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动力科技如何用1+1推动未来快进?


人气:1352 日期:2016-12-04


1+1的助力

在天空之上将音速甩在身后


隐身战斗机歼20在珠海航展上惊鸿一瞥,隐身、超音速巡航和机动性都是第四代战斗机的特质,要达到这些性能,离不开一个强大的心脏。

从滑行腾空到突破音速,战斗机如何调整速度?在航空涡扇发动机中,通常通过控制2个燃烧室内的喷油量来调节推力。空气经过风扇分成两路,内侧气流被压气机送入燃烧室,燃烧产生气流从尾喷口高速排出,产生推力。        

 

前方接敌需要急加速?那就得依靠外侧通道没燃烧的空气了。在燃烧室后部的加力燃烧室内设置了一组喷油嘴,混合空气在这里再次燃烧产生强大喷气,推动飞机迅速突破音障。歼20就是依靠发动机的两个燃烧室,1+1实现经济巡航和最大推力加速的不同工况需求

地面的迅捷离不开齿轮和电机

飞机油耗巨大,排放问题也较为严重。在航空业,新能源飞机也在逐渐发展,工程师也想给飞机用上油电混合动力,降低油耗。然而航空业的进度被汽车远远抛离。我们熟悉的汽车上,汽油和电力的混合动力系统得到了越来越广泛的应用。


除了更经济的油耗和排放,混合动力这种1+1的工作模式也已经让顶级跑车获得了令人咋舌的性能,在赛道上也帮助赛车更快提速,获得更快的圈速。除了油与电碰撞出的火花,如果混合动力车辆再配备两台变速箱,复杂的机械与精密的电子组合会产生怎样的效果?


已经是1+1的混合动力如何再来1+1?看起来天马行空的想法现在被雷克萨斯变成了现实。其实雷克萨斯LC500h多级混合动力系统(Multi Stage Hybrid System中蕴藏了三个“1+1”

  • 3.5LV6发动机+电力单元是混合动力的基础;


  • 1+1两台电动机结合行星齿轮,让调速和驱动更加自由;


  • 变速机构是E-CVT+4AT的组合。


2016年了,豪华混动跑车还需要4AT是什么鬼?当然没那么简单,这套系统通过E-CVT4AT的传动比排列组合,3×3+1的形式,实现了10个档位的设置。这里面3×3指的是什么,最后的1又是什么?10速又能给我们带来怎样的变化?

1.  有无限可能的E-CVT提供了三个最优解

区别于一般的CVT无级变速器,雷克萨斯多级混合动力系统中采用的E-CVT通过一个行星齿轮就可完成车辆的平顺调速,让两种动力在毫无察觉的情况下自由切换。行星齿轮由太阳轮、行星轮和外层齿圈组成。


在这套混合动力系统中,3.5L V6发动机与中间的行星齿轮座相连,调速电机(1号电机)与太阳轮相连,驱动电机(2号电机)则连接外层齿圈。由于还没有LC500h的技术讲解图,所以用下面的简易原理图作为示例。


锁定行星齿轮中任意一种齿轮,其余两种齿轮会按照不同的传动比进行转动,通过调速电机的转速调整,可以匹配不同速度下的发动机和电动机输出功率。由于调速电机的转速可以无限变化,就相当于一个电子无级变速器。在雷克萨斯LC500h上,通过程序设定,可以固定3个最优化的传动比,这也就是3×3中的第一个3

2.  4AT的加入,如何为车辆“加力”?

尽管E-CVT可以无级变速、平顺高效,但是调速范围有限,而4AT的加入巧妙地解决了这个问题。3×3中另外一个3即是4AT变速箱的前三个档位,配合这三个档位放大动力系统输出的扭矩,可以实现更高范围的调速。当我们让两个变速器串联后,E-CVT的三个档位与4AT的前三档传动比进行组合便可模拟出9个档位4AT最后的一档被设定为超速档,从而组成这个10档变速系统。


由于4AT的加入,发动机和电动机均得到了更大的调速范围。经过4AT的动力输出,可像《三体》中太阳辐射层能量镜面的增益反射作用,将电波以恒星级超大功率辐射向全宇宙一样,放大传递到车轮,获得更快的速度。

而此前雷克萨斯就在混动系统的E-CVT后端加入一组行星齿轮变速机构,只提供2个传动档位。选择大减速比齿轮时,整个动力系统的扭矩输出会被放大,加速更快;选择小减速比齿轮时,车辆的最高车速提高,经济时速巡航的油耗也会降低。


在全新的LC500h中,档位从2个升级到4个,更多的齿比带来了更宽的调速范围。例如1档的齿比更大,起步时能爆发更大的扭矩。LC500h可在5.0秒完成0-100km/h加速,相当于从3.5L V6升级成5.0L V8的水平。


混合动力一直是高效平顺的代名词,如何营造跑格?自然得在换档上做文章。10个模拟档位想怎么快?这套多级混动系统分分钟教传统变速箱做人。哦不,是做箱。虽说有3个模拟档位,但是E-CVT换档可不需要齿轮前后运动。拨动方向盘后面换档拨片,调速电机即时改变转速就能完成换档。想瞬间升降几个档位的话,有后面4AT变速箱协同工作,就能事半功倍迅速完成。除了混合动力车型低油耗和低排放,雷克萨斯多级混合动力系统(Multi Stage Hybrid System同时实现了强大的动力输出与快速、平顺的换挡反应。


作为一辆大尺寸豪华GT跑车,LC500h在西装革履之下也得有不羁的野性。轻量化的锂电池组相比目前的镍氢电池组重量降低20%,将更多的能量压缩在更小的空间内,抵消了4AT增加的重量。通过将电池放置在后轴处,整车保持前中置后驱的布局,LC500h达到了51:49的平衡配重。这样保持豪华属性的同时,也拥有比肩超级跑车的操控体验,无论巡游山间还是赛道撒野,都驾轻就熟。





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