03.03 深度:沃爾沃S90 PHEV(四驅)技術解析

深度:沃爾沃S90 PHEV(四驅)技術解析

2019年新款沃爾沃S90 T8改款上市,作為豪華品牌為數不多的幾款插電混動新能源車型之一,新款S90 T8 PHEV車型上市就給之前長期在此價格區間的寶馬5系PHEV車型造成了巨大的壓力,筆者將通過該篇技術稿件給大家分析沃爾沃S90 T8 PHEV車型的新能源核心技術特點。

深度:沃爾沃S90 PHEV(四驅)技術解析

備註:為了方便閱讀,後文中用S90 PHEV 指代S90 T8 PHEV。

1、沃爾沃PHEV車型技術發展回顧:

截止目前,據筆者查閱相關資料可以瞭解到,沃爾沃在插電混動技術的研發並不晚,沃爾沃基於不同的車型平臺,進行了長期的插電混動技術開發和產品佈局。

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2013年,沃爾沃第一代插電混動技術便應用於S60 PHEV車型上面,採用P0+P4插電混動架構,由1臺發動機前端的15千瓦BSG電機和1臺後驅動橋佈置的50千瓦永磁同步電機組成。沃爾沃第二代插電混動技術基於SPA車型平臺進行研發,2015年應用於XC90 PHEV車型上,採用P1+P4插電混動架構,由1臺位於發動機和AT變速箱之間的35千瓦ISG電機加上後驅動橋的60千瓦永磁同步電機組成,沃爾沃S90 PHEV車型便是基於第一代技術進行的升級研發。

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沃爾沃第三代插電混動技術基於全新的CMA車型平臺研發,主要針對緊湊型的車型,並且電氣化程度高。通過了解目前上市的吉利、領克的PHEV車型可以知道,沃爾沃這代插電混動技術主要配合三缸發動機與前軸7速雙離合變速箱P2位置集成的動力電機組成全新的混合動力總成。

2、沃爾沃S90 PHEV三電核心技術解析:

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2019年8月份上市的2020款沃爾沃S90 PHEV搭載的動力總成,由1臺2.0T高功率版機械+渦輪雙增壓發動機、1臺前置ISG電機+1臺後驅動電機、1臺8速AT變速箱和裝載電量11.6度電的三元鋰動力電池構成。這套動力總成的系統最大輸出功率為300千瓦、最大輸出扭矩為640牛米,官方百公里加速時間為4.9秒,比寶馬5系PHEV車型快了2秒鐘,純電續航里程為55公里。懸架方式採用高級轎車普遍採用的前雙叉臂後多連桿結構,並且大幅度引入鋁合金材質用來減輕簧下質量。當然,S90 PHEV的車型平臺,依舊延續了S90傳統車的架構。

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上圖為S90 PHEV前部引擎艙仰視細節特寫。這套由汽油機+ISG電機+自動變速器構成的橫置動力總成,被“懸置”在鋼材質的框型副車架,用來為機油散熱器、空氣散熱器以及其他附屬分系統提供足夠“富裕”的支撐力。

藍色箭頭:2.0T高功率發動機

紅色箭頭:8AT變速箱

黃色箭頭:該位置為發動機後端和變速箱前端集成的34千瓦ISG電機

沃爾沃S90 PHEV搭載的發動機為XC90頂配車型使用的高功率發動機,2.0TDI雙增壓設定、最大輸出功率為235千瓦、最大輸出扭矩為400牛米。

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上圖為S90 PHEV動力總成結構簡圖。

紅色箭頭:2.0T汽油機

藍色箭頭:ISG電機

白色箭頭:8AT

需要注意的是,S90 PHEV配置的最大輸出功率34千瓦功率、最大輸出扭矩180牛米的ISG電機,與發動機共用1套液冷系統。S90 PHEV搭載的這臺液冷ISG電機,佈置在2.0T汽油機-與8AT之間(離合器前端),具備啟停控制、行車發電、行車放電(助力)等3種功能。當然,S90 PHEV搭載的這臺最大輸出功率34千瓦的ISG電機,不具備單純的驅動能力。在EV模式下,後置的驅動電機作為主要動力單元被使用。

