升高的情況下電流逐漸增大，缺點(diǎn)是供給線路的橫截面厚且鉛蓄電池重。正常情況下,12V車載電氣系統(tǒng)幾乎不向新型用戶功能提供電量儲備。在過去幾年中，由于混合動(dòng)力車輛的開發(fā)和引入，形成了所謂的高電壓車載電氣系統(tǒng)。高壓提供用于驅(qū)動(dòng)車輛的高電功率。由于采用了高于60V的直流電壓，高壓車載電氣系統(tǒng)需要特殊的安全和防護(hù)措施。48V車載電氣系統(tǒng)的電壓直接定位為最大60V直流（DC）的接觸保護(hù)的法定限值。因此高壓車載電氣系統(tǒng)可在不需要安全和保護(hù)措施的情況下使用該電壓。通過采用鋰離子蓄電池，48V車載電氣系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)允許最大16kW的功率，在高壓車載電氣系統(tǒng)不需要額外保護(hù)措施的情況下大大擴(kuò)展了電氣設(shè)備的可應(yīng)用性。48V車載電氣系統(tǒng)并未替代之前的12V車載電氣系統(tǒng)，而是在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了延伸。其電壓比12V車載電氣系統(tǒng)高四倍，并在相同電流的情況下產(chǎn)生四倍于12V車載電氣系統(tǒng)的可用電力。由于這個(gè)原因，12V車載電氣系統(tǒng)實(shí)際上保持不變。僅由48V/12V直流/直流轉(zhuǎn)換器供電，而非12V發(fā)電機(jī)。由于12V車載電氣系統(tǒng)對故障安全性能的要求很嚴(yán)格，因此,繼續(xù)采用12V蓄電池，盡管有時(shí)會(huì)比之前的電量小。直流/直流轉(zhuǎn)換器向12V車載電氣系統(tǒng)供電，因?yàn)椴捎昧?48V 車載電氣系統(tǒng)，無須改裝12V用電設(shè)備。與未裝配48V車載電氣系統(tǒng)車輛中的12V用電設(shè)備沒有差別。直流/直流轉(zhuǎn)換器也可向另一方向傳送能量，即從12V到48V，例如可通過用于12V蓄電池的充電器或來自供電車輛的充電器對 48V蓄電池進(jìn)行再充電。處于靜止階段時(shí)，48V車載電氣系統(tǒng)關(guān)閉。駕駛員一旦啟用車輛中的點(diǎn)火開關(guān)，48V車載電氣系統(tǒng)也隨之啟用。發(fā)動(dòng)機(jī)通過集成式啟動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)（ISA）或皮帶驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)（BSA）啟動(dòng)。行程結(jié)束且發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉后，某些功能仍需48V車載電氣系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。這些后續(xù)事件完成后，關(guān)閉48V車載電氣系統(tǒng)。之前的12V車載電氣系統(tǒng)通過48V車載電氣系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，如圖1所示。

圖2 48V車載電氣系統(tǒng)部件（車型222）

圖3 48V車載電氣系統(tǒng)部件（車型238）

2.裝配256發(fā)動(dòng)機(jī)的車型222中的48V車載電氣系統(tǒng)簡介

48V車載電氣系統(tǒng)將首先應(yīng)用在裝配新型六缸火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)的車型 222 的改款車型中。從開發(fā)此款發(fā)動(dòng)機(jī)開始就已將48V車載電氣系統(tǒng)考慮在內(nèi)。因此，可以省去皮帶驅(qū)動(dòng)，因?yàn)橹巴ㄟ^皮帶進(jìn)行機(jī)械驅(qū)動(dòng)的所有用電設(shè)備可借助于 48V車載電氣系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。12V發(fā)電機(jī)和12V啟動(dòng)機(jī)替換為集成式啟動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)（ISA），其置于發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器之間。除了發(fā)電機(jī)功能，其也可使用來自 48V車載電網(wǎng)蓄電池的能量生成扭矩以輔助發(fā)動(dòng)機(jī)。ISA 和48V車載電網(wǎng)蓄電池的高輸出功率可讓您幾乎感知不到發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng),可使用以下功能：

