大眾公司在全新的Golf?8轎車上使用了輕度混合動力總成系統，其將內燃機與48?V皮帶傳動的起動機-發電機組合起來，除了12?V蓄電池之外還附加了高效的48?V蓄電池，其優點是具有回收能量的能力以及能短暫地脫開內燃機以實現行駛，這種動力總成系統還可用於改善車輛動力性以及起動-停機時的舒適性。
1?起?
目前針對汽車驅動裝置的開發工作是為了應對用戶提出的進階要求（例如舒適性和數字化）以及排放法規。後者要求顯著降低汽車CO2排放，從2020年起生效的歐洲CO2排放限值平均為95?g?CO2/km，應在2025年前降低15%以上，到2030年則應降低37.5%，而傳統驅動技術的發展難以滿足此類目標。其中壹種解決途徑是通過蓄電池以實現電驅動，但是其僅可實現局部不排放CO2的目標。2025年大眾公司以“模塊化電氣化標準部件”（MEB）為基礎的ID系列電動汽車的銷售額預測為25%，但配裝有內燃機的新車仍占有著絕大多數的市場份額。由此著重指出了開發混合動力技術的緊迫性，其中車輛部分電氣化是壹種主要措施，而混合動力可將兩方面的優勢結合在壹起，根據系統的技術現狀其可將行駛裏程、供應公***設施、成本、燃油耗、功能和CO2排放等方面的優勢得以有機結合。如圖1所示可將其分為高電壓和低電壓系統。根據組合狀況的不同，高電壓系統的性能與純電動車的性能相似，但是其弊端在於系統成本相對較高,而低電壓方案例如12?V微混合動力車和48V輕度混合動力車（mHEV）雖然只能提供有限的功能範圍，但是卻具有均衡的成本-效益比。大眾公司首先在第8代Golf轎車上采用了輕度混合動力，其可使駕乘人員感受到混合動力化的優越性。最初，EA211?evo系列81、96和110?kW功率等級的汽油機與雙離合器變速箱（直接換檔變速器，DSG）組合裝備這種系統，除了百公裏燃油耗最多降低0.4?L/100?km之外，根據運行狀況的不同，輕度混合動力通過“回收能量”和“發動機怠速運轉”（Freilauf-Motor-Aus）功能提高了動力性和行駛舒適性。
2?48V混合動力系統
大眾公司Golf?8轎車上的48?V輕度混合動力系統匹配了P0平行混合驅動系統（圖2），基本動力總成系統相應添加了3個部件：皮帶傳動起動機-發電機（RSG）作為48?V電機替代12?V發電機；48?V鋰離子蓄電池作為48?V汽車電路中的貯能器；48?V/12?V-直流/直流（DC/DC）變換器用於供應12?V汽車電路。
這種模塊化方式具有可轉換成更多發動機-變速箱變型的優點，並且部件集成的費用相對較低，從而獲得良好的成本-效益比。
皮帶傳動起動機-發電機不僅能用於替代起動機，而且還可用於滿足發動機起動功能和發電機功能，通過皮帶傳動將動力傳輸到內燃機曲軸上，為此新開發了帶有雙臂皮帶張緊器的張緊裝置，為了適應內燃機的特性，皮帶傳動比是可調節的。圖3示出了皮帶傳動起動機-發電機（RSG）的扭矩特性。
位於汽車車廂內副駕駛員座位下方的48?V鋰離子蓄電池針對工作能力、封裝和成本進行了合理設計。在與內燃機脫開使車輛處於滑行狀態期間，其能確保車輛上其余設備的能量供應，而且還可通過貯存回收的能量以此在48?V工況下運行時提供較高的放電功率，而48?V/12?V直流轉換器可用於將12?V與48?V汽車電路連接起來，由於其設計緊湊同樣可配裝在車廂內。這種直流轉換器具有2.7?kW的額定功率，在短時間內最多可傳輸3.7?kW的功率。
3?系統功能
電氣化驅動系統需要具有較強工作能力的驅動控制系統，其主要決定了驅動性能、用戶感受和CO2排放。為了實現輕度混合動力系統（mHEV）的需要，通過修改內燃機汽車的驅動管理系統，最終實現了數種全新的系統功能，如表1所示，將在下文中予以詳細介紹。
