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雷克薩斯ES300h混動技術

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發表于 2017-6-22 15:03:24 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
  混合動力是如今十分熱門的一項驅動技術,隨著節能環保以及新能源熱潮的不斷升溫,各大汽車廠商紛紛推出了自己的搭載了混合動力技術的產品。而如今哪家企業最熱衷于混合動力技術?那毫無疑問是雷克薩斯——憑借著母公司豐田在混合動力技術領域超過40年的積累,雷克薩斯如今幾乎已經將混合動力技術普及到了旗下所有級別的車型中去。今天我們手頭上恰好有一輛國內銷量最好的混合動力汽車——雷克薩斯ES300h,我們試著從它的身上來發掘一下混合動力的奇妙之處,并且通過我們的體驗,來解答一下大家對于混合動力技術關心的問題。
  為什么需要混合動力?
  內燃機作為汽車的動力源已經有超過100年的歷史,在這期間經過不斷地改進和演化,如今的內燃機技術可以說發展得相當成熟,同汽車的配合已經達到了爐火純青的地步。但是,盡管工程師們使用了可變氣門正時、燃油直噴、渦輪增壓等各種先進手段,還是不得不承認——即使如今最先進的發動機,效率也很難達到40%。
如今的發動機技術發展非常成熟,但是效率仍然不高。
  不僅如此,發動機在實際使用過程中也絕不可能時刻都發揮出自己的最高效率,這是由發動機自身能量轉化的原理和設計所決定的。
  由于燃料在發動機氣缸內部需要和空氣混合后壓縮點火,因此氣缸內部時刻都在發生著“爆炸”,而整個爆炸的過程就存在著眾多的不可控因素。實驗證明,發動機在不同的工況下,燃油效率差別巨大,甚至可能達到2倍之多。
【四沖程內燃機工作原理:需要燃料在氣缸內爆炸來推動曲軸轉動】
  考慮到發動機是如此地“不羈”,混合動力技術就應運而生。簡單來說,混合動力技術并不能夠提高發動機的效率,而是通過電力系統的緩沖,能夠讓發動機盡量運行在效率最高的區間,甚至能夠讓發動機在必要的時候熄火,從而達到省油的目的。
電機同發動機相輔相成,能夠令發動機最大程度地運轉在最高效率區間。
  如果按照混合動力系統不同的動力源之間的關系來區別,那么如今的混合動力系統可以分為串聯式并聯式混聯式三種。
  所謂串聯式,就是兩種動力源通過同一個路徑來驅動車輪,最為典型的是雪佛蘭的沃蘭達,發動機在這套系統中已經不再承擔傳統的驅動任務,而是單純作為給電動系統發電的裝置(也叫増程器),最終由電動機來驅動車輛前進。因此,這套系統我們也可以理解為一套自帶發電裝置的電動車。
  串聯式混合動力系統的優點在于發動機可以隨時運行在最高效率區間內,從而最大程度提高了發動機的效率;而缺點卻也十分明顯:整套系統需要大容量電池作為支撐,無形中加重了車輛行駛的負擔;并且能量經過多重轉化,也會造成一定的損失。
串聯式混合動力技術的代表:雪佛蘭沃蘭達。
沃蘭達需要大號的鋰電池,并且只能采用小號的內燃機。
  并聯式混合動力系統則在如今得到了廣泛的應用。這套系統的發動機和電動機通常布置在一個傳動系統內,兩者以相同的轉速運轉,電動機則在適當的時候給發動機提供助力。發動機也可以充當發電機為電池提供能量。目前大部分的混合動力車型都采用了類似的結構。
  這套系統的優點在于布置十分簡單,并且成本并不算高。缺點也十分明顯:由于發動機事實上沒有切斷同車輪的關系,因此它在大部分時間同普通車型的發動機運轉工況無異,無法發揮出發動機最大的效率。因而并聯式混合動力也可以稱之為“輕度混合動力”。
 好了,介紹完上述兩種,我們來說說豐田和雷克薩斯這套史上最為復雜的“混聯式混合動力系統”。這套系統簡單來說,既是串聯結構,也是并聯結構。從而結合兩者的優點于一身,令整套系統達到最大的效率。
雷克薩斯的混合動力系統:擁有最復雜的結構和功能。
  發動機通過動力分配裝置(一個行星齒輪組)來分配發動機的動力,一部分驅動車輪,另一部分給電力系統充電來令電動機驅動車輛。在低速時,可以切斷發動機同車輪的聯系,讓電動機直接驅動車輛前進。這套系統可以令發動機在絕大多數時間運轉在效率最高的區間內,并且在高速的時候可以直接驅動車輪,降低能量轉化帶來的效率損失;由于發動機可以在部分時間不驅動車輪,因此工程師們對發動機的進氣系統結構進行了進一步調整,就是所謂的阿特金森循環,令發動機的效率得到進一步提升。
混聯式混合動力系統:有三條動力傳輸路徑。
  可能很多人對于這套系統如何將發動機的動力“分割”開來非常好奇,那么我們不妨在這里給大家上一個簡單的機械原理課程:
  豐田采用的動力分配裝置的主要元件是一個行星齒輪組。說到行星齒輪,這套裝置設計得非常巧妙:這套齒輪組結構如同一個星系一樣,中心部分是一個圍繞固定軸旋轉的齒輪,由于位置同行星系中的恒星一樣,因此它有一個非常形象的名稱:太陽輪。在太陽輪周圍有一組圍繞著它旋轉的齒輪,類似地,它們名為行星輪。而這些行星輪同行星一樣,不僅有自轉,由于它們的軸由行星架固定在一起,因此它們還可以實現圍繞太陽輪的公轉運動。此外,在行星齒輪組的最外端,還有圍繞它們的外齒圈。這樣一來,太陽輪、行星架和外齒圈就構成了三種不同的動力傳輸路徑,并且它們可以實現動力的合成、分解以及改變傳動比的功能。
  而在豐田的混合動力系統中,行星齒輪組的三條動力傳輸路徑分別連接了發動機、發電機以及車軸,這樣就實現了將發動機的動力分配給發電機以及車軸。為了讓大家更好理解,可以看看下面的動畫:
1、行星齒輪架不動,相當于發動機不參與,車輪帶動發電機轉動發電。這就實現了動能回收的功能。
2、中間太陽輪不轉動,相當于發動機將所有動力都用于驅動車輪前進。
3、外齒圈不轉動,相當于車輛靜止,發動機運轉驅動發電機轉動,為電池充電。
  此外,如果三套動力傳遞路線同時轉動,就實現了發動機的動力分配功能,即一部分用于驅動車輪前進,另一部分則用于驅動發電機發電。而如何正確分配發動機的動力,就需要使用復雜的算法進行運算后合理控制車輛的電氣設備了。這也正是這套混合動力系統的難點所在。
集成在發動機艙內的動力控制單元負責協調整車的電能。
  這樣一來,這套系統就實現了能量的自由分配:一方面可以令發動機盡量運轉在效率最高的區間,另一方面通過電池將系統中多余的能量(發動機以及車輛多余的動能)收集緩沖,從而提高了整套驅動系統的效率。盡管結構復雜,但是我們可以看到,工程師們并沒有將這套系統的體積設計得過分龐大,甚至同普通燃油汽車沒有什么差別。
盡管結構復雜,但是整套LHD系統的體積并不算大。

