阿 偉

5.ISA的位置

ISA的位置如圖24所示。功能示意圖如圖25所示。

┃圖24 ISA位置

┃圖25 ISA功能原理圖

功能示意圖表明集成式啟動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)相連。在此示例中, 發(fā)動(dòng)機(jī)有6個(gè)燃燒室和1個(gè)曲軸。扭矩請(qǐng)求由駕駛員通過(guò)加速踏板指示并由電控多端順序燃料噴注/點(diǎn)火系統(tǒng)（MESFI）控制單元處理。ISA基本上獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)并由啟動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)控制單元控制。發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)和控制單元之間必要的通信通過(guò)諸如控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CAN）總線等通信連接進(jìn)行。

6.點(diǎn)火角干預(yù)

基于車型的發(fā)動(dòng)機(jī)控制的主要參考變量是駕駛員扭矩請(qǐng)求,其用于計(jì)算各汽缸和工作循環(huán)規(guī)定的充電、空氣量、基于扭矩模型，用于操作發(fā)動(dòng)機(jī)的其他參數(shù)據(jù)此確定, 以設(shè)定所需扭矩。這些其他參數(shù)包括：節(jié)氣門角度、凸輪軸位置、點(diǎn)火角、噴油量和噴射時(shí)間。在特定行駛條件或操作模式變化期間, 例如, 可變氣門升程系統(tǒng)（CAMTRONIC）切換過(guò)程中, 在最佳工況下, 發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的扭矩可能會(huì)比駕駛員操作策略等請(qǐng)求的扭矩更大。對(duì)于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī), 超出的扭矩通過(guò)切換點(diǎn)火角進(jìn)行補(bǔ)償, 這會(huì)降低燃油經(jīng)濟(jì)性。

7.分段同步控制

在分段同步控制情況下，一段代表一個(gè)汽缸的一個(gè)工作循環(huán)，ISA補(bǔ)償超出的扭矩。這是因?yàn)镮SA是剛性連接至發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸, 因此與發(fā)動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)動(dòng)。為確定ISA 的規(guī)定扭矩,會(huì)先確定進(jìn)行預(yù)充電, 其會(huì)在最佳點(diǎn)火角下產(chǎn)生預(yù)計(jì)的最佳扭矩，預(yù)計(jì)扭矩與駕駛員請(qǐng)求之間的偏差值產(chǎn)生 ISA 的分段同步規(guī)定扭矩。為了抵消信號(hào)從發(fā)動(dòng)機(jī)傳送至 ISA 的傳遞時(shí)間, 必須進(jìn)行預(yù)測(cè)以便 ISA 在相關(guān)燃燒過(guò)程進(jìn)行的同時(shí)提供所需扭矩。ISA 可提供的最大和最小扭矩取決于ISA的操作點(diǎn)和蓄電池的充電量。如果待補(bǔ)償?shù)呐ぞ卮笥谠摯賱?dòng)范圍, 則剩余扭矩通過(guò)之前提到的點(diǎn)火角干預(yù)進(jìn)行補(bǔ)償。盡管發(fā)動(dòng)機(jī)只能降低燃油經(jīng)濟(jì)性并因此與工作循環(huán)同步減小扭矩, ISA 還可產(chǎn)生正扭矩。發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩輸出仍然基于發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的型號(hào)值, 這取決于特定型號(hào)偏差和生產(chǎn)公差。利用 ISA可以更加精確地設(shè)定所需扭矩, 從而增強(qiáng)舒適性。最后, 該特征還具有以下優(yōu)點(diǎn)∶ 發(fā)動(dòng)機(jī)在干預(yù)期間仍然可以在幾乎最佳工況下運(yùn)轉(zhuǎn), 超出的扭矩可回收, 從而減少二氧化碳（CO2）排放。

