奥迪电动化换个“混”法 奥迪A5和Q5家族率先搭载

汽势Auto-First｜萧黄庄

奥迪基于PPC豪华燃油车平台打造的全新奥迪A5（参数丨图片）家族和奥迪Q5家族搭载了首批带有新型增强版轻度混合动力系统技术的内燃机。

通过搭载传动轴电机（PTG）、皮带式启动电机（BAS）和磷酸铁锂电池，48伏轻度混合动力系统可为内燃机提供辅助动力并降低二氧化碳排放，同时提升车辆性能和敏捷性。传动轴电机可以完全耦合或解耦，它包含了集成式功率电子设备以及能够实现部分电动驱动的的电机。这项技术使得车辆在降低油耗的同时，带来更平顺的驾驶体验。

奥迪汽车股份公司管理董事会技术研发董事杰弗里·布科特（Geoffrey Bouquot）表示：“通过采用全新增强版轻度混合动力系统技术，我们正在推进基于PPC豪华燃油车平台打造的全新内燃机车型的电气化进程，以满足客户需求。这将进一步提升并优化我们涵盖纯电动车型、插电式混合动力车型以及高效内燃机车型的产品组合。”增强版轻度混合动力系统提供了部分电动驾驶、电动辅助动力等功能，并显著提升了车辆效率和舒适性。全新奥迪A5家族和奥迪Q5家族搭载的增强版轻度混合动力系统由三个主要组件组成：紧凑式设计的传动轴电机（集成了功率电子设备和永磁同步电机）、48伏锂电池以及皮带式启动电机（BAS）。48伏电气系统的组件采用液冷设计，以确保车辆系统达到最佳运行状态。增强版轻度混合动力系统架构可以搭载在基于PPC豪华燃油车平台打造的前驱和quattro全时四驱系统等多种车型中。功率电子设备和电动机采用的基于工况的液冷设计确保了这些组件在所有工作状态下都能满足功率和扭矩需求。新的增强版轻度混合动力系统支持纯电动驾驶状态，并可以为内燃机提供助力，从而提升性能和敏捷性，同时降低油耗和二氧化碳排放。

增强版轻度混合动力系统的另一个主要优势是提升了车辆性能和驾驶舒适性。传动轴电机作为增强版系统中紧凑型大功率电驱模块，也是增强版轻度混合动力系统与奥迪之前提供的轻度混合动力系统的最大区别，后者仅依赖皮带式启动电机。传动轴电机被安装于一个紧凑单元之中，该单元集成了电力电子设备，并直接安装在变速箱的输出轴上，可以为驱动系统提供高达18千瓦（24马力）的动力输出。该模块在变速箱输出端可实现最大230牛·米的扭矩，车辆起步时可直接作为驱动扭矩。传动轴电机的紧凑式变速箱工作时的传动比为3.6:1，从起步开始可一直工作至高达140公里/小时的时速来实现效率最大化。在更高车速下，传动轴电机通过集成的犬牙式离合器与驱动系统解耦。

传动轴电机重量约为21公斤，输出轴最高转速可达5550转/分钟，相当于130-140公里/小时的时速，具体时速则取决于车型和驱动类型。

通过对周围零部件的微小调整，在现有车辆底部空间内即创造出所需空间，以便在现有的车身中央通道边界范围内放置变速箱输出端电机（传动轴电机）。传动轴电机直接安装在变速箱后方，这种布局带来了多种优势：其供应的18千瓦驱动功率或最高为25千瓦的能量回收制动功率在车轴输出端可被直接利用，不会产生额外损耗。得益于这一配置，传动轴电机可在无需调整的情况下，模块化地应用于前驱和四驱车型中。

为了满足系统的高舒适性要求，必须精准控制电动机的扭矩、电流和转速，其工作温度范围可适应零下40摄氏度至零上75摄氏度。电动机周围设有冷却水套，并可为紧凑且高度集成的电力电子设备一同提供冷却。该回路被直接安装于电机上，以节省空间。高性能电力模块排列于电力电子设备的散热器周围。中间电路电容器被散热器环绕，既节省空间，又实现了最佳散热效果。

奥迪在开发增强版轻度混合动力系统时，充分考虑了预期客户的需求。传统的第一代轻度混合动力系统依赖于一些关键节能组件，如车辆静止时发动机的静止、滑行、发动机熄火下的空档滑行，以及12伏或48伏能量回收。更高电气化程度的新系统带来了更多优势，如更加便利的启停操作、无排放滑行、能量回收、部分电动驾驶（如电动停车和低速行驶），以及通过内燃机与电气架构协同支持而相应提高的车辆性能。

该项技术使得车辆可以在特定情况下实现纯电驱动，使内燃机有更多时间处于关闭状态，例如车辆在城市中低速行驶，或在城外交通的缓慢路段，亦或是即将抵达目的地时。此外，由于传动轴电机在低速时就能输出高达230牛·米的驱动扭矩，车辆的启动响应得到了显著提升，变得更加迅速。这种改进使得车辆响应性明显提高，特别是在起步加速的前几米内，驾驶者能明显感觉到车辆敏捷性的提升。

