路虎攬勝運(yùn)動版混合動力新技術(shù)(四)

◆文/北京 安海權(quán)

路虎攬勝運(yùn)動版混合動力新技術(shù)(四)

◆文/北京 安海權(quán)

(接上期)

五、制冷系統(tǒng)

1.電動空調(diào)壓縮機(jī)(eAC)

HEV車輛采用了高壓電動空調(diào)壓縮機(jī)(eAC)，電動壓縮機(jī)外觀如圖35所示。eAC比機(jī)械驅(qū)動壓縮機(jī)更加高效，提供改良冷卻系統(tǒng)的同時，也有助于HEV節(jié)省燃油策略。eAC使用280V電機(jī)驅(qū)動壓縮機(jī)，在16A的條件下操作，這相當(dāng)于4480W的功率。如果用12V電機(jī)驅(qū)動壓縮機(jī)，則需要280A的電流，才能產(chǎn)生同等的效率，這將很快耗盡12V蓄電池的電量。壓縮機(jī)排量為33ml，最大耗電量為5kW。電動壓縮機(jī)組成如圖36所示，該單元裝有一個“渦旋式”壓縮機(jī)，一個AC異步電機(jī)和一個集成逆變器，因此制冷劑回路的性能由壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。

集成逆變器以正確的頻率將HV DC輸入轉(zhuǎn)化為HV三相AC輸出，將電機(jī)驅(qū)動到理想速度(范圍800～8500r/min)。印刷電路板裝有電容器，以EPIC內(nèi)的電容器相同的方式過濾電噪音和電壓脈動。逆變器電路還有一個電阻器組，電源切斷時，eAC利用該電阻器組讓電容器被動放電。電阻器組正?；蚓o急斷電(例如HVIL斷開)將在1.5s內(nèi)讓儲存在電容器內(nèi)的電壓降低到50V以下。注意：裝在EPICM內(nèi)的不可維修保險絲保護(hù)eAC或HV電纜短路。

圖35 電動空調(diào)壓縮機(jī)(eAC)外觀

渦旋式壓縮機(jī)原理如圖37所示，渦旋式壓縮機(jī)由兩個交錯渦旋盤組成，一個固定，一個由電機(jī)驅(qū)動并在固定渦旋盤內(nèi)轉(zhuǎn)動(由偏心軸轉(zhuǎn)動帶動的晃動)。 渦旋盤幾乎多次相互碰觸，在渦旋盤內(nèi)形成多個不斷增加和減少的容室。制冷劑通過這些不斷變化的容室，到達(dá)渦旋盤的中心。然后，被壓縮的制冷劑排到制冷劑電路的高壓側(cè)。壓縮機(jī)用SPA2制冷劑油潤滑，這在Sanden機(jī)械壓縮機(jī)或電動壓縮機(jī)中是相同的。

圖37 渦旋式壓縮機(jī)原理

由于對動力要求高，壓縮機(jī)、逆變器和電機(jī)都將產(chǎn)生熱量，其溫度可達(dá)到120℃。在壓縮機(jī)的操作中，維持單元的溫度很重要，這可用制冷劑蒸汽來實(shí)現(xiàn)。空調(diào)壓縮機(jī)冷卻示意圖如圖38所示，制冷劑蒸汽通過吸入(低壓)連接進(jìn)入壓縮機(jī)，然后制冷劑經(jīng)過逆變器、AC電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子，最終進(jìn)入擬壓縮的渦旋盤。

圖38 空調(diào)壓縮機(jī)冷卻示意圖

2.空調(diào)制冷管路

空調(diào)制冷管路如圖39所示，制冷劑回路僅增加了eAC和HVB冷卻回路。三個隔離閥將制冷劑電路分割為三個區(qū)(模式A、B、C)。這讓自動溫度控制模塊單獨(dú)隔離或供應(yīng)不同的制冷劑回路區(qū)，從而產(chǎn)生五種操作模式。

