雷克萨斯LC500h全新多级混动系统探秘

文章来源: 汽车动力总成 发布时间:2020-09-09
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今天我们就来了解一下LC500h动力总成有哪些亮点。

说起混合动力车型,大家想到的应该是家用、舒适、省油,与高性能基本没有挂钩。随着新一代混动跑车讴歌NSX登场之后,大家才开始认识到混动领域也是可以媲美大排量自吸,那么丰田集团旗下另一款标榜运动与科技的混动跑车雷克萨斯LC系列,采用全新多级混动系统(汽油动力+电能动力+变速机构),匹配一台4AT自动变速器,但在发动机与变速器之间,还串联了一台E-CVT电子无级变速箱,下面我们就来了解一下LC500h动力总成有哪些亮点。


(1)搭载第6代Multi Stage Hybrid System多级混合动力系统


(2)全新3.5L V6(8GR-FXS)汽油自然吸气发动机和两台驱动电机,这台V6发动机(DVVT进排气气门可变正时技术+压缩比13.0:1+阿特金森循环)可以输出220kW(295Ps)的功率和348N·m的峰值扭矩,而双电机可以实现44.6kW(60Ps)的功率,系统总输出功率可以达到264kW(354Ps)。


(3)包含84节电池的锂电池组(总电压310 V ,输出44 kW (59 HP/ 60 PS))替换之前的镍氢电池组,在体积与重量方面都有很大程度上的优化。按照官方的说法就是: “这在包装和车辆动力学方面都带来了许多优势。它体积小巧,因此可以为行李提供更多的空间,而且重量轻(仅50公斤),有助于改善重量分布和汽车的偏航惯性矩。”


(4)行星齿轮结构的机电耦合装置(E-CVT)与4速自动变速箱结合使用,可提供10种特定的传动比,两套变速箱的设计使得其可以实现根据不同的驾驶情景迅速准确地调整发动机的速度与油门输入,并最终实现最佳的功率输出和燃油消耗的平衡这一目的。



图表1丰田混动技术历史版本


LC500h拥有两套变速系统,前置的E-CVT有6个虚拟档位,后置的4AT变速箱设定四个物理档位,加起来相当于一个10速变速器。但因为E-CVT虚拟挡位变速比不固定,所以理论上有无限种变速器比设定。对于这个E-CVT我是比较好奇的,E-CVT又被称作PSD,即PowerSplit Device,丰田官方给出的定义是“动力分配器”,因为它并不具备传统变速箱系统里面的离合器液力变矩器或是齿轮轴组等这些复杂机构,是专门为混动车型而准备的动力分配机构。

图表2例:普锐斯动力传递图


E-CVT的结构其实比较简单,工作原理的实现全受PCU单元控制(PCU:动力控制单元(Power Control Unit)这是作为混动汽车必不可少的一个部件,里面包含了电压变换器和逆变器,可以调节电池组输出的电压外齿圈、行星齿轮架和太阳齿轮组成。以丰田普锐斯的E-CVT结构为例,外齿圈同时连接2号电机和输出轴、行星齿轮架连接发动机、太阳齿轮连接1号电机。所以它的动力传递线路为:动机—行星组—外齿圈—输出轴。



电动机1可以启动发动机,并且在其他时候充当发电机以对混合动力电池充电。电动机2可以单独作为驱动电机,也可以作为发动机和发电机来执行再生制动。电动机1还可以向齿轮组施加少量扭矩,以控制电动机2发动机和电驱动器之间的平衡,还有更多组合形式。该系统通过分离发动机(无需离合器)实现纯电动驱动,并且体积小,结构紧凑。



那么把E-CVT的结构原理了解清楚之后,有人会好奇既然E-CVT能够模拟档位,为什么后面还需要增加一个4AT变速箱,这个很关键。如果说单独使用E-CVT,由于电机转速范围的限制,调速范围有限,无法满足速度需求。因此,工程师在LC500h的E-CVT后端加入了一个4AT变速箱,同时配合E-CVT改变传动比,模拟出10个挡位,可以让车辆传动比变化范围更大。当机构选择大的减速齿轮比时,整个动力系统的扭矩输出会被放大,起步的加速更快更直接,急速自然也就更快。当车辆处于高速巡航状态,变速机构选择小的减速齿轮比时,车辆能够获取更高的极速和更低的油耗表现。



为了达到目标的底盘性能,雷克萨斯设计了有史以来最坚固的硬壳。与碳纤维强度高的LFA超级跑车相比,战略性地使用轻质,高强度的钢有助于实现较高的抗扭刚度,并具有更大的抗扭曲力能力。



平台设计在车辆轴距上保持了均匀的抵抗弯曲力的能力和高度的刚度,有助于创建一致的,可预测的操纵行为和更清晰的转向响应。发动机舱中的特殊支撑(特别容易扭曲的底盘部分),刚性铝制前悬挂塔的使用以及后机翼附近的环形结构都有助于增强关键底盘结构的强度。



特别注意了多链接悬挂系统。上下控制臂上的双球形接头可控制驾驶员输入和道路状况下的最小运动。除了分担工作量外,双球形接头的布置还有助于优化悬架的几何形状,以增强车轮控制能力,并以更好的初始努力产生更精确的转向响应。为帮助减轻簧下重量并改善悬架响应,除一个控制臂外,其他控制臂均由轻质锻造铝制成。



该领域的其他措施包括可选的碳纤维屋顶,安装在碳纤维内门结构上的铝门蒙皮以及复合保护层地板。LC500还代表了雷克萨斯迄今为止对高强度钢的最广泛使用,它提供了更高的刚度,同时减少了(理想情况下是)定位车辆的质量以优化动态性能。结果是一辆非常平衡的汽车,前后重量分配接近理想的52/48。


LC系列是使用雷克萨斯新后轮驱动平台的第一款车型,该平台是企业全球新架构的一部分。该车的基础将为雷克萨斯未来的前置发动机/后轮驱动车辆提供模板。为了提高汽车的操控性,工程师们致力于平台的基本品质,将包括发动机和车辆乘员在内的大部分重量降低并置于底盘的中央位置,从而改善了重心。在内部,这种策略被称为“惯性规范”。


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