奧迪電動化換個“混”法 奧迪A5和Q5家族率先搭載

奧迪全新A5與Q5家族搭載增強版輕度混合動力系統(tǒng)，通過傳動軸電機、皮帶式啟動電機及磷酸鐵鋰電池，實現(xiàn)輔助動力、節(jié)能減排與性能提升，引領(lǐng)豪華燃油車電氣化新進(jìn)程。

奧迪基于PPC豪華燃油車平臺打造的全新奧迪A5家族和奧迪Q5家族搭載了首批帶有新型增強版輕度混合動力系統(tǒng)技術(shù)的內(nèi)燃機。

通過搭載傳動軸電機（PTG）、皮帶式啟動電機（BAS）和磷酸鐵鋰電池，48伏輕度混合動力系統(tǒng)可為內(nèi)燃機提供輔助動力并下降二氧化碳排放，同時提升車輛性能和敏捷性。傳動軸電機可以完全耦合或解耦，它包含了集成式功率電子設(shè)備以及可以實現(xiàn)部分電動驅(qū)動的的電機。這項技術(shù)使得車輛在下降油耗的同時，帶來更平順的駕駛體驗。

奧迪汽車股份公司管理董事會技術(shù)研發(fā)董事杰弗里·布科特（Geoffrey Bouquot）表示：“通過采用全新增強版輕度混合動力系統(tǒng)技術(shù)，我們正在推進(jìn)基于PPC豪華燃油車平臺打造的全新內(nèi)燃機車型的電氣化進(jìn)程，以滿足客戶需求。這將進(jìn)一步提升并優(yōu)化我們涵蓋純電動車型、插電式混合動力車型以及高效內(nèi)燃機車型的產(chǎn)品組合?！痹鰪姲孑p度混合動力系統(tǒng)提供了部分電動駕駛、電動輔助動力等功能，并顯著提升了車輛效率和舒適性。全新奧迪A5家族和奧迪Q5家族搭載的增強版輕度混合動力系統(tǒng)由三個主要組件組成：緊湊式設(shè)計的傳動軸電機（集成了功率電子設(shè)備和永磁同步電機）、48伏鋰電池以及皮帶式啟動電機（BAS）。48伏電氣系統(tǒng)的組件采用液冷設(shè)計，以確保車輛系統(tǒng)達(dá)到最佳工作狀態(tài)。增強版輕度混合動力系統(tǒng)架構(gòu)可以搭載在基于PPC豪華燃油車平臺打造的前驅(qū)和quattro全時四驅(qū)系統(tǒng)等多種車型中。功率電子設(shè)備和電動機采用的基于工況的液冷設(shè)計確保了這些組件在所有工作狀態(tài)下都能滿足功率和扭矩需求。新的增強版輕度混合動力系統(tǒng)支持純電動駕駛狀態(tài)，并可以為內(nèi)燃機提供助力，從而提升性能和敏捷性，同時下降油耗和二氧化碳排放。

增強版輕度混合動力系統(tǒng)的另一個主要優(yōu)勢是提升了車輛性能和駕駛舒適性。傳動軸電機作為增強版系統(tǒng)中緊湊型大功率電驅(qū)模塊，也是增強版輕度混合動力系統(tǒng)與奧迪之前提供的輕度混合動力系統(tǒng)的最大區(qū)別，后者僅依賴皮帶式啟動電機。傳動軸電機被安裝于一個緊湊單元之中，該單元集成了電力電子設(shè)備，并直接安裝在變速箱的輸出軸上，可以為驅(qū)動系統(tǒng)提供高達(dá)18千瓦（24馬力）的動力輸出。該模塊在變速箱輸出端可實現(xiàn)最大230?！っ椎呐ぞ兀囕v起步時可直接作為驅(qū)動扭矩。傳動軸電機的緊湊式變速箱工作時的傳動比為3.6:1，從起步開始可一直工作至高達(dá)140公里/小時的時速來實現(xiàn)效率最大化。在更高車速下，傳動軸電機通過集成的犬牙式離合器與驅(qū)動系統(tǒng)解耦。

傳動軸電機重量約為21公斤，輸出軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)5550轉(zhuǎn)/分鐘，相當(dāng)于130-140公里/小時的時速，具體時速則取決于車型和驅(qū)動類型。

通過對周圍零部件的微小調(diào)整，在現(xiàn)有車輛底部空間內(nèi)即創(chuàng)造出所需空間，以便在現(xiàn)有的車身中央通道邊界范圍內(nèi)放置變速箱輸出端電機（傳動軸電機）。傳動軸電機直接安裝在變速箱后方，這種布局帶來了多種優(yōu)勢：其供應(yīng)的18千瓦驅(qū)動功率或最高為25千瓦的能量回收制動功率在車軸輸出端可被直接利用，不會產(chǎn)生額外損耗。得益于這一配置，傳動軸電機可在無需調(diào)整的情況下，模塊化地應(yīng)用于前驅(qū)和四驅(qū)車型中。