(1)模式A：僅前HEVAC有制冷劑供應(yīng)。

(2)模式A+B：前后HEVAC均有制冷劑供應(yīng)。

(3)模式A+B+C：前后HEVAC和HVB冷卻器有制冷劑供應(yīng)。

(4)模式A+C：前HEVAC和HVB冷卻器有制冷劑供應(yīng)。

(5)模式C：僅HVB冷卻器有制冷劑流量。

前HEVAC隔離閥包含一個電磁閥，在默認(rèn)或斷電狀態(tài)下為打開。在這種情況下，制冷劑可通過該閥到達(dá)前HEVAC恒溫膨脹閥(TXV)。ATCM可向電磁閥供電，以關(guān)閉閥門，將前HEVAC和制冷劑電路隔開。例如，系統(tǒng)以模式C運(yùn)行：取消選定AC按鈕，要求HVB冷卻。隔離閥以這種方式進(jìn)行配置，這樣，如果發(fā)生電源損失或系統(tǒng)出現(xiàn)故障，總有一條開啟的電路供制冷劑流過。實(shí)際上，如果壓縮機(jī)在這種情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，制冷劑能保證壓縮機(jī)足夠潤滑，防止壓縮機(jī)過早磨損或出現(xiàn)故障。

輔助氣候控制總成隔離閥默認(rèn)為關(guān)閉，在這種狀態(tài)下，輔助氣候控制總成與制冷劑電路隔離。ATCM可讓電磁閥通電，以打開閥門，讓制冷劑流過TXV和蒸發(fā)器。HVB冷卻器隔離閥如圖40所示，在默認(rèn)狀態(tài)下為關(guān)閉，在這種情況下，熱交換器與制冷劑電路隔離。ATCM為該閥供電時，閥門打開，讓制冷劑通過TXV，熱交換器從HVB冷卻回路內(nèi)的冷卻液中吸收熱量。

3.空調(diào)系統(tǒng)操作策略

空調(diào)系統(tǒng)控制框圖如圖41所示，流過回路的制冷劑量由ATCM計算，通過改變eAC的速度進(jìn)行控制。為量化速度要求，ATCM必須首先評估各控制器的輸入數(shù)據(jù)，計算出系統(tǒng)的動力需求。計算完成后，HEVAC控制模塊(主節(jié)點(diǎn))通過LIN總線連接向eAC(從節(jié)點(diǎn))傳送驅(qū)動和速度請求。eAC回復(fù)一條信息，說明已達(dá)到的實(shí)際速度。

圖39 空調(diào)制冷管路

圖40 HVB冷卻器隔離閥

圖41 空調(diào)系統(tǒng)控制框圖

eAC探測到的內(nèi)部故障也由LIN總線傳輸?shù)紸TCM，因此，SDD能從ATCM中檢索到任何eAC診斷數(shù)據(jù)。ATCM 包括兩個層次的軟件，第一層管理和計算氣候控制系統(tǒng)提出的需求，這在所有路虎車型中都是一樣的。第二層管理和計算混合動力系統(tǒng)提出的冷卻需求(HEV特有)及座艙氣候控制動力需求。

ATCM從氣候控制前接口和RICP(如有安裝)接收冷卻動力需求，接收方式與非HEV車輛相同。評估蒸發(fā)器溫度傳感器、鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、環(huán)境溫度和座艙溫度值，以計算壓縮機(jī)需要以何種速度運(yùn)行才能達(dá)到座艙的目標(biāo)溫度。

混合冷卻動力需求：ATCM從BECM處接收數(shù)據(jù)以評估HVB蓄電池冷卻電路。BECM通過熱敏電阻監(jiān)測其冷卻電路中的冷卻液溫度。冷卻液的目標(biāo)溫度為10℃，蓄電池單元的目標(biāo)溫度為 30℃。BECM監(jiān)測電池溫度，在溫度達(dá)到32℃時，它會在CAN總線上傳輸一個冷卻請求。電池溫度達(dá)到28℃時，將傳輸暫停冷卻的請求。

VSC(混合動力管理器)接收冷卻要求和其他數(shù)據(jù)，如HVB或EPIC中與混合動力系統(tǒng)電能等級相關(guān)的可用電量。然后，VSC將評估數(shù)據(jù)，并將冷卻動力需求發(fā)送給HEVAC控制模塊。壓縮機(jī)控制：ATCM現(xiàn)在必須考慮氣候控制請求，并結(jié)合混合動力系統(tǒng)的請求。然后，HEVAC控制模塊將所需的速度請求發(fā)送到eAC，并運(yùn)用正確的冷卻模式(A、B或C)以滿足當(dāng)前車輛狀況，同時讓車輛保持以最節(jié)能的方式運(yùn)轉(zhuǎn)。