在最大扭矩輸出的PHEV模式,2.0T發動機+ISG電機共同輸出動力,1組動力經8AT至前驅動橋、1組動力經ISG電機至三元動力電池總成至後驅動橋;

在經濟型EV模式,中置的三元動力電池輸出的電量至後驅動橋;

在行車發電模式,2.0T汽油機輸出動力,1動力伺服ISG電機發電至三元動力電池存儲;1組動力經動力電池至後驅動橋;

在PHEV模式,ISG電機隨時介入用於發動機啟動和停止,已達到降低油耗的目的。

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S90 PHEV設定了1組縱置布放的裝載電量11.6度電的三元動力電池總成(紅色區域),在駕駛艙車身焊下“預埋”了1組排氣管中段,通過一套隔熱艙墊,向車外反射行駛中排放的高溫尾氣。

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S90 PHEV搭載的裝載電量為11.6度電的三元鋰動力電池,具備液冷散熱\\預熱功能。進筆者多方查證,這組三元動力電池總成為一家浙江衡遠新能源公司生產。2017年10月沃爾沃汽車與浙江衡遠新能源正式簽訂合作協議,有意思的是,浙江衡遠新能源的主要股東為洪橋集團(佔股49%)和吉利控股集團(佔股48%),而其他更為具體的電池數據信息並未獲悉。

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上圖為S90 PHEV動力艙內(副駕駛員一側)設定的伺服動力電池高溫散熱功能的水冷板模組(紅色箭頭)。水冷板模塊通過空調壓縮機輸出的“冷量”,為動力電池循環管路輸入的冷卻液進行製冷,獲得電芯溫度處於15-37攝氏度安全運行環境。對於以性能取向設定的S90 PHEV,雖然搭載的動力電池裝載電量僅有11.6度電,但是在滿功率輸出時,引入液態動力電池高溫散熱功能十分必要。

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S90 PHEV搭載的電控系統, 集成了電機控制模塊、DCDC和PDU等高壓控制分系統並且與發動機、前ISG電機和後驅動電機共用1套散熱系統。

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將縱置的動力電池佈置在身中軸線上對前後平衡有著不錯的幫助,另外相比於豐田等品牌把電池放在後備箱而言,沃爾沃S90 PHEV的後備箱空間並沒有受到任何影響。無論在車身焊接下“預埋”了至後驅動橋差速器的主傳動軸和排氣管(上下布放)的4輪驅動的S90 T8車型,還是縱置了1組三元動力電池和排氣管(上下布放)的4輪驅動的S90 PHEV,都要“擠佔”車內後排座椅中間的地板空間,導致中央扶手箱的空間非常小,並且後排空調出風口無法佈置在扶手箱後端,後排中間一定程度上的隆起影響後排中間乘客的乘坐感受。其次,由於空間受限動力電池裝載電量沒辦法獲得較大的提升。

由於S90 PHEV搭載的動力電池裝載電量只有11.6度電,可以用更靈活更適合的形態集成並儘量減少對整車架構的影響,儘可能可以與燃油版S90 T8具備高度的車身焊接件、內飾件的互換能力,由此降低整車製造成本。

3、沃爾沃S90 PHEV車身架構技術解析

至2020年2月,S90車族中共有燃油版T80車型、插電混動版PHEV車型同時在售,而旅行款V90則與S90共用相同的車型平臺,存在軸距長段有些差異。

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上圖為S90 PHEV動力總成細節特寫。位於油底殼前端的是發動機機油散熱器(紅色箭頭),位於油底殼後端(藍色箭頭)和變速器箱體底部(綠色箭頭)分別設定1組鋁合金材質懸置,相應的固定在鋼材質框型副車架。底部的懸置小總成,與上端的3組懸置小總成,構成了S90 PHEV動力總成懸置系統,用來控制急加速時產生的前傾、緊急制動時產生的後傾擺動。從整車硬件層面“抑制”行駛中產生的噪音和震動。

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S90 PHEV的前懸架由鋼製框型副車架、全鋁合金材質轉向節(藍色箭頭)、上擺臂(紅色箭頭)、鋼製下襬臂和穩定杆構成。白色箭頭為固定下護板(已經拆卸)塑料卡扣座圈,為了達到提示作用而採用醒目的紅色並具備反覆拆卸且自動恢復形狀的材質。