8.怠速控制

對(duì)于帶 ISA 的發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制也是按此方式執(zhí)行, 通過(guò)使用 ISA 優(yōu)化消耗，通過(guò)怠速控制執(zhí)行的傳統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制功能沒(méi)有停用, 如果未滿足 ISA正確操作所要求的所有條件, 則由其代替執(zhí)行控制操作。根據(jù)操作模式,怠速設(shè)置為特定的設(shè)定值。車載電氣系統(tǒng)的能量要求由 ISA 的發(fā)電機(jī)功能滿足。發(fā)動(dòng)機(jī)接收到扭矩傳輸規(guī)格,然后 ISA 據(jù)此輸出要求的能量, 向車載電氣系統(tǒng)和車載電網(wǎng)蓄電池供電。這表示 ISA 可以產(chǎn)生更多能量并可涵蓋車載電氣系統(tǒng)的需求。如果消耗增大, 例如, 打開(kāi)空調(diào), 則48V車載電網(wǎng)蓄電池可補(bǔ)償電量消耗水平。如果48V車載電氣系統(tǒng)在當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下過(guò)載, 則目標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)增大。由于 ISA 的積極特性, 用戶只能從轉(zhuǎn)速表上注意到該轉(zhuǎn)速增大。ISA執(zhí)行怠速控制的條件，如表2所示。如果未滿足以下任一條件, 怠速控制由傳統(tǒng)怠速控制單元執(zhí)行。駕駛員不會(huì)明顯感覺(jué)到由 ISA 控制過(guò)渡到傳統(tǒng)怠速控制單元控制這一過(guò)程。

表2 ISA執(zhí)行怠速控制的條件

六、48V車載電氣系統(tǒng)蓄電池直流/直流轉(zhuǎn)換器

直流/直流轉(zhuǎn)換器, 48V車載電網(wǎng)蓄電池（48V電源裝置）（圖26為車型238）。

48V電源裝置包括∶

◆直流/直流轉(zhuǎn)換器

◆48V鋰離子蓄電池

1.直流/直流轉(zhuǎn)換器∶

◆48V車載電氣系統(tǒng)管理

◆降壓模式（48V → 12V）15min約輸出 3500W

◆降壓模式（48V → 12V）輸出約3000W

◆降壓模式（12V → 48V）輸出約1000W

◆電路30c評(píng)估（碰撞安全理念）約重2.5kg

48V車載電氣系統(tǒng)通過(guò)直流/直流轉(zhuǎn)換器連接至12V車載電氣系統(tǒng)。通過(guò)直流/直流轉(zhuǎn)換器可使電能在兩個(gè)電壓等級(jí)之間轉(zhuǎn)換。在駕駛操作期間, 直流/直流轉(zhuǎn)換器將48V車載電氣系統(tǒng)供給的電能提供給12V車載電氣系統(tǒng)（降壓模式）。12V車載電氣系統(tǒng)中的傳統(tǒng)12V發(fā)電機(jī)已替換為直流/直流轉(zhuǎn)換器。此模式還用來(lái)在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉階段將48V車載電網(wǎng)蓄電池的電能提供給12V車載電網(wǎng)蓄電池。直流/直流轉(zhuǎn)換器控制單元（N83/1）是48V車載電氣系統(tǒng)中能源管理的主控制單元。該控制單元通過(guò)48V車載電氣系統(tǒng)局域互聯(lián)網(wǎng)（LIN）（LIN B22）讀取來(lái)自48V車載電網(wǎng)蓄電池的數(shù)據(jù)并將其傳送至48V車載電氣系統(tǒng)管理系統(tǒng)，或?qū)?shù)據(jù)通過(guò)總線系統(tǒng)傳送至其他控制單元。為根據(jù)具體情況向12V車載電氣系統(tǒng)供電，48V車載電氣系統(tǒng)管理系統(tǒng)會(huì)根據(jù)48V車載電氣系統(tǒng)和車輛的狀況對(duì)12V車載電氣系統(tǒng)管理系統(tǒng)規(guī)定的直流/直流轉(zhuǎn)換器的模式，電壓和電流情況進(jìn)行設(shè)定。