  盡管這套系統結構異常復雜,然而通過雷克薩斯的工程師們不懈努力,它的效果也是十分明顯的:雷克薩斯的混合動力車型油耗在同級別中均無人能出其右。因此,在混合動力技術百花齊放的今天,我們仍然不得不承認:LHD混合動力技術仍然是如今最有效、最為實用的技術之一。下面我們就來通過體驗雷克薩斯家族中最具代表性的車型——ES300h來看看這套混動系統的實力究竟如何。
 它的實用性如何?
  相比于傳統的燃油車型,混合動力系統多了一整套電動驅動裝置:主要包括電機和電池。從電力系統的角度來說,電池容量越高,功率越大,整套系統的性能越好。然而作為混合動力車型,由于電力系統要和傳統的內燃機驅動系統“和平共處”,因此如何平衡整套系統的體積,并且還能夠提供足夠的“蓄水池”容量,是擺在工程師面前的一道難題。
  同雷克薩斯家族其他混合動力車型一樣,ES300h將電池系統安裝在了后排座椅的后方。由于采用了豐田中型車Avlaon的平臺,使得ES300h本身便具備了十分不錯的實用性:放置一個容量為6.5Ah的電池組之后還有425L的行李廂容積(普通ES車型的行李廂容積為490L)。
ES300h擁有一個非常平整且容積可觀的行李廂。
  除此之外,這臺車在實用性上同普通的ES沒有區別。諸多豪華便利性設備,以及雷克薩斯一貫以來的精細做工,十分符合豪華轎車的定位。
車內同普通款ES布置幾乎相同,配置豐富,做工精致。
  顯而易見,如果不是專門留意,你幾乎無法發現這款車特殊的身份。這也十分符合豐田一貫以來的低調做派。當然他們的本意也在于當你使用這款混合動力車型時,無需任何適應過程。
  它好開嗎?
  這個問題絲毫沒有懸念。雷克薩斯的動力傳動系統向來以平順著稱,而有了電力系統的輔助之后,令這輛車在低速行駛時更加得心應手。電動系統的優勢首先體現在走走停停的擁堵路況中:由于在低速時車輛主要靠電動機驅動,而電動機幾乎在任何時候都能夠爆發出最大扭矩,并且不需要變速裝置,這就使得ES300h在低速時不僅平順無比,而且在中國特色的“搶位置”競賽中具備了不小的優勢。
  當車輛行駛起來之后,整套系統處于混合動力狀態,即發動機和電動機同時驅動車輛,而在駕駛時同普通燃油車輛并無區別,除了偶爾發動機介入時帶來的聲音和輕微振動,你會忘記這套混動系統的存在。當然你對于這臺電力附體的車輛也不應抱以太多的期待:在絕大多數時間內,你會感覺它就是一臺普通的汽車,僅此而已。加之ES車系一貫以來的低調作風,駕駛它注定不會帶來什么快感,取而代之的是一份安然閑適的心態。
  它跑得快嗎?
  為了解開這個問題的答案,我們在封閉場地內對其進行了加速、剎車以及繞樁的測試。我們將車輛的駕駛模式調整至Sport(運動),此時車輛的電動機和發動機會將全部動力都同時施加在前輪,從而輸出151kW的系統最大功率。而在整個加速過程中同樣可以用“波瀾不驚”來形容,整套動力系統的輸出仍然十分線性,并沒有渦輪增壓發動機帶來的那種推背感。
  盡管在車內“波瀾不驚”,但是它所作出的成績并不含糊:0-100km/h加速用時8.52s,同官方成績幾乎相同,同不少裝備了渦輪增壓發動機的對手相比也不落下風。值得肯定的是,這套動力系統在反復加速制動的過程中表現十分穩定,并沒有之前測試其他車型時過熱的情況發生。
ES300h 0-100km/h加速用時:8.52s。
100-0km/h制動距離:41.75m
  之前在道路上駕駛時,這臺車的操控并沒有給人留下太深刻的印象,典型“豐田范兒”的方向盤甚至讓人感覺有些慵懶,指向性并不出色。那么用它來進行繞樁測試是否有些瘋狂?盡管如此,我們還是瘋狂了一下。

