数学通道的应用(十二)-48V轻混系统

 

市面上出现了奥迪48V轻型混合动力汽车（MHEV）之后，我想更深入地研究48V MHEV与传统12 V发动机系统相比有什么优势。

 

奥迪A8经过证实是进行此类对比实验的理想车辆，因为它既能够使用传统的12 V起动发动机，也能使用48V起动系统。从起动方面来看，在停止/起动阶段，48 V系统可提供更大的扭矩和功率，而且不会出现12 V系统的滞后现象。考虑到这一点，我认为用数学通道将两种系统随时间变化的数据进行比较将是很有帮助的。

 

首先从12 V系统开始，下面我们将使用传统的起动马达来起动V6 3.0 TDI发动机。

图1 12V系统RPM曲线

如图1所示，我已经通过数学通道电压*电流计算出了起动功率，另外由曲轴传感器信号（使用了低通滤波）计算出了发动机RPM。图2中我添加了多个数学通道，根据功率和发动机转速计算扭矩（N·m），根据功率和时间计算以瓦特小时（Wh）为单位的消耗电能，并且将功率进行积分来计算以瓦特秒（Ws）为单位的消耗电能。添加一些测量，我们可以得到起动发动机所需的460ms这段时间内各个事件的波形和数值。

图2 12V系统扭矩和电能曲线

 

接下来，我们观察48V系统起动同一发动机有什么不同。依然是通过数学通道计算出扭矩（N·m），以瓦特小时（Wh）为单位的耗能，还有以瓦特秒（Ws）为单位的耗能，以便在两个系统之间进行直接比较。

 

图3 48V系统RPM曲线

 

图4 48V系统扭矩和电能曲线

 

差异最明显的第一项是，48 V系统的起动时间仅为277 ms，而12 V系统的起动时间为460 ms。虽然460ms已经是个很不错的数据，但需要注意的是，使用48 V系统时，起动速度从零快速增加到怠速工况，并且在四分之一秒内就达到了600 rpm以上的转速！总结一下测试结果：

 

图5 结果对比

 

我需要重新查看12 V系统所消耗电能（mWh）的数据，因为它们看起来不正确！这可能是因为在一个波形缓冲器中采集到了三次起动事件，而48 V系统仅包含一次起动事件。我会尽快反馈。
总而言之，功率、转矩和速度的所有这些数据的提高都是因为完全独立的48 V电源系统，因此将起停阶段对12V系统的影响最小化。除此之外，油耗、排放和能量回收都得到了改善。