4?發動機停止空轉
大眾公司Golf?7?BlueMotion轎車的發動機停止空轉（FMA）功能以48?V系統為基礎進行了進壹步的開發。在放開加速踏板和制動踏板時，內燃機通過打開離合器，使其與車輪脫開並停機，從而避免了倒拖損失，其目的是將內燃機的運轉時間減少到最低程度，同時利用車輪動能來克服行駛阻力，以減少CO2排放。與在倒拖運行過程中回收的能量相比，因避免了能量轉換損失從而提升了效率。通過實際行駛分析表明，在短暫的滾動行駛路程後就開始滑行，即使發動機重新起動需消耗能量，但仍可實現節油效果，這不僅適用於車速較高的情況，也適用於市內道路行駛工況。用戶開車時的前瞻性駕駛提供了重要的節能潛力，正如2017年款e-Golf轎車壹樣，這是通過“經濟型駕駛提示”功能而實現輔助的。導航數據和雷達探測傳感器的環境信息被用於進行空轉控制，其目的是在下壹個路段行駛中達到合適的車速，並盡可能利用車輛的動力系統，在需要的時候再接入倒拖行駛工況。如果車輛減速效果有限的話，系統可充分利用輕度混合動力回收能量的潛力來使車輛實現迅速制動。在顯示屏上會提示駕駛員松開加速踏板的合適時間點。即使在使用車速調節裝置（GRA）或自適應巡航控制（ACC）時FMA功能也可相應起到作用。此外，在停機過程中，采用輕度混合動力時的起動-停機功能可顯著地起到前期作用，在車速較高時也可發揮相應作用。在低於約20?km/h車速時雙離合器變速箱（即直接換擋變速器，?DSG）不會實現換向連接，內燃機在常規驅動情況下仍可起到驅動作用，而隨即實現脫開，從而有利於舒適性以及降低CO2和有害物排放。對於用戶在行駛過程中能否接受發動機的狀態轉換而言，其最重要的是不能降低舒適性。48?V系統能滿足此類要求，因為駕駛員的願望在任何時候都可無滯後地實現。因RSG在短期內就可投入使用，即使在駕駛員即刻調整駕駛意圖的情況下，例如在駛入十字路口時，內燃機也能實現無滯後地起動。
5?能量回收
能量回收功能是48?V輕度混合動力車型第二項用於提高效率的重要措施。其所使用的機電式制動力放大器（eBKV）允許所需的減速能力可在能量回收和液壓系統之間實現按需分配。輕度混合動力車將動能轉換成電能的技術潛力示於圖4。
P0配置型式僅在內燃機處於接合的情況下才能實現能量回收。考慮到所有損失後減速能量中約有40%的能量被回收（圖4中綠線），但是與較低的系統成本相比，其性價比仍有壹定吸引力。
6?充電策略和負荷工況點移動
充電管理的任務是按需提供電能，這包括發動機、發電機和RSG的協調運作，使48?V蓄電池以智能充放電策略運行，以便始終能充分展現降低CO2排放的最大潛力，其中也需考慮到FMA和助力功能的可用性。
圖5示出了鋰離子蓄電池的容量分配。其通常用於FMA階段、起動-停車運行和非穩態補償的基本能量提前量。如果此類能量無法得以保證的話，以此可借助於高效的負荷工況點而實現補充充電。蓄電池的充電狀態（SoC）應盡可能保持在空檔狀態，此時汽車電路的需求僅通過能量回收來實現補償。在空檔時需通過降低內燃機負荷工況點來放電，其目的是隨時準備好吸收制動能量，但同時要盡可能高效地使用在此期間貯存的能量。
