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文/江苏 高惠民
马自达创驰蓝天X发动机SPCCI技术
与M-HYBRID轻混动力系统解析(七)
(接2021年第12期)
3.摆动式涨紧器 (去耦环涨紧器)
(1)功能
传统发动机轮系，通常由曲轴皮带轮、压缩机皮带轮、水泵皮带轮、发电机皮带轮、涨紧轮、惰轮、皮带等组成。其中，曲轴皮带轮为主动轮，其他皮带轮为从动轮。所以在轮系运转时，皮带松边始终位于离开曲轴带轮的一端，只需要在松边安装一个涨紧器，即可提供轮系所需涨紧力。相对于传统发动机轮系，B-ISG混合动力发动机附件轮系最大的不同就是用B-ISG (皮带驱动式启动、发电一体机)取代了传统发电机。B-ISG既可以同传统发电机一样发电时作从动轮，又可以为电动机时作主动轮，启动发动机或者为发动机提供辅助扭矩。B-ISG附件轮系运转时存在以下四种工况：第一种工况，启动模式下，由B-ISG电机启动发动机，电机皮带轮为主动轮，其他皮带轮均为从动轮，皮带顺时针转动，B-ISG右边的皮带为松边，左边的皮带为紧边；第二种工况，再生制动模式下，当车辆制动或减
哪种车险最好速时，B-IS作为发电机发电回收制动能量，此时曲轴皮带轮为主动轮，其他皮带轮为从动轮，皮带顺时针转动，B-ISG左边为松边，右边为紧边；第三种工况，电机助力模式下，B-ISG作为驱动电机为发动机提供辅助扭矩，提高发动机的驱动力，此时电机皮带轮为主动轮，其他皮带轮为从动轮，皮带顺时针转动，B-ISG右边为松边，左边为紧边；第四种工况，传统发电模式下，B-ISG作为发电机发电，为整车电器系统供电，此时曲轴皮带轮为主动轮，其他皮带轮为从动轮，皮带顺时针转动，左边为松边，右边为紧边。由此可见，带有B-ISG轻混合动力系统的发动机轮系运转，皮带上松边和紧边是在交替变化的。这就要求曲轴带轮两侧的皮带均要有一个涨紧轮，实现双边自动涨紧。
马自达SKYACTIV-X发动机与B-ISG电机组成的轻混合动力系统，采用前后两个曲轴皮带轮，前曲轴皮带轮上的皮带用于连接机械增压器、水泵。并用液压涨紧器涨紧皮带。后曲轴皮带轮上的皮带连接空调压缩机、B-ISG电机和设置于B-ISG电机壳体上摆动式涨紧器的涨紧轮，构成B-ISG混合动力发动机附件轮系，皮带环绕方向与涨紧器安装位置如图94所示。通过摆动式涨紧器上的两个涨紧轮以预紧力交替地加载在皮带的当前松边上。这种轻混合动力发动机附件轮系，具有更低的、均衡涨紧力的设计，有利于减少部件磨损、降低摩擦、提高燃油经济性。同时还能防止皮带打滑和抖动，降低发动机NVH。两种涨紧器的皮带受力情况对比如图95所示。
图94 带M-HYBRID马自达3/CX-30
皮带环绕方向与涨紧器安装位置
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(2)摆动式涨紧器结构
摆动式涨紧器结构如图96所示。
摆动式涨紧器总成通过其背板与B -I S G 壳体组装在一起。两个涨紧轮分别支承在涨紧器壳体和涨紧臂上，涨紧轮沿皮带环绕方向布置在B-ISG电机旋转轴线的皮带轮左右方，并且以预紧力交替地加载皮带的当前的松边。皮带预紧力通过弧形螺旋弹簧产生，该弹簧由两个串联连接的圆弧形螺旋弹簧构成。嵌入在圆环形的涨紧器壳体与圆弧形的涨紧臂上的弹簧座之间夹紧，从而使两个涨紧轮相互地以力加载。随着B-ISG运行模式切换以及皮带中的紧边和松边相应地切换，
涨紧器壳体与两个涨紧轮一同绕发电机旋转轴线枢转。例如，当B-ISG从启动运行模式切换到发电机运行模式时，那么在摆动式涨紧器左边涨紧轮处皮带边从紧边切换到松边，右边涨紧轮处皮带边从松边切换到紧边，然而，这种运行模式切换使得涨紧器壳体由一个涨紧轮压向正处于当前的松边，另一个涨紧轮随螺旋弹簧压力加载涨紧臂，使其从涨紧器壳体中伸出离开处于正当前的紧边，也就是说，两个涨紧轮沿皮带环绕方向的情况中逆时针地枢转。在此，皮带的预紧力始终通过螺旋压力弹簧来保持，使B-ISG皮带轮上的皮带松边和紧边上的涨紧力相互平衡。
4.DC/DC转换器
(1)功能
新能源汽车(包括混合动力汽车)需要将动力电池组的高电压转换为12V低电压电源系，持续向低压电气系统供电。这个功率转换器件称为降压直流转换器。又叫BUCK型DC/DC开关电源。马自达M-HYBRID系统采用了松下的DC/DC转换器，把锂离子电池和B-ISG产生的24V电压被降低到
12V，并给车辆电气部件供电(部分元件由24V电压供电)。
图97是马自达M-HYBRID系统DC/DC转换器的电路框图。其中采用了两路电压转换模块的可靠性设计，另外新的DC/DC转换器在电源输入侧和输出侧增加了4个安全开关(继电器形式)，如图98所示。其
作用在电源电路出现故障时，如电
源欠压、过压、短路的情况下，安全开关自动断开，转换器能进入保护状态，故障消失后，安全开关接