2.加熱和冷卻48V電源裝置

48V車載電網(wǎng)蓄電池的輸出總量主要取決于蓄電池溫度。然而, 48V車載電網(wǎng)蓄電池可在較大的車外溫度范圍內(nèi)使用，因?yàn)?8V電源裝置裝配了帶附加冷卻和加熱元件的水冷系統(tǒng)。為確保48V車載電氣系統(tǒng)盡快達(dá)到較好的性能水平,在駕駛操作期間溫度較低時(shí),48V車載電網(wǎng)蓄電池會(huì)由冷卻和加熱元件進(jìn)行加熱,直到達(dá)到足夠高的溫度。為快速升溫,在此階段不會(huì)有冷卻液流經(jīng)48V電源裝置。為避免48V車載電網(wǎng)蓄電池和直流/直流轉(zhuǎn)換器在外部高溫環(huán)境下過(guò)熱，48V電源裝置會(huì)由冷卻液冷卻，流量由車輛的熱量管理系統(tǒng)根據(jù)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果48V車載電網(wǎng)蓄電池繼續(xù)升溫, 則會(huì)逐漸啟用附加的Peltier冷卻系統(tǒng), 以通過(guò)冷卻液更好地散熱。

┃圖26 48V車載電網(wǎng)蓄電網(wǎng)

3.48V電源裝置（如圖27所示）

┃圖27 48V車載電網(wǎng)蓄電池

48V車載電網(wǎng)蓄電池：

◆由12個(gè)鋰離子電池組成

◆容量20Ah

◆內(nèi)能約1kWh

◆每個(gè)電池的電壓 3.68V（充電狀態(tài)50%時(shí)）

◆蓄電池管理系統(tǒng)（BMS）

◆電路30c評(píng)估（碰撞安全理念）重量：約12.6kg

48V車載電網(wǎng)蓄電池的功能：

◆能量存儲(chǔ)和能量輸出

◆監(jiān)測(cè)和提供測(cè)得的電壓, 蓄電池電流和蓄電池溫度值

◆提供蓄電池冷卻回路中的冷卻液溫度

◆執(zhí)行蓄電池安全要求

◆檢測(cè)到碰撞后為12V車載電氣系統(tǒng)和直流/直流轉(zhuǎn)換器供電（碰撞后供電）

◆各電池的電荷平衡

研發(fā)的48V車載電網(wǎng)蓄電池用于48V車載電氣系統(tǒng)。其供給的內(nèi)能用于車輛的車載電氣系統(tǒng)功能（例如充電）， 傳動(dòng)系統(tǒng)功能和舒適型功能（加熱和制冷）。蓄電池由蓄電池管理系統(tǒng)（BMS）、電池、散熱片和各種結(jié)構(gòu)和連接技術(shù)構(gòu)成。蓄電池通過(guò)連接至直流/直流轉(zhuǎn)換器的局域互聯(lián)網(wǎng)（LIN）通信, 該轉(zhuǎn)換器用來(lái)處理和傳遞蓄電池信號(hào)并將其用于車輛。

4.48V車載電氣系統(tǒng)的電能存儲(chǔ)和電能輸出

未使用車輛時(shí), 48V車載電網(wǎng)蓄電池從48V車載電氣系統(tǒng)上斷開(kāi)。為48V車載電氣系統(tǒng)供電的開(kāi)關(guān)關(guān)閉并根據(jù)點(diǎn)火狀態(tài)由來(lái)自48V車載電氣系統(tǒng)管理系統(tǒng)的促動(dòng)再次打開(kāi)。為確保開(kāi)關(guān)的長(zhǎng)期操作并避免48V部件過(guò)載, 開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí),預(yù)充電裝置會(huì)減小開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)的電流。48V車載電網(wǎng)蓄電池開(kāi)始供電, 用于啟動(dòng)48V車載電氣系統(tǒng)中的發(fā)動(dòng)機(jī)。由于電容量較高, 在能量回收階段還會(huì)存儲(chǔ)來(lái)自集成式啟動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)（ISA）或皮帶驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)（BSA）的電能。然后將此電能供回ISA或BSA,為發(fā)動(dòng)機(jī)提供支持。因此,48V車載電網(wǎng)蓄電池在節(jié)省燃油和駕駛員的舒適型功能方面起到重要作用。監(jiān)測(cè)和提供測(cè)得的電壓,蓄電池電流和蓄電池溫度值，在48V車載電網(wǎng)蓄電池上裝配了自身的傳感器系統(tǒng),以監(jiān)測(cè)所有相關(guān)的內(nèi)部變量。測(cè)得的數(shù)值在內(nèi)部進(jìn)行處理。此外, 還通過(guò)48V車載電氣系統(tǒng)局域互聯(lián)網(wǎng)（LIN）傳送至48V車載電氣系統(tǒng)管理系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)控制系統(tǒng)。除各電池電壓外,蓄電池還監(jiān)測(cè)電池組的總電壓以及至48V車載電氣系統(tǒng)和直流/直流轉(zhuǎn)換器的端子處的電壓。48V車載電網(wǎng)蓄電池測(cè)量進(jìn)出電池組的電流大小。除電壓和電流外,還會(huì)在不同的點(diǎn)測(cè)量蓄電池組的電池的溫度。

