路虎揽胜运动版混合动力新技术(四)

◆文/北京 安海权

路虎揽胜运动版混合动力新技术(四)

◆文/北京 安海权

(接上期)

五、制冷系统

1.电动空调压缩机(eAC)

HEV车辆采用了高压电动空调压缩机(eAC)，电动压缩机外观如图35所示。eAC比机械驱动压缩机更加高效，提供改良冷却系统的同时，也有助于HEV节省燃油策略。eAC使用280V电机驱动压缩机，在16A的条件下操作，这相当于4480W的功率。如果用12V电机驱动压缩机，则需要280A的电流，才能产生同等的效率，这将很快耗尽12V蓄电池的电量。压缩机排量为33ml，最大耗电量为5kW。电动压缩机组成如图36所示，该单元装有一个“涡旋式”压缩机，一个AC异步电机和一个集成逆变器，因此制冷剂回路的性能由压缩机的转速调节。

集成逆变器以正确的频率将HV DC输入转化为HV三相AC输出，将电机驱动到理想速度(范围800～8500r/min)。印刷电路板装有电容器，以EPIC内的电容器相同的方式过滤电噪音和电压脉动。逆变器电路还有一个电阻器组，电源切断时，eAC利用该电阻器组让电容器被动放电。电阻器组正常或紧急断电(例如HVIL断开)将在1.5s内让储存在电容器内的电压降低到50V以下。注意：装在EPICM内的不可维修保险丝保护eAC或HV电缆短路。

图35 电动空调压缩机(eAC)外观

涡旋式压缩机原理如图37所示，涡旋式压缩机由两个交错涡旋盘组成，一个固定，一个由电机驱动并在固定涡旋盘内转动(由偏心轴转动带动的晃动)。 涡旋盘几乎多次相互碰触，在涡旋盘内形成多个不断增加和减少的容室。制冷剂通过这些不断变化的容室，到达涡旋盘的中心。然后，被压缩的制冷剂排到制冷剂电路的高压侧。压缩机用SPA2制冷剂油润滑，这在Sanden机械压缩机或电动压缩机中是相同的。

图37 涡旋式压缩机原理

由于对动力要求高，压缩机、逆变器和电机都将产生热量，其温度可达到120℃。在压缩机的操作中，维持单元的温度很重要，这可用制冷剂蒸汽来实现。空调压缩机冷却示意图如图38所示，制冷剂蒸汽通过吸入(低压)连接进入压缩机，然后制冷剂经过逆变器、AC电机定子和转子，最终进入拟压缩的涡旋盘。

图38 空调压缩机冷却示意图

2.空调制冷管路

空调制冷管路如图39所示，制冷剂回路仅增加了eAC和HVB冷却回路。三个隔离阀将制冷剂电路分割为三个区(模式A、B、C)。这让自动温度控制模块单独隔离或供应不同的制冷剂回路区，从而产生五种操作模式。

(1)模式A：仅前HEVAC有制冷剂供应。

(2)模式A+B：前后HEVAC均有制冷剂供应。

(3)模式A+B+C：前后HEVAC和HVB冷却器有制冷剂供应。

(4)模式A+C：前HEVAC和HVB冷却器有制冷剂供应。

(5)模式C：仅HVB冷却器有制冷剂流量。

前HEVAC隔离阀包含一个电磁阀，在默认或断电状态下为打开。在这种情况下，制冷剂可通过该阀到达前HEVAC恒温膨胀阀(TXV)。ATCM可向电磁阀供电，以关闭阀门，将前HEVAC和制冷剂电路隔开。例如，系统以模式C运行：取消选定AC按钮，要求HVB冷却。隔离阀以这种方式进行配置，这样，如果发生电源损失或系统出现故障，总有一条开启的电路供制冷剂流过。实际上，如果压缩机在这种情况下运转，制冷剂能保证压缩机足够润滑，防止压缩机过早磨损或出现故障。

辅助气候控制总成隔离阀默认为关闭，在这种状态下，辅助气候控制总成与制冷剂电路隔离。ATCM可让电磁阀通电，以打开阀门，让制冷剂流过TXV和蒸发器。HVB冷却器隔离阀如图40所示，在默认状态下为关闭，在这种情况下，热交换器与制冷剂电路隔离。ATCM为该阀供电时，阀门打开，让制冷剂通过TXV，热交换器从HVB冷却回路内的冷却液中吸收热量。

