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混动技术尖子生 丰田插电式混动技术体验

2019-08-07 11:23 来自: 太平洋汽车网

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我们都知道,丰田从很早很早就开始布局混合动力,从最早那款价格昂贵的普锐斯,到如今亲民的卡罗拉/雷凌双擎,别人刚开始加力研发,丰田已经遥遥领先。至今,丰田已经售出了超过1400万辆的混合动力车型,这一数字令所有对手望尘莫及。不论是技术经验累积,还是销量上,在混合动力技术方面,丰田无疑是前排尖子生。


当大家终于被加剧恶化的环境和各国严厉的法规,“胁迫”着投入到小排量涡轮化以及电动化的研发之时,丰田早已积累了足够的技术和经验,开始考虑更长远的发展。插电式混合动力车型,就是丰田未来布局中的一大步。


双擎E+动力系统——THS II

卡罗拉/雷凌双擎这对姐妹花已经在国内市场受到了广泛的认可,而卡罗拉/雷凌双擎E+正是基于双擎车型THS II动力系统,通过增大电池容量、提升纯电续航里程、加入外插式充电接口而来车型,而这也是专门为中国市场开发的车型。


THS II——Toyota Hybrid System-II,即丰田第二代混合动力系统。这套系统由一台1.8L阿特金森循环发动机+双电机E-CVT变速箱+电池组+PCU动力控制单组成。

这套系统里面看起来像是有一个CVT变速箱,实际上并没有,THS II系统的核心其实就在于由两个电机所组成的E-CVT结构。实际驾驶过程的中的变速就是靠这两个电机的转速差来实现的。

1号电机用于调速,2号电机用于驱动,这两个电机都可以作为发电机和电动机,它们通过行星齿轮与发动机相连,由PCU控制从而实现变速。不同车速下,PCU会根据发动机和电机的状态,来实时调整它们之间的转速关系,通过1号电机的调速,使发动机启动或关闭、加速或减速,从而实现像CVT五级变速箱那样极为顺滑的变速,达到动力的无间断输出。而当起步或低速行驶时,发动机熄火,车辆由永磁同步电机(2号电机)进行纯电驱动。



而这台1.8L阿特金森循环发动机也是专门为混动系统而生的。阿特金森循环发动机通过延迟进气门的关闭,来达到压缩比小于膨胀比的效果,从而提高燃油经济性。但这是通过牺牲动力性能而来的,阿特金森循环发动机整体的动力输出水平较弱,在低扭时更是乏力。而电动机一启动即全扭矩输出的特性,正好弥补了阿特金森循环发动机这一缺陷,两者互相取长补短,共同提升整个动力系统的燃油效率。


THS II的优势在于,车辆启步和低速工况下,可以利用电机强大的扭矩来补足自然吸气发动机的弱低扭,中高速工况下可以通过发动机的高效运转为电池组充电,高负载或急加速时有可以让电动机和发动机合力输出,即实现了各个速段下合理的动力响应。



卡罗拉/雷凌双擎E+上的THS II在结构和原理上都不变,但电池组从镍氢电池改为了锂电池,容量也从1.3kWh提高到了10.5kWh,从而实现了55km的纯电续航里程。之所以改用锂电池,是因为想要达到更长的续航里程,必须大大提高电池容量,而镍氢电池的优势在于成本低且成熟,但能量密度不够高会使得电池体积陡增,因此采用能量密度更高的锂电池主要目的在于避免过多地压缩车内空间。


插混技术的不断升级

THS系统从1997年诞生至今,已经经历过三次技术升级,如今卡罗拉/雷凌双擎E+上的THS已经达到了第四阶段的水平,各部件的性能得到了大提升的同时,它们的体积和重量也越来越小。(第1阶段为THS I ,第2、3、4阶段为THS II)


最早期的混合动力车型普锐斯上的电池包,其体积较为巨大,重量也达到了76kg。而4阶段的电池包,已经将体积大大地缩小,并实现了扁平化以便放置于后排座椅下方,不占用后备箱空间,重量也减少到了40kg,减重将近一半。



用于驱动的永磁同步电机也有很大的技术提升,不仅体积重量变小,4阶段的电动机定子方形的绕线方式比初代的圆柱形绕线,空隙更小,性能更加稳定,制造难度也是相当地高。而电动机转子中的磁心板也从初代的0.35mm以上减少到了0.25mm左右,实现轻量化的同时,稀土元素的用量减少了96%之多,这也是对地球资源的一种保护。



除了电池和电动机这些大部件的小型化轻量化,4阶段的PCU同样得到了优化,体积从17.4L将至8.4L,功率密度提升2.5倍,双面叠层冷却的效果也远超初代产品。



卡罗拉双擎E+试驾感受

如果你开过双擎版的卡罗拉或者雷凌,那么你就知道E+开起来什么样。在说双擎E+开起来如何之前,我们有必要先来看看这套动力系统的性能数据以及各种行驶模式。


轻踩油门,伴随着柔和的电流声,车子轻快地起步。电机的全扭矩输出特性确实很好地避免了小排量自然吸气发动机起步无力的尴尬,当你处于EV(纯电)模式下,低速时动力竟然可以说有点猛,当然了不是你想象的那种暴力的感觉。而到了100km/h以上的速度,再往后加速,就比较缓慢了(纯电模式下可以达到120km/h)。



刹车的调校特性个人认为还有优化空间,行程较长的踏板,其头段制动力较弱,所以你要么早点踩刹车,要么深踩一点。


卡罗拉双擎E+的整体隔音水平不错,纯电低速时车内基本只有轻微的电流声,不过深踩油门还是能够听到发动机介入。而到了高速纯电行驶时,胎噪就会比较明显了,而风噪则控制得比较到位。总体来讲,作为一款紧凑型轿车,其隔音水平算得上优秀。



总体而言,双擎E+的驾驶感受和普通双擎差别不大,不论是转向手感、底盘质感,还是车内的隔音水准,都几乎不相上下。主要的区别在于,Power模式下,动力输出颇有爆发力,这是在普通双擎车型上无法体验到的。卡罗拉和雷凌这两款车型,都是以经济、舒适为第一追求的,作为家用车来说,轻松的驾驶感受才更符合大部分人的需求。


总  结

经过20几年的发展,丰田已然成为油电混合动力技术的佼佼者。能够取得如此成就,一方面是丰田对未来发展的独到眼光,另一方面是丰田对环境保护的使命感。尽管已经走在前头,但丰田依然有着更长远的目标:2025年前后,丰田全车系配备电动化车型;2050年,挑战二氧化碳零排放;燃油发动机热效率要提高到50%。野心勃勃的丰田能否将自己立下的flag一一变成现实,唯有时间可以给我们答案。



来自: 太平洋汽车网 责任编辑:时空汽车

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