為了滿足系統(tǒng)的高舒適性要求，必須精準(zhǔn)控制電動機的扭矩、電流和轉(zhuǎn)速，其工作溫度范圍可適應(yīng)零下40攝氏度至零上75攝氏度。電動機周圍設(shè)有冷卻水套，并可為緊湊且高度集成的電力電子設(shè)備一同提供冷卻。該回路被直接安裝于電機上，以節(jié)省空間。高性能電力模塊排列于電力電子設(shè)備的散熱器周圍。中間電路電容器被散熱器環(huán)繞，既節(jié)省空間，又實現(xiàn)了最佳散熱效果。

奧迪在開發(fā)增強版輕度混合動力系統(tǒng)時，充分考慮了預(yù)期客戶的需求。傳統(tǒng)的第一代輕度混合動力系統(tǒng)依賴于一些關(guān)鍵節(jié)能組件，如車輛靜止時發(fā)動機的靜止、滑行、發(fā)動機熄火下的空檔滑行，以及12伏或48伏能量回收。更高電氣化程度的新系統(tǒng)帶來了更多優(yōu)勢，如更加便利的啟停操作、無排放滑行、能量回收、部分電動駕駛（如電動停車和低速行駛），以及通過內(nèi)燃機與電氣架構(gòu)協(xié)同支持而相應(yīng)提高的車輛性能。

該項技術(shù)使得車輛可以在特定情況下實現(xiàn)純電驅(qū)動，使內(nèi)燃機有更多時間處于關(guān)閉狀態(tài)，例如車輛在城市中低速行駛，或在城外交通的緩慢路段，亦或是即將抵達(dá)目的地時。此外，由于傳動軸電機在低速時就能輸出高達(dá)230?！っ椎尿?qū)動扭矩，車輛的啟動響應(yīng)得到了顯著提升，變得更加迅速。這種改進(jìn)使得車輛響應(yīng)性明顯提高，特別是在起步加速的前幾米內(nèi)，駕駛者能明顯感覺到車輛敏捷性的提升。

在0-140公里/小時的車速范圍內(nèi)，傳動軸電機可以為內(nèi)燃機提供輔助動力支持。此時，增強版輕度混合動力系統(tǒng)可提供額外的動力輸出，最高可達(dá)18千瓦，從而使內(nèi)燃機可以高效運行。在該車速范圍內(nèi)，傳動軸電機還可以利用能量回收制動系統(tǒng)回收高達(dá)25千瓦的能量，直至車輛接近停止。集成的混合制動控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)無壓力制動和最優(yōu)能量回收制動，通常無需啟用摩擦制動器。借助于電動空調(diào)壓縮機，增強版輕度混合動力系統(tǒng)還可以在內(nèi)燃機關(guān)閉的情況下（如等待紅燈時）保持空調(diào)系統(tǒng)的持續(xù)運行。

作為增強版輕度混合動力系統(tǒng)的一部分，皮帶式啟動電機負(fù)責(zé)啟動發(fā)動機并為電池供電。與小齒輪起動機相比，皮帶傳動裝置具有聲學(xué)優(yōu)勢，并且能讓內(nèi)燃機達(dá)到更高的啟動速度，從而改善油耗和啟動舒適性。皮帶式啟動電機還可在發(fā)動機關(guān)閉時回收能量，并將氣缸置于最佳重啟位置。

鋰離子電池采用了磷酸鐵鋰技術(shù)，其電池的存儲容量為37安時，相當(dāng)于近1.7千瓦時（總?cè)萘浚畲蠓烹姽β蕿?4千瓦。根據(jù)可用性、功率和扭矩的需求，電池被集成于低溫水冷回路中，以保持在25-60攝氏度的最佳工作溫度范圍內(nèi)。這是奧迪首次在其輕度混合動力系統(tǒng)中使用磷酸鐵鋰電池。

集成式制動控制系統(tǒng)（iBRS）在能量回收中扮演重要角色。在搭載增強版輕度混合動力系統(tǒng)的車型中，集成式制動控制系統(tǒng)可確保無壓力制動，車輛可通過再生制動實現(xiàn)必要減速，無需使用摩擦制動器。只有在駕駛員用力踩下制動踏板時，摩擦制動器才會啟動，并且制動感受不受此影響。

在輕度混合動力系統(tǒng)中，一個經(jīng)驗法則是電池在充電至 50% 到 60% 的狀態(tài)下工作最高效，因為它可以向電動機提供高輸出電流，并在能量回收過程當(dāng)中儲存高充電電流。該混合動力系統(tǒng)的重點不在于電動續(xù)航里程，而是電池的快速充電-放電循環(huán)，這使得盡可能多的能量可以被回收并快速有效地重新用于驅(qū)動。