  經過體驗,ES300h顯示出了明顯的舒適性取向,無論柔軟的懸掛還是“淡定”的方向盤都會讓你放棄激烈駕駛的欲望,然而這并不是說它不可以運動:優秀的底盤平衡性令它在極限邊緣時仍然具備了良好的可控性,這無疑間接提高了車輛的主動安全性。
 混動汽車越堵車油耗越低?
  大概很多人(包括我)對于混合動力都有這樣的認知。的確,在擁堵路段,憑借著比內燃機高得多的效率,整套混動系統的節油效果越發明顯。我們之前X Ring的測試也印證了這樣的觀點:混動車型與其他車型相反,在白天的油耗反而比夜間要低。而我此次則做了一個更加極端的測試:找一條最擁擠的早高峰路線,看看它是否真的是“越堵越省”。

  7.6L/100km,這便是此次測試的成績。這也說明了混合動力車型在這樣極端的情況下,油耗也并非如我們想象的那樣省。這是因為盡管電動系統的效率很高,但是在車輛走走停停頻繁加速停車的條件下,車輛也需要更多的能量。并且由于行車兩個多小時,車輛的空調、加熱等電氣設備在不停地運轉,也在不停地消耗著燃油。但是相比普通車型來說,作為一款中大型轎車,ES300h在這樣極端的環境中能夠取得不到8L/100km的油耗,本身也是非常了不起的成就,相比燃油轎車,在這樣的環境下的確也更加省油。

  編輯點評:經過我們的體驗,ES300h并不會帶給我們什么驚喜,但是它的優勢也十分明顯——首先是自己非常均衡的性能,以及雷克薩斯一貫以來的可靠性,讓它成為了一個值得信賴的伙伴;其次,憑借著復雜的混合動力系統,它在各種路況下都能夠獲得異乎尋常的低油耗,這對于如今的那些環保先鋒們有著非比尋常的意義。

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