3.空调系统操作策略

空调系统控制框图如图41所示，流过回路的制冷剂量由ATCM计算，通过改变eAC的速度进行控制。为量化速度要求，ATCM必须首先评估各控制器的输入数据，计算出系统的动力需求。计算完成后，HEVAC控制模块(主节点)通过LIN总线连接向eAC(从节点)传送驱动和速度请求。eAC回复一条信息，说明已达到的实际速度。

图39 空调制冷管路

图40 HVB冷却器隔离阀

图41 空调系统控制框图

eAC探测到的内部故障也由LIN总线传输到ATCM，因此，SDD能从ATCM中检索到任何eAC诊断数据。ATCM 包括两个层次的软件，第一层管理和计算气候控制系统提出的需求，这在所有路虎车型中都是一样的。第二层管理和计算混合动力系统提出的冷却需求(HEV特有)及座舱气候控制动力需求。

ATCM从气候控制前接口和RICP(如有安装)接收冷却动力需求，接收方式与非HEV车辆相同。评估蒸发器温度传感器、鼓风机转速、环境温度和座舱温度值，以计算压缩机需要以何种速度运行才能达到座舱的目标温度。

混合冷却动力需求：ATCM从BECM处接收数据以评估HVB蓄电池冷却电路。BECM通过热敏电阻监测其冷却电路中的冷却液温度。冷却液的目标温度为10℃，蓄电池单元的目标温度为 30℃。BECM监测电池温度，在温度达到32℃时，它会在CAN总线上传输一个冷却请求。电池温度达到28℃时，将传输暂停冷却的请求。

VSC(混合动力管理器)接收冷却要求和其他数据，如HVB或EPIC中与混合动力系统电能等级相关的可用电量。然后，VSC将评估数据，并将冷却动力需求发送给HEVAC控制模块。压缩机控制：ATCM现在必须考虑气候控制请求，并结合混合动力系统的请求。然后，HEVAC控制模块将所需的速度请求发送到eAC，并运用正确的冷却模式(A、B或C)以满足当前车辆状况，同时让车辆保持以最节能的方式运转。

更高环境条件(50℃及以上)：ATCM在高温条件下采用不同的冷却策略，在车辆运行的前 15min内，HVB冷却回路与制冷剂电路隔离。这是为了尽快达到座舱目标温度，让乘客尽快感到舒适。座舱达到目标温度或过了15min之后，HVB冷却回路融入冷却策略。

六、再生制动系统

1.概述

再生制动系统相关部件如图42所示。为补偿混合动力系统的各种驾驶模式，制动系统面临着新的挑战，因此已对其进行开发，实现以下目标：①能让MG在不降低整体制动效率的条件下，最大限度地回收能量。②在时间过长而内燃机没有运行的情况下，支持带有真空供应的制动伺服器。③在这些操作模式中，踏板感觉一致。

为达到这些目标，混合动力系统使用MG提供制动扭矩，改良了ABS调节器，增加了“线控制动”功能，该功能与普通液压制动功能一同使用。前轴制动液压压力与其他车型一样，来自制动踏板的运动(液压功能)。后轴液压压力来自ABS调节器泵，ABS调节器泵通过制动踏板的运动触发“线控制动”功能。这种配置能有效使用MG，同时又能确保驱动始终与前制动回路相连。如果不存在MG容量(即HVB已充满)，那么后轴会产生补偿性摩擦扭矩。

制动系统有一个电动真空泵，当机械真空泵没有运行时，电动真空泵能提供必要的制动助力器真空(发动机进入ECO停止状态)。注意：ABS系统在非HEV车型中的所有高级功能仍然是本系统的一部分，以相似的方式操作。

2.制动策略

为确定合适的制动策略，ABS控制模块密切监测驾驶员踩下的制动踏板距离。然后，系统才能计算所需的整体制动扭矩，并在尽量回收动能的同时实施最适合驾驶员的制动策略。如图43所示，制动踏板增加了一个位置传感器，向ABS控制模块输出两个PWM信号，让控制器确定踏板运动的精确距离。原制动踏板开关仍保留，提供的“踏板是否踩下”功能与没有装备混合动力系统的车辆相同。

图42 再生制动系统相关部件

图43 制动踏板位置传感器

图44 是典型的液压制动系统主缸推杆运动相关的应用。 由于两条线路同时使用液压油，前后轴制动压力在整个推杆运动范围内保持相对平等。随着推杆超过2mm的自由间隙运动，压力开始增加。

