奔馳GLC 350e混合動力驅動系統介紹

◆文/山東 張學忠 劉春暉

全新奔馳GLC中提供了一套插電式混合動力系統(PLUG-IN HYBRID)即奔馳GLC 350e。混合動力車的識別特征在于尾門上的附加字母“e”。混合動力驅動系統可實現連接充電插座而對高電壓蓄電池進行外部充電(圖1)。組合式驅動系統由排量1 993mL的4缸汽油發動機M274 E20 DEH LA與電動機構成，其相關參數如表1所示。

一、智能混合動力(HYBRID)

智能混合動力(Intelligent HYBRID)是針對混合動力車輛的智能運行策略。為了在行駛過程中以最高能效利用高電壓蓄電池的電能，智能混合動力會提前考慮行進路線和交通狀況。

1.預判功能

預判功能需要使用跨系統的各種信息。車輛提供的預判功能包括：預判駕駛策略、雷達輔助型能量回收、基于里程的運行策略以及油門踏板觸覺反饋。

2.預判駕駛策略

跟隨前方行駛的車輛行駛時，升擋限制會被觸發，即阻止松開油門踏板后升擋。例如當有一輛速度更快的車輛經過時，隨后可以更優擋位進行加速。由此可避免松開油門踏板時升擋以及踩下油門踏板時降擋。如果無法超車，通過發動機推力扭矩會形成更大的車輛減速度。駕駛員必須略微制動，以避免碰撞前車。預判駕駛策略的目標是提升駕乘舒適性并優化車輛靈敏度。該功能在所有駕駛模式中均保持激活，但具體設計存在差異。相應的轉速閾值根據各駕駛模式進行調整匹配。

3.雷達輔助型能量

回收車輛能耗通過雷達輔助型能量回收功能得到優化。電量可行駛距離憑借強度更大、時間更長的能量回收以及滑行模式進一步提升。通過在超速運行模式下對車距及車速調節提供的支持，有助于提高舒適性。

當未識別到前方行駛車輛、前方行駛車輛距離過遠以及前方行駛車輛正在加速等條件下不執行雷達輔助型能量回收，當接近速度較慢的車輛時，本車會因能量回收而發生減速。

4.基于里程的運行策略

如圖2所示，駕駛員可為其行駛里程手動選擇不同的PLUGIN運行模式，由此可以規定希望在哪里以電動方式行駛，或者高電壓蓄電池的電量應在什么時候耗盡。基于路段的運行策略會替駕駛員決定運行模式的順序以獲得最佳行駛里程。其中運行模式的選擇并非完全取決于事件，而是要同時考慮怎么使用電能以降低消耗。

在城市以外行駛時，基于路段的運行策略根據需要有可能較少使用電能。除此之外，電量可通過推遲加載點進行有針對性的調節，以滿足剩余里程。駕駛室管理和數據系統以及聯網功能(COMAND online)的數據和輔助性用電器的負荷，是路線能量評價的基礎。充電控制和功率許可之后會根據能量評價做出相應調整。

5.加速踏板觸覺反饋

觸覺加速踏板可幫助駕駛員實現經濟而舒適的駕駛方式，其結構如圖3所示。為此提供有電動(E-MODE)運行模式中的可變壓力點以及經濟駕駛模式下的雙脈沖。觸覺加速踏板中能夠感覺到的壓力點，代表著當時可提供的最大電動行駛功率。當觸覺加速踏板越過壓力點被繼續踩下時，內燃機便會接通。

當車速高于前方行駛車輛時，駕駛員會獲得松開觸覺加速踏板的建議。該建議通過觸覺油門踏板中能夠感覺到的雙脈沖表示。內燃機可關閉并與傳動系統斷開。車輛切換為滑行模式或者基于雷達的能量回收模式。在個性化駕駛模式中，雙脈沖可以接通或關閉。雙脈沖的觸發取決于行駛速度、與前方行駛車輛的距離以及與前方行駛車輛的相對速度。

二、混合動力功能

靜默啟動、電動行駛、ECO自動啟停功能、能量回收、滑行和雷達輔助型能量回收、超加速以及高電壓蓄電池外部充電等混合動力功能屬于基本功能。

1.靜默啟動

混合動力車輛通過鑰匙操縱可進行純電動行駛。當運行策略判斷純電動行駛無法再滿足駕駛員需求時，內燃機便會啟動。功率需求通過油門踏板模塊識別。靜默啟動要取決于車外溫度和內燃機的工作溫度。它不會對車內空間的加熱舒適性產生限制，或者給排放帶來不利影響。儀表盤中的就緒(READY)顯示，代表著混合動力系統已準備就緒。