通，转换器自动恢复正常工作。
图95两种张紧器的皮带受力情况对比图图96 摆动式张紧器结构
图97 M-HYBRID系统DC/DC转换器电路框图
图98 新增电源输入侧和输出侧安全开关示意图
②通过DC/DC为电气元件供电 。
图100是锂离子电池模组控制框图。
(2)锂离子电池模组组成
如图101所示锂离子电池模组组成。
安装在车辆地板下方(发动机左后方)。锂
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离子电池采用自燃冷却。
(3)拆卸负极接地板(锂离子电池接线柱)
图102 锂离子电池模组负极接地板安装位置图99 DC/DC转换器结构
图100 锂离子电池模组控制框图
图101 锂离子电池模组组成
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(2)DC/DC转换器结构
如图99所示，DC/DC转换器有4个电缆连接接口，DC/DC转换器以总成安装，不
允许拆解。
5.锂离子电池模组
(1)功能
①存储B-ISG产生的24V电压 。
拆卸负极接地板安装位置如图102所示。拆卸下列零件时(B-ISG、DC-DC 转换器、熔丝盒、两侧前排
座和带座椅加热器或位置记忆的控制单元)，需要确保未存储故障码P0AA1(断路继电器卡在开位)，或者确保锂离子电池接线柱的负极接地板已拆下。
(4)锂离子电池处理
哈飞汽车股份有限公司①存储
•存放在35℃以下的阴暗处，避免阳
光直射(要防止冷凝) ；
•在接线柱上贴上绝缘胶带。
② 充电
•不要使用外部电源给锂离子电池充电/放电。
③不要搁置3个月以上
•如果发动机超过三个月未使用，锂离子电池退化情况将恶化，建议发动机怠速运行至少10min(手册中有说明)。
6.电控制动再生制动协调控制系统(1)功能
①减速再生制动辅助下产生必要的液压制动力。
总制动力＝液压制动力＋再生制动力，总制动力合成曲线如图103所示。图104所示为电控制动再生制动协调控制框图。
②模拟驾驶员的刹车感觉和踏板反馈。在电动汽车和混合动力汽车上，由于电机再生制动力的加入，会影响原来制动踏板力和踏板行程的关系，导致给驾驶员错误的制动意图识别，即制动系统不能提
图103 带M-HYBRID马自达3/CX-30车辆
总制动力合成曲线
图104 M-HYBRID电控制动再生制动协调控制框图
图105 带M-HYBRID马自达3/CX-30电控制动再生制动协调控制系统油路图
供给驾驶员良好的制动踏板感觉，影响制动的安全性。为了实现制动踏板的良好感觉，需要在再生制动系统中加装制动踏板行程模拟器，模拟如传统制动踏板的踩踏度。在马自达减速能量回收制动(i-ELOOP)系统中，踏板行程模拟器与轮缸液压制动管路相连接。再生制动工况时，液压可随驾驶员操作而波动。造成踏板反作用力的弧线波动。而新型马自达3/CX-30，行程模拟器与轮缸液压制动管路不
相连接。在不受液压波动影响的情况下，可以提供理想的良好踏板反作用力。图105是新马自达3/CX-30电控制动再生制动协调控制系统液压油路图。制动踏板行程模拟器工作油路图如106所示。
当驾驶员踩下制动踏板，制动ECU根据制动踏板行程传感器信号，
判断驾驶员需求的制动强度，在小强
度制动时，只有电机制动力，液压制
动系统不工作，此时左右TMC开关电磁阀关闭，制动液不能进入轮缸，制动踏板行程模拟开关阀打开，
主缸中的制动液进入制动踏板行程模拟器，使行程模拟器内活塞滑动发生弹性变形，产生对于制动踏板的操作相应的反作用力，模拟制动踏板感觉。当进行大强度制动时，TMC开关电磁阀仍然关闭，主缸中的制动液进入制动踏板行程模拟器，模拟踏板感觉，并且制动ECU指令线性执行器内液压泵把储液杯中的制动液泵入高压蓄能器，然后通过压力供应阀进入轮缸，产生液压制动力，与电机产生再生制动力共同作用。使车辆减速。当制动系统的电器元件失效时，由于制动踏板行程模拟器开关阀是一个常闭阀，此时
它会关闭，两个TMC开关电磁阀是常开阀，此时两个开关阀都打开，制动主缸中的制动液不进入制动踏板行程模拟器而是直接进入制动轮缸，只产生液压制动力，再生制动不工作。故障模式液压油路如图107所示。
电控制动再生制动协调控制系统协同ABS、EBD、DSC模式下的液压操作油路如图108和109所示。(2)电子控制制动单元组成
新款福克斯如图110所示电子控制制动单元组成。
①制动ECU：根据电控制动系统相关传感器信号，计算产生控制。
各轮缸的制动液压；发送ABS、EBD、DSC协同控制功能以及故障保护模式执行指令。
制动主缸(内置)：将驾驶员踩下制动踏板产生的液压发送给行程模拟器；故障模式下，直接将制动液压输送给轮缸。
图106 带M-HYBRID马自达3/CX-30制动踏板行程模拟器工作油路图
图107故障模式油路图