◆電動(dòng)輔助壓縮機(jī)

◆48V冷卻液泵

◆電動(dòng)制冷劑壓縮機(jī)

◆加熱式擋風(fēng)玻璃

在減少油耗的同時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)與48V車載電氣系統(tǒng)的相互作用使車輛產(chǎn)生更好的響應(yīng)性，發(fā)動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)高性能冷卻，還會(huì)為乘客提供額外的舒適感，例如在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉時(shí)保持智能氣候控制。

車型222中48V車載電氣系統(tǒng)的部件概述，如圖2所示。

3.裝配264發(fā)動(dòng)機(jī)的車型238中的48V車載電氣系統(tǒng)簡介

48V車載電氣系統(tǒng)還應(yīng)用于車型238中。新型四缸火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)264將采用皮帶驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)（BSA），而非12V發(fā)電機(jī)和啟動(dòng)機(jī)。除了發(fā)電機(jī)功能，其也可使用來自48V車載電網(wǎng)蓄電池的能量生成扭矩以輔助內(nèi)燃機(jī)。在低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速甚至減少發(fā)動(dòng)機(jī)排量的情況下，傳動(dòng)系統(tǒng)通過額外的電磁扭矩也可以產(chǎn)生較大扭矩。同樣，裝配發(fā)動(dòng)機(jī)264的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)與48V車載電氣系統(tǒng)的相互作用使車輛產(chǎn)生更好的響應(yīng)性，使發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)更快更平順并減少油耗。

48V車載電氣系統(tǒng)還可向發(fā)動(dòng)機(jī)264提供極高的功率密度，因?yàn)榭墒褂幂敵龉β始s為 950W的48V的冷卻液泵進(jìn)行冷卻。

車型238中48V車載電氣系統(tǒng)的部件概述，如圖3所示。

4.48V車載電氣系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展

對于未來的梅賽德斯-奔馳車型，48V車載電氣系統(tǒng)將提供更高效的電能，從而成為減少梅賽德斯-奔馳車輛油耗的主要途徑。同時(shí)用戶也可使用新功能。

48V車載電氣系統(tǒng)中的電壓范圍，如圖4所示。

圖4 電壓范圍

5.集成式啟動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)（ISA）

與發(fā)動(dòng)機(jī)256 配合使用的新型傳動(dòng)系統(tǒng)的亮點(diǎn)是采用了集成式啟動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)（ISA）。其由帶電力電子裝置的電機(jī)，直流/直流轉(zhuǎn)換器和鋰離子48V車載電網(wǎng)蓄電池組成。電力電子裝置位于錐形齒輪啟動(dòng)機(jī)（不再安裝使用）的安裝位置。

在P1布局中（如圖5所示），集成式啟動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)（ISA）用螺栓剛性連接到曲軸上，安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)和9速自動(dòng)變速器（9G-TRONIC）之間，通過與48V車載電氣系統(tǒng)配合使用，集成式啟動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)（ISA）產(chǎn)生最大16kW的輸出功率和220N·m的扭矩。產(chǎn)生的能量供至單獨(dú)的48V車載電網(wǎng)蓄電池。發(fā)動(dòng)機(jī)和集成式啟動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)（ISA）的配合使用提高系統(tǒng)性能的同時(shí)，降低了燃油消耗，此外，還新增了其他附加功能。集成式啟動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)（ISA）還減少了傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)震動(dòng)，從而舒適性增強(qiáng)。

圖5 P1布局

圖6 P0布局

6.皮帶驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)（BSA）

在新型四缸火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)264 的某些供電類型中，啟動(dòng)機(jī)和12V發(fā)電機(jī)被皮帶驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)（BSA）代替。