更高環(huán)境條件(50℃及以上)：ATCM在高溫條件下采用不同的冷卻策略，在車輛運(yùn)行的前 15min內(nèi)，HVB冷卻回路與制冷劑電路隔離。這是為了盡快達(dá)到座艙目標(biāo)溫度，讓乘客盡快感到舒適。座艙達(dá)到目標(biāo)溫度或過了15min之后，HVB冷卻回路融入冷卻策略。

六、再生制動系統(tǒng)

1.概述

再生制動系統(tǒng)相關(guān)部件如圖42所示。為補(bǔ)償混合動力系統(tǒng)的各種駕駛模式，制動系統(tǒng)面臨著新的挑戰(zhàn)，因此已對其進(jìn)行開發(fā)，實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：①能讓MG在不降低整體制動效率的條件下，最大限度地回收能量。②在時間過長而內(nèi)燃機(jī)沒有運(yùn)行的情況下，支持帶有真空供應(yīng)的制動伺服器。③在這些操作模式中，踏板感覺一致。

為達(dá)到這些目標(biāo)，混合動力系統(tǒng)使用MG提供制動扭矩，改良了ABS調(diào)節(jié)器，增加了“線控制動”功能，該功能與普通液壓制動功能一同使用。前軸制動液壓壓力與其他車型一樣，來自制動踏板的運(yùn)動(液壓功能)。后軸液壓壓力來自ABS調(diào)節(jié)器泵，ABS調(diào)節(jié)器泵通過制動踏板的運(yùn)動觸發(fā)“線控制動”功能。這種配置能有效使用MG，同時又能確保驅(qū)動始終與前制動回路相連。如果不存在MG容量(即HVB已充滿)，那么后軸會產(chǎn)生補(bǔ)償性摩擦扭矩。

制動系統(tǒng)有一個電動真空泵，當(dāng)機(jī)械真空泵沒有運(yùn)行時，電動真空泵能提供必要的制動助力器真空(發(fā)動機(jī)進(jìn)入ECO停止?fàn)顟B(tài))。注意：ABS系統(tǒng)在非HEV車型中的所有高級功能仍然是本系統(tǒng)的一部分，以相似的方式操作。

2.制動策略

為確定合適的制動策略，ABS控制模塊密切監(jiān)測駕駛員踩下的制動踏板距離。然后，系統(tǒng)才能計算所需的整體制動扭矩，并在盡量回收動能的同時實(shí)施最適合駕駛員的制動策略。如圖43所示，制動踏板增加了一個位置傳感器，向ABS控制模塊輸出兩個PWM信號，讓控制器確定踏板運(yùn)動的精確距離。原制動踏板開關(guān)仍保留，提供的“踏板是否踩下”功能與沒有裝備混合動力系統(tǒng)的車輛相同。

圖42 再生制動系統(tǒng)相關(guān)部件

圖43 制動踏板位置傳感器

圖44 是典型的液壓制動系統(tǒng)主缸推桿運(yùn)動相關(guān)的應(yīng)用。 由于兩條線路同時使用液壓油，前后軸制動壓力在整個推桿運(yùn)動范圍內(nèi)保持相對平等。隨著推桿超過2mm的自由間隙運(yùn)動，壓力開始增加。

再生制動是一個MG制動扭矩，當(dāng)MG作為一個發(fā)電機(jī)進(jìn)行操作時，其作用于四個車輪上，并由車輪通過傳動系統(tǒng)、分動箱和變速器驅(qū)動。再生制動用于所有的駕駛模式。當(dāng)車輛移動，釋放加速器踏板時，ECM將MG切換到發(fā)電機(jī)模式，并將驅(qū)動MG(MG制動扭矩)所需的扭矩傳輸至高速CAN動力總成系統(tǒng)信號中的ABS控制模塊。隨后踩下制動踏板時，ABS控制模塊會啟動制動策略，該制動策略能充分利用任何可用的MG制動扭矩。為確定適當(dāng)?shù)闹苿硬呗裕珹BS控制模塊密切地監(jiān)測制動踏板運(yùn)動。從制動踏板運(yùn)動開始，ABS控制模塊將計算所需的總制動扭矩。

第一個制動踏板運(yùn)動約存在12mm(對應(yīng)制動主缸推桿約3～4mm)的自由間隙，通常在此運(yùn)動中不產(chǎn)生液壓制動扭矩。制動扭矩由MG制動扭矩和/或使用HCU中泵所產(chǎn)生的壓力所進(jìn)行的后制動器液壓操作產(chǎn)生。這也即所謂的串聯(lián)制動，根據(jù)可用的MG制動扭矩以及制動踏板的運(yùn)動量，以三種不同的模式工作：①僅MG制動扭矩工作。②僅后制動器的液壓操作工作。③MG制動扭矩與后制動器的液壓操作同時工作。

