幸运飞艇精准计划

混动电机和电控理论 想搞明白其实很简单

  大家知道世界上第一辆混动汽车是谁发明的吗?相信很多人会回答丰田的 Prius。其实笔者一开始也这么认为,但自从在德国保时捷公司实习并参观了保时捷博物馆之后,笔者才知道,世界上第一辆混动汽车早在 1900 年就由保时捷公司的创始人斐迪南保时捷发明了,叫罗纳保时捷(Lohner Porsche)。

  混动汽车,顾名思义就是不以单一能源类型作为动力的汽车。确切的说,混合动力汽车是具有至少两个不同的能量转换器(例如电机和汽油机)和两个不同的能量储存系统(例如锂电池组和油箱)的汽车。

  混动汽车按照混合程度可以分为弱混合动力,轻度混合动力(轻混),强混合动力和插电式◆▼混动。下表是我整理的不同程度的混动汽车的功能。

  弱混虽然在降低油耗和改善排放能力方面有限,但是其对传统内燃机汽车的改造成本最低。弱混汽车依然是以 12V 的电源电压来来驱动 6 千瓦◆■功率的电机,并不能实现纯电驾驶,其电动机提供的电压主要用于启动发动机。另外,弱混汽车可以通过额外的电机来进行动能回收。

  弱混汽车可以节约大约 3% - 6% 的燃油,其作为改造成本最低的混动汽车,被广大汽车厂商广泛应用,也成为很多汽车公司宣传的噱头,比如国内刚刚上市的 2019 款奥迪 A6, 就是全系至少配备 12V 弱混系统的汽车。当然,作为混动里面最亲民的混动类型,相信每一个品牌的最新车型都要至少配备弱混系统。

  当电动机在 42 至 144V 电源电压下提供的功率在 6 - 20 千瓦之间时,就可以称为轻混汽车。区别于微混汽车,轻混汽车除了自动启停和动能回收外,电机还可以在汽车启动和加速期间辅助内燃机,并且可以为汽车的其他用电设备供电,比如空调。然而由于受限于电机的功率,轻混汽车还是不能实现纯电驾驶。

  轻混汽车可以实现 10%-20% 的燃油经济性,正是由于他较高的燃油经济性以及不算高的改造成本,现在越来越受到各大汽车厂商的青睐,比如目前很火的 48V 轻混和即将在美国推出的 90V 轻混。笔者作为一名德系汽车的忠实粉丝,向大家极力推荐全新的奥迪 A6 和奔驰 S 级的 48V 轻混★-●=•▽系统汽车,他们的驾驶平顺性以及燃油经济性绝对是物超所值的。

  当混动汽车的电机的功率达到 40 千瓦以上并且电源电压在 250V 时,就要被称为强混了。强混汽车的电机不仅可以保证并且配合内燃机的扭矩输出,还可以实现纯电驾驶。而插电式混合又在强混的基础上实现了从电网来给汽车的电池充电。其燃油经济性可以高达 30%-40%。

  按照混动汽车的结构来分,分为串联式,并联式和混联式。在此我就用并联式结构的混动汽车来解释一下混动汽车的五种行驶状态,分别是传统行驶,也就是只有内燃机在提△▪▲□△供动力,纯电行驶,提速▼▲状态,动能回收以及充电行驶。

  强混和插电式混合汽车的代表肯定非丰田 Prius 莫属了,作为混动汽车市场化的鼻祖,丰田公司也是在混动汽车上下了不少功夫。也正是由于丰田公司对研★◇▽▼•发•☆■▲混动技术的不懈努力,才催生了其他汽车公司生产不同的强混车型,比如保时捷第二代卡宴(第三代卡宴貌似取消了混动车型)以及笔者在挪威旅行时驾驶的▽•●◆奔驰 C350e(下一个小山刹车所回收的动能就能纯电驾驶 5km, 还是非常给力的)等车型。

  为了区别于其他博主对混动汽车电机的介绍,本文将从另一个角度来介绍一下混动汽车的电机。

  电机作为混动汽车最重要的组成部分一般使用永磁同步电机。根据混动等级的不同,所需电机的功能也就不同,因此混动汽车的电机又可以分为变速箱一体化电机(GEM: Gearbox integrated E-machine)和牵引电机(TEM: Traction E-machine)两种。变速箱一体化电机(GEM◁☆●•○△)可以支持内燃机,主要作为混动汽车低速行驶时的主驱动器;而牵引电机(TEM)则可以独自提供完整的驱动性能。

  变速箱一体化电机普遍纯在于没有纯电行驶的混动汽车中,用于支持内燃机,或者存在于有纯电行驶功能但是只能支持低速和低续航里程的混动汽车。换句话说,这种电机提供的扭矩比较小,不足以独自支持整个纯电行驶所需的扭矩。

  这◇=△▲种电机通常通过一种特殊的离合器或者直接与内燃机连接(通常是轻混汽车),或者通过一个可以分配功率的变速箱与内燃机连接(通常是强混汽车)。这种电机的扭矩特性必须满▲●…△足内燃机的要求,换句线 转以内可以持续稳定的进行扭矩输出。笔者对此种电机接触不多,因此只能举一个德国格特拉克(Getrag)公司生产的变速箱一体化电机 6HMT215 作为例子。

  传统汽车的电控系统主要由 ECU(Engine control unit)组成。混动汽车与传统汽车电控统的最大的区别就是,混动汽车电控多了 HCU(Hybrid control unit)这个部件。

  HCU 作为混动汽车的大脑,是混动汽车的最核心部件。HCU 可以根据驾驶员的操作,比如踩油门或者刹车踏板、变换挡位或者驾驶模式变更★▽…◇等输入信号,来计算出如发●动机输出功率,电机和发电机扭矩等输入信•●号。而且,随着 HCU 的不断发展,越来越多原来用 ECU 进行处理的信号将直接由 HCU 进行处理。因此,HCU 的设计将直接影响混动汽车的动力性能,燃油经□◁济性,可靠性等性能。所以,HCU 必须满足以下要求:

  能够在混合动力汽车中使用 12V / 24V 电池(或者更高电压)作为自己的电源

  HCU 采用模块化设计,为了满足上述要求,HCU 分为几个功能模块。每个功能模块都有自己的功能:

  电源模块用于将 12V / 24V 电池电压转换为 5V,并为控制器内部电路提供稳定的电源。数字输入模块和 A / D 转换模块用于识别驾驶意图。CAN 总线模块用于与混合动力车辆的其他控制单元(ECU,PCU,BCU 等)通信。驱动器模块用于控制混合动力车辆的致动器。MCU 模块用于为车辆控制策略程序提供平台,并连接其他模块以形成控制器。

  在各国政府陆续出台更严格的汽车尾气排放标准,电动汽车的电池技术和续航里程还有待进一步发展的大背景下,混动汽车无疑为我们提供了最好的解决方案,而 48V 轻混汽车作为性价比最高的混动车型,也将挑起混动汽车的大梁。

  而笔者认为,混动汽车的发展重心将落在 HCU 的研发上,更优化的算法以及如何精确快速的执行 HCU 的各种指令将成为重☆△◆▲■中之重。