上文所述的策略應在盡可能多的行駛狀態中得以實現，為此圖6以實例示出了在真實行駛循環（RDE）中的系統特性。圖6（左圖）示出了在頻繁減速階段的非穩態行駛方式，例如在市內行駛狀態下，其間能量回收的潛力是較高的，回收的能量首先被用於供應12?V汽車電路，而48?V蓄電池不會主動進行補充充電，並且內燃機將會長期地處於脫開狀態，以此降低了CO2排放。此外，還可通過助力/非穩態補償功能實現電能轉換。圖6（中圖）提供了更多的能量回收策略，例如在斜坡路段上（?1），在這種情況下則通過降低負荷工況點進行放電。圖6（右圖）中的補償行駛方式的特點是采用較長的FMA階段和少量的能量回收，這是長途行駛和高速公路行駛所特有的。12?V汽車電路給48?V蓄電池放電直至空檔範圍極限（A1），因為回收的能量不足以補償需求。為了確保系統功能的可用性，從而通過提高負荷工況點進行補充充電（A2）。
7?助力和非穩態補償
輕度混合動力系統在瞬態狀況下可輔助內燃機以改善加速能力和響應特性，特別是在低轉速情況下。在低轉速範圍內助力功能可用於短期提高系統扭矩，在負荷轉換時非穩態補償用電產生的力矩可加速建立扭矩，從而明顯地提高增壓壓力建立期間的自發性，在從低轉速負荷突變時能快速地達到系統最大扭矩的25%。
8?舒適起動功能
發動機狀態的轉換應迅速且舒適地進行，Golf?8轎車上的舒適起動功能就有助於達到該要求。常規的小齒輪起動機最高僅能達到約250?r/min，而RSG輔助發動機起動時就可達到怠速轉速，同時縮短了起動時間，並能更快速地越過該裝置的諧振轉速區域，從而大幅降低了起動時的振動傾向。相對而言，采用RSG起動能減少內燃機噴油量，此外還能有針對性地進行轉速曲線調整，而且在內燃機起動期間RSG還能使車輛實現直接加速（圖7），可顯著改善起動加速性能。
為了從滑行狀態轉換到能量回收狀態，從而開發了倒拖-起動功能（圖8）。在減速開始時，通過機電式制動力放大器（eBKV）建立制動壓力，同時發動機不噴油，借助於RSG加速到怠速轉速並實現連接，然後使系統根據減速要求減小制動壓力，並通過電誘導的制動力矩按需減速。
9?回收能量舒適停機
在停機時RSG可主動使內燃機減速，從而即使在停機過程中也能更快速地越過諧振轉速區域，以此能將停機振動降低到最低程度從而明顯改善乘客的舒適度，此外RSG同時可將旋轉和振動質量的動能轉換成電能，特別是在需求FMA的情況下使發動機頻繁地從高轉速停機，因此從能量轉換的角度來看，起動-停機過程至少大部分時候是在空檔範圍內進行的。
10?用RSG幹預扭矩
為了使雙離合器變速箱（DSG）舒適且快速地實現換檔，將轉速調整到同步狀態是必不可少的，為此輕度混合動力系統使用了RSG，從而改善了舒適性並降低了有害物和CO2排放。
在怠速運轉時，轉速調節幹預同樣也需借助於RSG來進行。與傳統的通過調整點火角來進行調節相比，可取消扭矩提前量，從而在最佳點火角情況下運行，並使燃油耗最多降低約20%（圖9）。
11?結論和展望
大眾公司應用48?V輕度混合動力技術持續不斷地推進其旗下車型品牌的電氣化。輕度混合動力組合了諸多優點：其提供了較好的成本-效益比，同時無需復雜的匹配就能集成到現有的車型上，智能設計又具備眾多的功能，並能按照當時的行駛狀況自動應用這些功能。除了Golf?8轎車之外，這些全新的動力裝置還將相繼裝備到大眾集團中的變型車上，中期還會有更多車型裝備這些新的動力裝置，例如SUV和MPV類型的車輛，這些業務的擴展將對降低公司車隊CO2排放值產生有利的效果。此外，目前正在試驗更多的模塊化標準部件的48?V電氣化。所介紹的這種輕度混合動力還可擴充壹系列的附加裝置，既可在功能方面又可在部件層面上加以擴充，因此這種48?V混合動力系統已逐步得以應用，其既能進壹步降低CO2排放，又能改善駕乘舒適性。
作者：[德]C.HELBING等
整理：範明強?
編輯：伍賽特
本文來源於汽車之家車家號作者，不代表汽車之家的觀點立場。