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上圖為S90 PHEV後驅動橋及懸架細節特寫。

目測S90 PHEV後軸採用的驅動電機為最大功率為65千瓦的永磁同步電機,最大扭矩為240牛米,後驅動橋集成了驅動電機、減速器、差速器和脫離離合器等部件。

目前不能確定的是,承載後驅動電機+減速器、傳動半軸及後懸架其他分系統的後副車架,可否與燃油版S90 T8互換的設定。然而可以確定的是,後懸架的擺臂、轉向節甚至後穩定杆都具備兩款車型的互換能力。

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上圖為S90 PHEV後懸架細節特寫-1。粗壯的一體化鋁合金材質的下襬臂、鋁合金材質的轉向節以及 沃爾沃特有的採用複合材料設定的橫置“板簧”,構成了S90 PHEV和S90 T8的後懸架系統。

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上圖為S90 PHEV後懸架細節特寫-2。中心固定在鋼製後副車架後端(2點懸置),兩側固定在左右下襬臂,由合材料製成的“板簧”,主要作用就是提高高速過彎的支撐力,保持車身軌跡將安全控制範圍設定的更”寬泛“。

這組由複合材料構成的“板簧”,通過與後副車架和下襬臂固定的位置設定,具備在不同車速承受不同擠壓力度時,產生不同係數的形變能力,由此帶來不同支撐力,換來更“柔性”的支撐力。

紅色箭頭:由複合材料構成的“板簧”上下襬動軌跡

藍色箭頭:“板簧”與後下擺臂的固定端(鋁合金材質)的“穿心”螺栓

綠色箭頭:“板簧”固定端與下襬臂之間設定的可縱向、可橫向形變的柔性膠套

黃色箭頭:固定柔性膠套與後下擺臂(鋁合金材質)“穿心”螺栓

需要注意的是,為了獲得更好的支撐力,“板簧”的固定端螺栓、與下襬臂固定端螺栓,不再統一軸線。在高速行車(過彎)時,由於車身姿態的變化下襬臂高低姿態發生變化、使得“板簧”收到擠壓。在“板簧”與後下擺臂之間的柔性膠套的縱向與橫向形變的極限、恢復能力及使用壽命,最終體現了沃爾沃對車輛性能與安全掌控的“軟實力”。

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S90 PHEV後排氣管尾端採用“雙排單出”設定,為了應對在高速巡航工況,發動機動力輸出處於低負載狀態,具備關閉副駕駛員一側排氣管,以保持足夠回壓“挽救”一定扭矩的設定。

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上圖為S90 PHEV後排氣管副駕駛員一側細節特寫。通過一組控制模塊,根據發動機轉速、行車速度和油門踏板形成,判定是否需要開閉單側排氣管。

紅色箭頭:控制模塊

白色箭頭:排氣管內側可關閉閥門

筆者有話說:

從早期的S6 PHEV版、XC90 PHEV至S90 PHEV和XC60 PHEV,沃爾沃PHEV技術及整車應用歷經7年時間,而搭載第1代EV技術的C30 EV早在2011年就已量產。

S90 PHEV是目前國內在售的極為少數的搭載“油電混合4驅技術”技術的合資車型最輸出功率300千瓦、最大輸出扭矩640牛米。難能可貴的是,S90 PHEV搭載的高功率2.0T發動機的最大輸出功率為235千瓦,遠遠超過前置ISG電機(34千瓦)和後置驅動電機(65千瓦)總功率。這意味著,在動力電池裝載電量處於低點時,依舊處於“大馬拉小車”的動力輸出狀態。

當然,前置動力總成由2.0T和ISG電機構成、後置動力總成由最大輸出功率65千瓦驅動電機構成,即便在“滿電”狀態也屬於偏向前驅設定的四驅系統。然而,最大輸出功率34千瓦的ISG電機,即可用於動力“加持”,更可以提升“行車充電”功率。

相比後輪驅動的巴依爾530 Le和搭載相同“油電混合電4驅”架構的X1PHEV,富豪S90 PHEV兼顧動力表現、四驅系統、充電效率等綜合效能均衡。不可忽略的是,在S90 PHEV上持續彰顯傳統汽車廠商所具備的平臺、材質和調教的“硬實力”。


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