再生制动是一个MG制动扭矩，当MG作为一个发电机进行操作时，其作用于四个车轮上，并由车轮通过传动系统、分动箱和变速器驱动。再生制动用于所有的驾驶模式。当车辆移动，释放加速器踏板时，ECM将MG切换到发电机模式，并将驱动MG(MG制动扭矩)所需的扭矩传输至高速CAN动力总成系统信号中的ABS控制模块。随后踩下制动踏板时，ABS控制模块会启动制动策略，该制动策略能充分利用任何可用的MG制动扭矩。为确定适当的制动策略，ABS控制模块密切地监测制动踏板运动。从制动踏板运动开始，ABS控制模块将计算所需的总制动扭矩。

第一个制动踏板运动约存在12mm(对应制动主缸推杆约3～4mm)的自由间隙，通常在此运动中不产生液压制动扭矩。制动扭矩由MG制动扭矩和/或使用HCU中泵所产生的压力所进行的后制动器液压操作产生。这也即所谓的串联制动，根据可用的MG制动扭矩以及制动踏板的运动量，以三种不同的模式工作：①仅MG制动扭矩工作。②仅后制动器的液压操作工作。③MG制动扭矩与后制动器的液压操作同时工作。

当制动踏板运动超过约12mm时，制动扭矩在前轴上形成。总制动扭矩由前制动器的液压操作，以及MG制动扭矩和/或使用HCU中泵所产生的压力所进行的后制动器液压操作产生。这也即所谓的并联制动，同样以三种不同的模式工作，这取决于可用的MG制动扭矩和制动踏板的运动量：①前制动器的液压操作和MG制动扭矩。②前制动器和后制动器的液压操作。③前制动器和后制动器的液压操作与MG制动扭矩。

在再生制动过程中，MG仍保持发电机模式，直至车辆接近静止或加速器踏板被踩下。注意：如果制动踏板位置传感器发生故障，制动系统将继续以常规的液压方式运行。则安全防护，无线控制动装置。即再生制动功能会禁用，驾驶员则可能看到踏板行程稍有延长。

再生制动系统特性如图45所示。MG的制动扭矩在图中表示为以bar为单位的制动压力，4mm的推杆行程产生电动制动扭矩，创造出与在制动卡钳上施加10bar的液压压力相似的制动效果。ABS液压制动控制单元(HCU)示意图如图46所示，ABS调节器具有一个用于后轴制动回路的分离阀(SV)。制动踏板一经使用，分离阀则关闭，让后轴制动器电路与任何制动液的运动分离。前轴制动回路保持开启，这与标准制动系统一样。如有要求，调节器泵的激活将产生并施加后轴液压压力；压力通过压力传感器测量，传感器为 ABS 控制模块提供反馈，以确保后轴制动器上施加的液压压力正确。SV默认开启，因此如果系统出现错误，仍可使用常规液压制动。制动器释放时，压力控制调节器(PCR)能防止压缩的液压油通过回流管流回储罐。这能防止过多的压力到达储罐。

3.制动真空助力

制动真空助力相关部件如图47所示。如果发动机进入ECO停止，且发动机驱动的机械真空泵不能再为制动增压器提供恒定真空，则使用12V电动真空泵(EVP)维持制动增压器内的真空。真空压力传感器安装在制动助力器真空管内。传感器硬连线到ABS控制模块，测量施加于制动伺服器的真空度。如果真空低于临界值，则ABS控制模块将启动电动真空泵，一旦测量到需要的真空度，则电动泵停止。

ABS 控制模块监控电动真空泵(EVP)的状况，并控制真空管理系统(VAM)工作状态。以下信息有助于故障诊断。

(1)VAM-打开(ON)：系统运转正常。

(2)VAM-备份：真空压力传感器疑似出现故障。为防止发动机不必要的发动机重启，EVP在制动踏板踩下后将运行约10s。 如果在下一个点火循环中清除故障，系统将恢复到VAM-打开状态。如果系统连续发生5次故障，状态变为备份-无 EVP并记录一个故障码。

(3)VAM-备份无EVP：检测到永久性故障，已发送发动机重启请求。

(4)VAM-关闭：在备份-无EVP状态中未探测到真空累积。在这种状态下，ECO停止在EV模式失效之前就已禁用。

图44 典型的液压制动系统特性

图45 再生制动系统特性

图46 ABS液压制动控制单元(HCU)示意图

图47 制动真空助力相关部件

(未完待续)