5.提供蓄電池冷卻回路中的冷卻液溫度

也會(huì)測(cè)量散熱片中的冷卻液溫度并通過(guò)通信總線傳送至車輛的熱量管理系統(tǒng)。熱量管理系統(tǒng)控制蓄電池和直流/直流轉(zhuǎn)換器的冷卻。為在冷卻液溫度較高時(shí)也可冷卻蓄電池, 48V車載電網(wǎng)蓄電池的散熱片中集成了一個(gè)冷卻和加熱元件。冷卻和加熱元件的促動(dòng)由能源管理系統(tǒng)執(zhí)行。

6.執(zhí)行蓄電池安全要求

鋰離子蓄電池需要遵照嚴(yán)格的安全法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。48V車載電氣系統(tǒng)有一個(gè)多級(jí)安全理念, 由設(shè)計(jì)和功能性措施組成, 范圍涵蓋電池和蓄電池管理系統(tǒng)（BMS）及外殼設(shè)計(jì)等。蓄電池管理系統(tǒng)（BMS）根據(jù)內(nèi)部測(cè)得的數(shù)值監(jiān)測(cè)蓄電池的狀態(tài)。因此, 采用的安全功能可確保在操作窗口中安全操作蓄電池。48V車載電網(wǎng)蓄電池的設(shè)計(jì)中融入了特殊的設(shè)計(jì)方法。

7.各電池的電荷平衡

┃圖29 F63保險(xiǎn)絲

48V車載電網(wǎng)蓄電池具備“平衡功能”,使各電池維持在相同的充電水平。該功能用于保持48V車載電網(wǎng)蓄電池在輸出和能量方面的最佳性能。這種“平衡功能”還能延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命, 因?yàn)樵摴δ芸梢苑乐垢麟姵剡^(guò)早老化。

8.發(fā)動(dòng)機(jī)艙48V車載電氣系統(tǒng)保險(xiǎn)絲盒

發(fā)動(dòng)機(jī)艙48V車載電氣系統(tǒng)保險(xiǎn)絲盒（F153/2），如圖28所示。

┃圖28 發(fā)動(dòng)機(jī)艙48V車載電氣系統(tǒng)保險(xiǎn)絲盒

發(fā)動(dòng)機(jī)艙48V車載電氣系統(tǒng)保險(xiǎn)絲盒將來(lái)自48V電源裝置的電能分配至各用電設(shè)備。如果出現(xiàn)故障, 則必須更換整個(gè)部件。不得更換單獨(dú)的保險(xiǎn)絲或打開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)艙48V車載電氣系統(tǒng)保險(xiǎn)絲盒。48V電源裝置至ISA或BSA的電線上通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)艙48V車載電氣系統(tǒng)保險(xiǎn)絲盒安裝了一條母線。發(fā)動(dòng)機(jī)艙48V車載電氣系統(tǒng)保險(xiǎn)絲盒中未安裝保險(xiǎn)絲, 因?yàn)檫@些部件通過(guò)48V電源裝置進(jìn)行監(jiān)測(cè)和熔斷。部件上的其他連接必須裝配相應(yīng)的保險(xiǎn)絲。同樣不得更換這些保險(xiǎn)絲。如果出現(xiàn)故障, 必須更換整個(gè)部件。必須由經(jīng)過(guò)專業(yè)培訓(xùn)的人員進(jìn)行修理, 例如梅賽德斯-奔馳專家。