在P0布局中（如圖6所示），皮帶驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)（BSA）替代了皮帶驅(qū)動(dòng)裝置中的發(fā)電機(jī)。除發(fā)電機(jī)功能外，皮帶驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)（BSA）還會(huì)利用 48V 蓄電池的電能產(chǎn)生扭矩，從而為發(fā)動(dòng)機(jī)提供支持。扭矩可能是正向也可能是反向，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)有效運(yùn)轉(zhuǎn)，并將多余的能量存儲到蓄電池中。通過產(chǎn)生的正向額外扭矩，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低甚至排量很小時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)也能產(chǎn)生較大的扭矩。通過發(fā)動(dòng)機(jī)和48V車載電氣系統(tǒng)的配合使用實(shí)現(xiàn)了有效運(yùn)轉(zhuǎn)，從而降低油耗和二氧化碳（CO2）的排放量，同時(shí)明顯改善了車輛的響應(yīng)性。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)速度和舒適性也明顯提高。

圖7 長時(shí)停車

圖8 短時(shí)停車

7.發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)ISA和BSA

發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)由ISA或BSA執(zhí)行。不同類型的啟動(dòng)（鑰匙啟動(dòng)、啟動(dòng)/停止系統(tǒng)、滑行模式啟動(dòng)等）都不會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)，因此駕駛員幾乎不會(huì)感知到啟動(dòng)情況。ISA 或 BSA 能使發(fā)動(dòng)機(jī)快速進(jìn)入怠速狀態(tài)，或者，如果踩下加速踏板，能使發(fā)動(dòng)機(jī)快速達(dá)到相應(yīng)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速。

ISA 還會(huì)使曲軸移至便于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)啟動(dòng)的有利位置（可多次舒適啟動(dòng))。通過該定位，可在啟動(dòng)期間執(zhí)行帶動(dòng)態(tài)控制的扭矩補(bǔ)償，起初ISA便知道下次壓縮的具體時(shí)間并可通過動(dòng)態(tài)控制功能相應(yīng)調(diào)節(jié)所需的扭矩。從而補(bǔ)償壓縮階段由于發(fā)動(dòng)機(jī)活動(dòng)困難造成的轉(zhuǎn)速波動(dòng)。

8.啟動(dòng)/停止ISA和BSA。

啟動(dòng)/停止系統(tǒng)的功能范圍已經(jīng)擴(kuò)展，以便提高車輛的運(yùn)行效率。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在用戶友好性方面得到大幅提升?，F(xiàn)在車輛會(huì)對需要長時(shí)停車和短時(shí)停車做出辨別。通過使用ISA或BSA只能避免由于改變主意造成的傳動(dòng)系統(tǒng)震動(dòng)。 處于發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉滑行的超速運(yùn)轉(zhuǎn)模式時(shí)，變矩器在啟動(dòng)期間轉(zhuǎn)變?yōu)榧铀倌Ｊ降那闆r下會(huì)產(chǎn)生這些震動(dòng)。ISA或 BSA 以特殊方式促動(dòng)，以避免啟動(dòng)轉(zhuǎn)速曲線產(chǎn)生任何震動(dòng)。

（1）長時(shí)停車（如圖7所示）

需要長時(shí)停車時(shí)，如果先前的平均車速較高且未執(zhí)行轉(zhuǎn)向操作，則在車速低于20km/h時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)關(guān)閉。相應(yīng)地，雷達(dá)接口會(huì)對長時(shí)停車進(jìn)行檢測，如果檢測到本車前方有其他車輛，則也會(huì)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)。

（2）短時(shí)停車（如圖8所示）

通過避免短時(shí)停車和挪車時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)停止，增強(qiáng)了系統(tǒng)的舒適性。如果先前的平均車速較低且執(zhí)行了轉(zhuǎn)向操作，則僅在再次踩下制動(dòng)踏板時(shí)停止發(fā)動(dòng)機(jī)。此外，如果雷達(dá)接口檢測到前方車輛正在行駛，則在未踩下制動(dòng)踏板時(shí)會(huì)阻止發(fā)動(dòng)機(jī)停止。此時(shí)還會(huì)考慮標(biāo)志（如停止信號）以及坡度和交叉路口情況,并通過實(shí)時(shí)交通信息將交通堵塞信息作為影響因素。

（待續(xù)）