在0-140公里/小时的车速范围内，传动轴电机可以为内燃机提供辅助动力支持。此时，增强版轻度混合动力系统可提供额外的动力输出，最高可达18千瓦，从而使内燃机能够高效运行。在该车速范围内，传动轴电机还可以利用能量回收制动系统回收高达25千瓦的能量，直至车辆接近停止。集成的混合制动控制系统能够实现无压力制动和最优能量回收制动，通常无需启用摩擦制动器。借助于电动空调压缩机，增强版轻度混合动力系统还可以在内燃机关闭的情况下（如等待红灯时）保持空调系统的持续运行。

作为增强版轻度混合动力系统的一部分，皮带式启动电机负责启动发动机并为电池供电。与小齿轮起动机相比，皮带传动装置具有声学优势，并且能让内燃机达到更高的启动速度，从而改善油耗和启动舒适性。皮带式启动电机还可在发动机关闭时回收能量，并将气缸置于最佳重启位置。

锂离子电池采用了磷酸铁锂技术，其电池的存储容量为37安时，相当于近1.7千瓦时（总容量），最大放电功率为24千瓦。根据可用性、功率和扭矩的需求，电池被集成于低温水冷回路中，以保持在25-60摄氏度的最佳工作温度范围内。这是奥迪首次在其轻度混合动力系统中使用磷酸铁锂电池。

集成式制动控制系统（iBRS）在能量回收中扮演重要角色。在搭载增强版轻度混合动力系统的车型中，集成式制动控制系统可确保无压力制动，车辆可通过再生制动实现必要减速，无需使用摩擦制动器。只有在驾驶员用力踩下制动踏板时，摩擦制动器才会启动，并且制动感受不受此影响。

在轻度混合动力系统中，一个经验法则是电池在充电至 50% 到 60% 的状态下工作最高效，因为它可以向电动机提供高输出电流，并在能量回收过程中储存高充电电流。该混合动力系统的重点不在于电动续航里程，而是电池的快速充电-放电循环，这使得尽可能多的能量能够被回收并快速有效地重新用于驱动。

通过增强版轻度混合动力系统技术，控制软件持续评估车辆行驶状态，以实现内燃机、传动轴电机和皮带式启动电机之间的最佳互动。为此，系统记录了两台电动机的最优使用特性以及所需扭矩值，以便用于驱动或能量回收。电池的充电状态也被考虑在内，目标是实现稳定运行，而控制系统会根据不同情况达成不同的效果。附加的电机单元根据不同动力版本对运行策略进行了特定优化，从而在不影响驾驶动态性能的前提下，尽可能实现最低能耗。

该运行策略兼顾了所选变速箱模式和油门踏板的调节。例如，在D挡模式下，传动轴电机仅在油门踏板达到约80%，或是急加速时，才会使用最大为18千瓦的全部额外电驱动力。而在S挡模式下，18千瓦的额外动力在较低的油门踏板开度时即可提供。在D挡模式下，当车辆在高速公路上或城市限行区域外以恒定速度行驶时，传动轴电机可以在时速达到85公里/小时断开连接，以防止传动轴电机产生电气损耗。而在S挡模式下，传动轴电机则保持耦合连接状态，直至其允许的5,550转/分钟的最高转速，以确保随时可以快速响应。

对于D挡和S挡两种变速箱模式，车辆的运行策略在48伏电池的充电状态（SoC）方面也有所不同。在D挡模式下，平均50%至55%的目标SoC为内燃机的电动辅助和部分电动驾驶提供了最优平衡，确保有足够能量可用。这种SoC的荷电状态也足以存储车辆在进入路口时温和且较长制动阶段中回收的大量能量。在S挡模式下，将采用约为70%的更高SoC目标，确保在更运动的驾驶过程中为内燃机的电动辅助提供更多可用能量。可想而知，运动驾驶方式下的制动时间更短、强度更大，那么也就意味着回收能 量更少。

传动轴电机的使用还在驾驶动态方面提供了优势，因为可立即使用的额外扭矩使得车辆可以对负载变化做出更快速的反应，并在车辆加速出弯时可以表现的更加敏捷。D挡和S挡两种驾驶模式下，负载变化类型的处理方式也有所不同，以实现在 D 挡模式下更舒适的操控和在 S 挡模式下更灵敏、更动态的驾驶体验。

搭载增强版轻度混合动力系统的车型还可以在纯电动模式下运行，例如当车辆驶近城镇时，可以通过传动轴电机保持车速。如果驾驶员或自适应巡航控制（ACC）所需的动力超出特定值时，内燃机将启动并接管驱动。启动阈值取决于48伏电池当下的电量状态和车辆的速度。

如果当前电量低于目标电量，内燃机将提前启动。一方面，这是为了避免消耗额外的能量用于电动驾驶，从而进一步降低目标电量。另一方面，内燃机可以通过增加功率，并在皮带式启动电机和传动轴电机的配合下，按需提升目标电量，即重新为电池充电。但这并不适用于电动行驶低速操作、在缓慢车 流中行驶或泊车，这些操作在相对较低的电量下也可以实现。

如果当前电量高于目标电量，内燃机将在动力需求稍高时延后启动。这样可使48伏电池逐渐放电降至目标电量，以便在未来的能量回收阶段储存足够的能量。随着车速的增加，对内燃机提供的功率请求阈值会降低。换言之，车速越高，将越依赖内燃机提供动力。

无论是何种动力版本，动力系统的效率提升显著提高了车辆的总续航里程。这使搭载增强版轻度混合动力系统的车辆更适合长途旅行，并有益于提升旅行舒适性。