9.熱敏保險(xiǎn)絲（車型238）

F63熱敏保險(xiǎn)絲，如圖29所示為車型238。

輔助防護(hù)系統(tǒng)控制單元（N2/10）會(huì)觸發(fā)熱敏保險(xiǎn)絲, 以免發(fā)生事故后造成火災(zāi)。控制端子導(dǎo)線（電路30c）通過(guò)觸發(fā)熱敏保險(xiǎn)絲而斷開(kāi)。48V部件處的電壓降會(huì)關(guān)閉48V車載電氣系統(tǒng)。

七、48V車載電氣系統(tǒng)電動(dòng)附加壓縮機(jī)

1.電動(dòng)輔助壓縮機(jī)（M60/1）

┃圖30 空氣流動(dòng)模式

通過(guò)電動(dòng)輔助壓縮機(jī)（M60/1）對(duì)傳統(tǒng)的渦輪增壓器進(jìn)行補(bǔ)充,改善了靜止全負(fù)荷扭矩和發(fā)動(dòng)機(jī)的非靜止性能。因此, 不管排氣的質(zhì)量流和熱狀態(tài)變量如何, 空氣供給都得到了顯著改善。從而不管發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)如何, 都會(huì)保證空氣供給。即使在低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下, 電動(dòng)輔助壓縮機(jī)也可提供足夠的高增壓壓力。明顯減少了低轉(zhuǎn)速下的“渦輪延遲”。電動(dòng)輔助壓縮機(jī)由最大輸出功率為5kW的電機(jī)構(gòu)成, 驅(qū)動(dòng)安裝在防摩擦軸承中的壓縮機(jī)軸, 其在末端裝有14個(gè)葉片。為了在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)形成均勻的高增壓壓力, 在較低轉(zhuǎn)速/部分負(fù)荷范圍內(nèi)通過(guò)電動(dòng)輔助壓縮機(jī)生成增壓壓力。在任何發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下, 發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷請(qǐng)求和工作狀態(tài)以及環(huán)境條件計(jì)算目標(biāo)增壓壓力。由于渦輪增壓器在低轉(zhuǎn)速范圍下無(wú)法生成目標(biāo)增壓壓力, 因此通過(guò)促動(dòng)電動(dòng)輔助壓縮機(jī)補(bǔ)償實(shí)際增壓壓力和目標(biāo)增壓壓力之間的壓差。為此,發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)計(jì)算電動(dòng)輔助壓縮機(jī)生成所需增壓壓力的轉(zhuǎn)速。1.45 的最大壓力比表示在環(huán)境壓力為 100kPa的情況下, 可額外產(chǎn)生45kPa的環(huán)境壓力, 遠(yuǎn)低于發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力損失。最大增壓壓力高達(dá) 45kPa。速度范圍不超過(guò) 3000r/min時(shí), 直接通過(guò)電控多端順序燃料噴注/點(diǎn)火系統(tǒng)（ME-SFI）控制單元（N3/10）中的內(nèi)部控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CAN）總線促動(dòng)電動(dòng)輔助壓縮機(jī)。在電動(dòng)輔助壓縮機(jī)促動(dòng)期間, 為監(jiān)測(cè)增壓壓力, 會(huì)存儲(chǔ)節(jié)氣門下游的壓力和溫度傳感器（B28/27）信號(hào)。渦輪增壓器獨(dú)自運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí), 通過(guò)節(jié)氣門上游的壓力和溫度傳感器（B28/26）測(cè)量壓力。電動(dòng)輔助壓縮機(jī)通過(guò)48V車載電氣系統(tǒng)供電。發(fā)生的所有故障均傳送至電控多端順序燃料噴注/點(diǎn)火系統(tǒng)（ME-SFI）控制單元并記錄為故障?？赏ㄟ^(guò) XENTRY Diagnostics 手動(dòng)輸入電動(dòng)輔助壓縮機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速規(guī)格。排氣、進(jìn)氣/增壓空氣流動(dòng)模式，如圖30所示。

帶電動(dòng)輔助壓縮機(jī)的雙渦流渦輪增壓器，如圖31所示。

電動(dòng)輔助壓縮機(jī)的生產(chǎn)規(guī)格如表3、表4所示。

表3 電動(dòng)輔助壓縮機(jī)規(guī)格

表4 能量消耗/輔助壓縮機(jī)的功耗