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宋楠:丰田的新能源与TNGA框架技术带来的变革


Tags:原创首发    发布时间:2017-11-07 15:43

 

混动车型整体动力系统往往复杂程度远超过传统燃油车,售价也要略高,但作为混动代名词丰田不仅将混动车型普及化,价格更是十分具有诱惑力。其实混动车型主要就贵在电池与PCU动力控制总成,而这次混动车型上的核心部件已经采用在国产化,与此同时也得到了的进一步优化,提升性能减小体积降低重量。电池组方面依然采用普锐斯所使用的镍氢电池,拥有8年/20万公里保修期。电池组的核心部件目前虽然依旧采用进口方式引进,日后国内的专属电池厂落成投产之后将会国产化。

 

例如定位在紧凑级别的卡罗卡与雷凌双擎全系搭载1.8升汽油发动机与电动机所组成的混合动力系统,与现款普锐斯车型相同。发动机型号为8ZR-FXE的1.8发动机,采用全工况阿特金森循环设定,配合一系列先进技术,在提升动力和降低油耗方面都很有帮助。发动机的最大功率为最大功率99马/5200rpm,最大扭矩142N·m/4000rpm,相比同排量的奥托循环发动机来说,虽然低扭稍弱一些但更加注重燃油经济性。其电动机的最大功率为53千瓦,最大扭矩207牛·米。两者共同工作状态下的最大功率可达100千瓦,扭矩表现也明显优于1.8升汽油版车型,也就是说电动机不仅让雷凌双擎更加省油,扭力充沛的特性正好弥补了发动机的短板。

变速器方面,则采用了E-CVT形式,但其实里面没有传统的离合器或者液力变矩器,系统通过行星齿轮组来“变速”,而它另外一项重要的功能还有分配动力。发动机产生的动力会通过该装置按照不同的比例分配到电机和车轮上,通过巧妙的行星齿轮装置布局、逻辑控制和电机转速管理,实现高效的动力分配。不要小看它,目前所有车企发展混动车型均要避开丰田的专利技术,而这套技术不仅高效还可以有效的混动车型成本。

 

丰田的混合动力系统由发动机、动力分配机构、发电机、行星齿轮、电动机、动力控制单元和电池组组成。阿特金森省主要工作原理是在车辆起步和低速段采用纯电动和串联模式,可以充分利用车辆对电能输出要求低的时间段,比如等红绿灯、堵车等发动机怠速时段高效率补充储能器电能,发动机在满足相关条件情况下也可以熄火。在急加速、爬坡等工况下,采用混合驱动模式,在保证动力性的同时兼顾系统效率。

主要工作模式有4种:

1、启动和低速行驶时:发动机不启动,电池组驱动车辆行驶,同时,发动机亦可怠速驱动发电机为电池组充电。

2、正常模式行驶时:发动机输出的机械能被动力分配机构所分配,一条供给发电机向电池组充电,一条通过行星齿轮带动驱动轮转动。

3、加速行驶:发动机输送机械能,电池组带动电动机输送电力,行星齿轮将电力与机械能耦合后传送至驱动轮,使其转动。

4、制动、减速时:制动能量回收动能,电动机转换为发电机为电池组充电。

在低速启动时仅靠电动机驱动行驶,在一般行驶状态下则由发动机和电动机分别驱动,在全力加速时发动机和电动机同时进入满负荷运转状态。而在减速时发动机将停止工作,刹车所产生的能量也会被转化为电能,这也就是这套混动系统省油的根本原因。

可提供EV、ECO和PWR三种驾驶模式选择,分别代表纯电动、节能和动力驾驶模式。在纯电动模式下,续航里程仅支持在55km/h的范围内行驶2公里,如果速度再快发动机则会强行介入。

 

在混动情况下,ECO与PWR模式有着这截然不同的调教风格,ECO模式下的动力输出更加线性,发动机介入的也更加平顺,油门的响应也相对较为迟缓。PWR模式下的油门响应就变得更加灵敏了,另外发动机的介入更加频繁,当然动力输出也会更加迅猛。

 

此外,丰田混动车型并不具备外接充电功能,电池电量主要依靠能量回收系统。与纯电动车型不同的是,雷凌双擎所使用的能量回收系统调教更加偏向柔和平顺,可以说是在平瞬间平缓的进行能量回收,而当驾驶者挂入S档后回收力度也会明显增强。于此同时,雷凌双擎还增加了drive-by-wire电传控制技术,可以保证车辆在刹车时同样灵敏却不会有突然停顿之感。在紧急变线、急转弯或两侧路面抓地力严重失衡时,也能保持姿态稳定。

笔者有话说:

 

实际上从1970年代,第一次能源危机爆发,日本丰田、三菱等车厂就着手开发替代石化的新能源技术。现在丰田普锐斯系(油电混动、插电式混合殴打哪里)以及燃料电池技术,已经以成熟的姿态搭载到整车中全球销售。

 

2011年-2016年,日军已经着手开发插电、曾程、油电混动六轮驱动突击炮系统。利用丰田的电池、东芝的轮边电机、三菱的总装分系统研发而成。甚至采用油电混合驱动的履带式装甲测试车的三元锂动力电池密度接近400瓦时/公斤,纯电续航里程超过70公里。在新能源技术军用化和民用化方面,以丰田为首的日系车厂的支持走到了世界前列。通过军用方面的技术检验获得丰富的技术储备,反馈给民用市场更宽泛的具体车型应用。

不可否认的是,丰田的油电混动技术的成熟与整车成本的管控,即便在中国市场不依托政策和补贴都可以纯粹的市场行为存在。

 

2017年11月17日举办的广州车展,中国丰田或将全新的TNGA框架企划引入中国市场,并将基于这一全新概念的传统汽车和新能源汽车带入。

丰田的TNGA框架,已经脱离了单纯的车型平台的概念,而是将零部件研发层面的能耗计算在内,为全球不同市场提供更加丰富且“综合能耗”更低的车型。例如15代皇冠的量产,就是TNGA框架下的首款中型房车。受惠于TNGA框架的技术领先优势,整体能耗(包括研发、生产环节对环境的污染和二氧化碳的产生,日常行驶中排放及热量的产生)降低显著。

而未来,TNGA框架下的车型将包括国产的一系列传统汽车和新能源车型。