當(dāng)制動踏板運(yùn)動超過約12mm時，制動扭矩在前軸上形成?？傊苿优ぞ赜汕爸苿悠鞯囊簤翰僮鳎约癕G制動扭矩和/或使用HCU中泵所產(chǎn)生的壓力所進(jìn)行的后制動器液壓操作產(chǎn)生。這也即所謂的并聯(lián)制動，同樣以三種不同的模式工作，這取決于可用的MG制動扭矩和制動踏板的運(yùn)動量：①前制動器的液壓操作和MG制動扭矩。②前制動器和后制動器的液壓操作。③前制動器和后制動器的液壓操作與MG制動扭矩。

在再生制動過程中，MG仍保持發(fā)電機(jī)模式，直至車輛接近靜止或加速器踏板被踩下。注意：如果制動踏板位置傳感器發(fā)生故障，制動系統(tǒng)將繼續(xù)以常規(guī)的液壓方式運(yùn)行。則安全防護(hù)，無線控制動裝置。即再生制動功能會禁用，駕駛員則可能看到踏板行程稍有延長。

再生制動系統(tǒng)特性如圖45所示。MG的制動扭矩在圖中表示為以bar為單位的制動壓力，4mm的推桿行程產(chǎn)生電動制動扭矩，創(chuàng)造出與在制動卡鉗上施加10bar的液壓壓力相似的制動效果。ABS液壓制動控制單元(HCU)示意圖如圖46所示，ABS調(diào)節(jié)器具有一個用于后軸制動回路的分離閥(SV)。制動踏板一經(jīng)使用，分離閥則關(guān)閉，讓后軸制動器電路與任何制動液的運(yùn)動分離。前軸制動回路保持開啟，這與標(biāo)準(zhǔn)制動系統(tǒng)一樣。如有要求，調(diào)節(jié)器泵的激活將產(chǎn)生并施加后軸液壓壓力；壓力通過壓力傳感器測量，傳感器為 ABS 控制模塊提供反饋，以確保后軸制動器上施加的液壓壓力正確。SV默認(rèn)開啟，因此如果系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤，仍可使用常規(guī)液壓制動。制動器釋放時，壓力控制調(diào)節(jié)器(PCR)能防止壓縮的液壓油通過回流管流回儲罐。這能防止過多的壓力到達(dá)儲罐。

3.制動真空助力

制動真空助力相關(guān)部件如圖47所示。如果發(fā)動機(jī)進(jìn)入ECO停止，且發(fā)動機(jī)驅(qū)動的機(jī)械真空泵不能再為制動增壓器提供恒定真空，則使用12V電動真空泵(EVP)維持制動增壓器內(nèi)的真空。真空壓力傳感器安裝在制動助力器真空管內(nèi)。傳感器硬連線到ABS控制模塊，測量施加于制動伺服器的真空度。如果真空低于臨界值，則ABS控制模塊將啟動電動真空泵，一旦測量到需要的真空度，則電動泵停止。

ABS 控制模塊監(jiān)控電動真空泵(EVP)的狀況，并控制真空管理系統(tǒng)(VAM)工作狀態(tài)。以下信息有助于故障診斷。

(1)VAM-打開(ON)：系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

(2)VAM-備份：真空壓力傳感器疑似出現(xiàn)故障。為防止發(fā)動機(jī)不必要的發(fā)動機(jī)重啟，EVP在制動踏板踩下后將運(yùn)行約10s。 如果在下一個點(diǎn)火循環(huán)中清除故障，系統(tǒng)將恢復(fù)到VAM-打開狀態(tài)。如果系統(tǒng)連續(xù)發(fā)生5次故障，狀態(tài)變?yōu)閭浞?無 EVP并記錄一個故障碼。

(3)VAM-備份無EVP：檢測到永久性故障，已發(fā)送發(fā)動機(jī)重啟請求。

(4)VAM-關(guān)閉：在備份-無EVP狀態(tài)中未探測到真空累積。在這種狀態(tài)下，ECO停止在EV模式失效之前就已禁用。

圖44 典型的液壓制動系統(tǒng)特性

圖45 再生制動系統(tǒng)特性

圖46 ABS液壓制動控制單元(HCU)示意圖

圖47 制動真空助力相關(guān)部件

(未完待續(xù))