通過增強版輕度混合動力系統(tǒng)技術(shù)，控制軟件持續(xù)評估車輛行駛狀態(tài)，以實現(xiàn)內(nèi)燃機、傳動軸電機和皮帶式啟動電機之間的最佳互動。為此，系統(tǒng)記錄了兩臺電動機的最優(yōu)使用特性以及所需扭矩值，以便用于驅(qū)動或能量回收。電池的充電狀態(tài)也被考慮在內(nèi)，目標(biāo)是實現(xiàn)穩(wěn)定運行，而控制系統(tǒng)會根據(jù)不同情況達(dá)成不同的效果。附加的電機單元根據(jù)不同動力版本對運行策略進(jìn)行了特定優(yōu)化，從而在不影響駕駛動態(tài)性能的前提下，盡可能實現(xiàn)最低能耗。

該運行策略兼顧了所選變速箱模式和油門踏板的調(diào)節(jié)。例如，在D擋模式下，傳動軸電機僅在油門踏板達(dá)到約80%，或是急加速時，才會使用最大為18千瓦的全部額外電驅(qū)動力。而在S擋模式下，18千瓦的額外動力在較低的油門踏板開度時即可提供。在D擋模式下，當(dāng)車輛在高速公路上或城市限行區(qū)域外以恒定速度行駛時，傳動軸電機可以在時速達(dá)到85公里/小時斷開連接，以避免傳動軸電機產(chǎn)生電氣損耗。而在S擋模式下，傳動軸電機則保持耦合連接狀態(tài)，直至其允許的5,550轉(zhuǎn)/分鐘的最高轉(zhuǎn)速，以確保隨時可以快速響應(yīng)。

對于 D擋和S擋兩種變速箱模式，車輛的運行策略在48伏電池的充電狀態(tài)（SoC）方面也有所不同。在D擋模式下，平均50%至55%的目標(biāo)SoC為內(nèi)燃機的電動輔助和部分電動駕駛提供了最優(yōu)平衡，確保有足夠能量可用。這種SoC的荷電狀態(tài)也足以存儲車輛在進(jìn)入路口時溫和且較長制動階段中回收的大量能量。在S擋模式下，將采用約為70%的更高SoC目標(biāo)，確保在更運動的駕駛過程當(dāng)中為內(nèi)燃機的電動輔助提供更多可用能量。可想而知，運動駕駛方式下的制動時間更短、強度更大，那么也就意味著回收能 量更少。

傳動軸電機的使用還在駕駛動態(tài)方面提供了優(yōu)勢，因為可立即使用的額外扭矩使得車輛可以對負(fù)載變化做出更快速的反應(yīng)，并在車輛加速出彎時可以表現(xiàn)的更加敏捷。D擋和S擋兩種駕駛模式下，負(fù)載變化類型的處理方式也有所不同，以實現(xiàn)在 D 擋模式下更舒適的操控和在 S 擋模式下更靈敏、更動態(tài)的駕駛體驗。

搭載增強版輕度混合動力系統(tǒng)的車型還可以在純電動模式下運行，例如當(dāng)車輛駛近城鎮(zhèn)時，可以通過傳動軸電機保持車速。如果駕駛員或自適應(yīng)巡航控制（ACC）所需的動力超出特定值時，內(nèi)燃機將啟動并接管驅(qū)動。啟動閾值取決于48伏電池當(dāng)下的電量狀態(tài)和車輛的速度。

如果當(dāng)前電量低于目標(biāo)電量，內(nèi)燃機將提前啟動。一方面，這是為了避免消耗額外的能量用于電動駕駛，從而進(jìn)一步下降目標(biāo)電量。另一方面，內(nèi)燃機可以通過增加功率，并在皮帶式啟動電機和傳動軸電機的配合下，按需提升目標(biāo)電量，即重新為電池充電。但這并不適用于電動行駛低速操作、在緩慢車 流中行駛或泊車，這些操作在相對較低的電量下也可以實現(xiàn)。

如果當(dāng)前電量高于目標(biāo)電量，內(nèi)燃機將在動力需求稍高時延后啟動。這樣可使48伏電池逐漸放電降至目標(biāo)電量，以便在未來的能量回收階段儲存足夠的能量。隨著車速的增加，對內(nèi)燃機提供的功率請求閾值會下降。換言之，車速越高，將越依賴內(nèi)燃機提供動力。

無論是何種動力版本，動力系統(tǒng)的效率提升顯著提高了車輛的總續(xù)航里程。這使搭載增強版輕度混合動力系統(tǒng)的車輛更適合長途旅行，并有益于提升旅行舒適性。