起步與低負荷行駛視運行策略而定，有可能以純電動方式或者結合內燃機共同完成。高負荷或滿負荷加速時，電動機會提供額外的加速度。

2.電動行駛

基于高電壓蓄電池較大的容量，純電動行駛的里程大約可以達到30km。純電動行駛時的最高車速約為140km/h。

當電動機的功率不足以再滿足需求時，內燃機便會接入。該過程發生基于達到極限車速、猛烈加速、功率要求高以及高電壓蓄電池電量狀態低于極限值等條件。接合自動變速器中的濕式離合器之前，車輛電子系統會同步內燃機和電動機的轉速。接入過程十分平穩，不會令駕駛員察覺到。

除此之外還有其他一些運行情況，例如接通空調器或者在較低的車外溫度下對車輛進行加熱時，內燃機也會自動啟動或者不關閉。

3.ECO自動啟停功能

ECO自動啟停功能會在車輛靜止時關閉內燃機。電動真空泵建立制動系統必要的真空度。轉向系和制冷劑壓縮機同樣以電動方式運行。因此即使關閉內燃機也同樣能實現最佳的空調舒適性。在某些特定的運行條件下，例如運動或運動增強駕駛模式中，ECO自動啟停功能會被停用。當高電壓蓄電池的電量低于特定值時，ECO自動啟停功能同樣也會停用。

4.能量回收

能量回收對于能耗降低的作用很大。在所有超速運轉階段中，內燃機始終關閉，同時牽引功率被電動機的充電扭矩所取代。混合動力車輛減速時，有可能出現三種不同的運行狀態：

(1)以純滑行減速度滑行時能量已回收，之后電動機作為發電機運行。回收的能量存儲在高電壓蓄電池中。

(2)輕踩制動踏板時，車輛在電動機的作用下減速更猛，同時能量回收提高。

(3)猛踩制動踏板時，車輪制動器也會用于車輛減速。在該運行情況下，兩套系統共同運行。

5.滑行和雷達輔助型能量回收

舒適駕駛模式下車速低于130km/h或者經濟駕駛模式下車速低于160km/h時，可實現滑行運行狀態。經濟駕駛模式下為協助雷達輔助型能量回收，回收能量會降至最低。其間內燃機同樣保持關閉狀態。能量回收顯示降至最小值。在該運行狀態下，能量轉化為更高的滑行速度和/或更長的滑行里程。這一點在較長的下坡路段中或預見要接近交通信號燈/路口時具有優勢。相比其他傳統車輛，本車滑行更自由，減速也沒那么猛烈。如果要求通過制動器實現更高的減速度，則雷達輔助型能量回收將會關閉，同時牽引扭矩和回收扭矩自動重新提供。

6.超加速

電動機在超加速模式下會為內燃機提供支持，以便盡快實現要求的標準扭矩，特別是在低轉速條件下。這時超加速模式的持續時間和強度要取決于高電壓蓄電池的電量。內燃機擁有一個改進型傳統啟動機，無需通過車輛的動能牽引啟動。靈敏度由此能夠顯著提高。

7.高電壓蓄電池外部充電

高電壓蓄電池可連接充電站和家用插座充電。

三、運行模式

如圖4 所示，駕駛員可通過下部控制板選擇混合動力(HYBRID，預設)、E模式、E-SAVE以及充電等運行模式。

1.混合動力

混合動力(HYBRID)為預設運行模式。在該運行模式中，車輛根據情況由內燃機或電動機驅動。為實現最大的車輛加速度，電動機會通過超加速效果對內燃機提供支持。

2.E模式

電動(E-MODE)運行模式可實現純電動行駛。其中觸覺加速踏板會通過可察覺的壓力點發出內燃機接通信號。越過壓力點之后，內燃機才會啟動。

3.E-SAVE

該運行模式下，高電壓蓄電池當前的電量將得到保持。運行期間只會從高電壓蓄電池中提取幾乎不改變其絕對電量的電能。

4.充電

在充電(CHARGE)運行模式下，高電壓蓄電池在行駛期間通過內燃機充電。為確保持續的充電過程，車輛不會通過純電動行駛等方式從高電壓蓄電池中提取電能。高電壓蓄電池充滿電后，車輛將立即自動切換為省電(E-SAVE)運行模式。

四、操作和顯示方案

1.電量可行駛距離

如圖5所示，該顯示用于告知駕駛員以純電動方式能夠行駛多少里程。

2.運行模式顯示

如圖6所示，借助該項顯示，駕駛員可持續了解當前處于混合動力(HYBRID)、電動(E-MODE)、省電(E-SAVE)和充電(CHARGE)中的哪種運行模式之下。

3.混合動力驅動準備就緒顯示

如圖7所示，就緒(READY)顯示亮起表示車輛準備就緒。

4.能量回收制動系統警告燈

如圖8所示，該警告燈表示能量回收制動系統發生故障。此時未通過回收功能回收能量。

5.電動機功率顯示

如圖8所示，E-Drive區域顯示的是電動機的電動驅動功率。隨著踩踏油門踏板的壓力增大，顯示朝紅色區域逐漸變為實心。達到紅色區域時內燃機啟動。綠色區域顯示回收的功率，它以電能形式存儲在高電壓蓄電池中。當達到最大值時，行車制動器將被激活。

五、充電和充電時間

1.高電壓蓄電池的充電方式

如圖9所示，高電壓蓄電池可通過集成在后部保險杠中的車輛插座連接充電站和家用插座充電。

2.充電裝置

充電裝置位于車尾的多功能凹槽中，用于控制充電過程。充電裝置針對短路、極性錯接以及電壓過高的情況設有相應保護措施。同時為了保護蓄電池，充電系統會對電壓、電荷量和充電時間進行監控。注意：內燃機在充電(Charge)運行模式下會對高電壓蓄電池進行充電。

3.通過家用插座進行充電(模式2)的充電電纜

如圖10所示，單相充電電纜擁有兩種長度規格，符合各國特有標準，放置在行李箱內的一個包裝袋內。不同充電方式的充電參數如表2所示。

充電電纜含有一個纜上控制及保護裝置(IC-CPD)。為了滿足IEC61851所規定的安全要求，在此集成了一個故障電流保護開關，并為功率設置集成了一個通信裝置(PWM模塊)。固定集成在充電電纜內的IC-CPD用于接通車輛插接口和基礎設施之間的功率觸點，并將充電電流上限通報給車輛。發生故障或停電時，為保護用戶和電動車輛，充電過程會立即中斷。充電電纜在車輛發出電壓請求時，才會接通車輛插接口和安全插頭之間的功率觸點，這樣，未插入的插頭上便沒有電壓。

4.用于公共充電站的充電電纜(模式3)

該單相充電電纜符合國家特有的標準，可作為特殊裝備訂購，有兩種長度可選。充電電纜模式3(圖11)可在車輛和符合IEC61851標準的充電基礎設施，即所謂的“電動車輛供電設備”(EVSE)之間建立連接。EVSE中集成有故障及過載電流保護裝置、切斷裝置以及一個專用的充電插座。充電電纜包含電纜最大載流量的電阻設碼，以及位于車輛和基礎設施側的標準化插頭觸點。充電站在接到車輛的電壓請求后，才會接通大功率觸點。因此，未插上的車輛或充電站插接口上是沒有電壓的。通過表2可以看出，規定的充電時間取決于所使用的充電方式，同時受所使用的充電電纜影響。

六、發動機防盜鎖止

為防止在充電過程中或者插上充電電纜后車輛被盜走，當識別到充電電纜插頭(圖12)已插上時(接近狀態=ON/SNA)發動機防盜鎖止會被激活，同時儀表盤會發出相應的警告信息。這時發動機防盜鎖止根據車速以2種方式實施：在行駛過程中(v＞5km/h)識別出充電電纜插頭被插上。

如果在行駛過程中(v＞5km/h)識別到誤以為插上的充電電纜插頭(接近狀態=ON)，或者因充電裝置損壞而識別到替代值(接近狀態=SNA)，則在掛入行駛擋位“P”之后才會激活發動機防盜鎖止功能。在靜止狀態下(v＞5km/h)識別出充電電纜插頭被插上。

如果在行駛擋位“P”下或在v＜5km/h時識別出充電電纜插頭被插上(接近=ON)，立即激活防溜車功能。如果充電裝置損壞，則會形成替代值(接近=SNA)。在這種情況下，需在掛入行駛擋位“P”后，才能激活防溜車功能。

注意：接近觸點可識別出車輛的或充電樁的插接口是否已插。此外還可通過一個電阻識別出充電電纜的最大載流量的設碼。

如果充電電纜在充電過程結束后無法從充電插座(圖13)上拔下(發生故障)，則可通過應急解鎖拉線對電動解鎖裝置的伺服電機進行解鎖。應急解鎖拉線位于行李箱內右側尾燈之下。拉動機械式應急解鎖裝置的應急解鎖拉線可轉動機械式應急解鎖裝置的轉盤，從而將充電電纜插頭解鎖。

七、7速自動變速器

如圖14所示，GLC 350e 4MATIC配有7速自動變速器(7G-TRONIC)并針對插電式混合動力(Plug-IN HYBRID)驅動方案進行了匹配。為此變速器擁有一個電動輔助油泵。電動輔助油泵可建立必要的油壓，負責在發動機關閉時潤滑換擋元件和軸承。此外電動機也位于變速器內。

變速器組成組件包括：1.濕式離合器，帶扭轉減震器；2.油泵，用于產生必要的機油壓力以及保證換擋元件及軸承潤滑；3.電動輔助泵；4變速器機油冷卻系統，用于優化短時間散熱；5.變速器外殼，帶有變速器機械部件(行星齒輪組、駐車止動爪機械機構、多片式離合器和多片式制動器)；6.電氣控制單元(集成電動液壓式駐車止動爪操縱機構)；7.電動機。

注意：為了能在變速器內進行維修，必須通過電動機的安裝和拆卸步驟，用拉拔器將定子拔出。