Mercedes-Benz公司生產的A級車是其目前第六款系列車型，並具有插電式混合動力系統。整車設計方案能以純電動工況通過較高的動力性能以實現長途行駛，具有較高的舒適性，同時也可提供約70 km的電動續航里程和160 kW的組合功率。介紹了該款動力總成系統，並詳細探討了混合動力車型獨有的功能。
1 產品分類
Mercedes-Benz公司已為C、E和S級系列車型以及GLC和GLE-SUV車型研發了相應的插電式混合動力總成系統。該系統的技術核心是佈置在內燃機與9檔自動變速箱（9G-Tronic）之間的混合動力裝置，其在最小的結構空間中集成了換流器、分離離合器和功率強勁的驅動電機。其輸出功率為90 kW，扭矩為440 N·m，所應用的13.5 kW·h蓄電池在新歐洲行駛循環（NEDC）中能確保約50 km的續航里程，它由37 A·h的鋰鎳錳鈷（Li-NMC）電池單元組成1p100s方式連接的蓄電池模塊（p代表並聯，s代表串聯，1p100s即代表僅由100個電池單元串聯而成的蓄電池模塊，而2p100s則代表由2個各有100個電池單元的串聯組合再並聯而成的蓄電池模塊）。
GLE-SUV車上的蓄電池從2019車型年起即開始配裝2p100s蓄電池模塊，其採用43 A·h電池單元以達到32.2 kW·h的電能容量，因此該車的電動續航里程約為100 km。由兩條平行的蓄電池支路以提高電流負荷能力，從而能將電功率提高到100 kW。模塊化動力總成系統的標準部件可選用幾款內燃機：一款155 kW 的4缸2.0 L汽油機（M274），一款270 kW 的6缸3.0 L汽油機（M276）以及一款143 kW 的4缸2.0 L柴油機（OM654）。
2 混合動力系統特有的整車集成
Mercedes-Benz公司在開發其MFA2前驅動模塊化整車平臺時，從方案設計階段起就已考慮到了集成混合動力系統所需的前置量。要達到這些目標，不僅應儘可能將其封閉於常規驅動的基礎車型之中，而且還應繼承現有混合動力系統的高電壓部件，為此已制定了一種全面優化的整體佈置方案，以提供較高的有效功率。
集成混合動力的目標在於以常規的動力總成系統為基礎，保持周圍的外圍設備儘可能不變，由此固定8檔雙離合器變速箱（8F-DCT）的位置，而將發動機橫向移動48.6 mm，以便獲得安裝P2混合動力裝置的位置。為了在方案設計階段就能確定正確的途徑，在設計縱向間距時工程師就已考慮到了混合動力總成系統的橫向裝配，包括用於裝配以及發動機運轉期間處於振動狀態時所需的自由空間。
通過移動發動機就能騰出集成系統標準部件的功率電子器件所需的結構空間（圖1）。這種位置優化了結構空間的利用，並且這種中央位置能縮短高電壓部件之間導線的長度，除此之外還能保持配有安全盒的12 V蓄電池的位置，以便使車輛電線束的變動降低到最低程度。
圖1 混合動力總成系統的集成
在常規驅動方案中，後橋前或後排座椅底座下良好的防撞結構空間都被燃油箱填滿，而在插電式混合動力方案情況下這種結構空間的形狀和尺寸容許集成高電壓蓄電池（圖2和表1），以此即可繼承系統標準部件的殼體。一塊附加的鋼護板作為車底護板用於保護外部範圍的部件。對於插電式混合動力車而言，其佈設有約130 kg的高壓蓄電池，使車輛的58%質量分配在前橋，而42%的質量則分配在後橋。通過後橋採用扭力梁懸掛就能在車輛尾部留出安裝35 L容量的燃油箱位置。若使用混合動力特有的鋼壓力罐的話，則即使在使用時間較長的情況下也能滿足法規對燃油蒸汽排放的要求。
圖2 混合動力特有部件的佈置
應用現有的高電壓蓄電池並集成在車輛地板下方會導致汽車尾部的廢氣管無法再採用常規的走向。如果採用創新的車輛前端廢氣裝置的話，那麼此時就要通過後消音器將廢氣引回到蓄電池前方，並在車輛中間合適的部位將其排出。在該情況下，蓄電池就能成功地集成到車輛的蓄電池盒中。車輛採用催化轉化器和汽油機顆粒捕集器已能滿足當今的歐6d廢氣排放標準。
插電式混合動力方案的充電插座佈置在右側C柱中。車載交流和直流充電器就直接位於附近（後備箱儲物面下方）。由於混合動力特有的車輛尾部凹陷和優化的封裝從而得到了310 L的後備箱容積。
在低速範圍內以電動工況行駛時，全球法規要求其具滿足一定的噪聲標準以確保行人的安全，為此使用了兩個喇叭，由此可產生車外噪聲，同時這種具有品牌特徵的設計確保了較低的車內噪聲。前部或後部揚聲器可根據車輛行駛方向發出較高的聲量，這樣無論是車內或車外都能獲得一致的聲響效果。
3 插電式混合動力
Mercedes-Benz公司將用於緊湊型車輛區段的混合動力設計成P2型平行混合動力（圖3），使用了長度經優化的M282型4缸1.4 L汽油機，其最大功率118 kW，扭矩250 N·m。這種發動機通過採用較小的85mm缸心距和Delta氣缸蓋設計方案，並通過持續不斷的優化獲得了緊湊的外形尺寸和更輕的質量。該款發動機採用了部分集成的排氣歧管、可變氣門升程、電磁閥式噴油器缸內直接噴射、顆粒捕集器和摩擦優化的塗層氣缸工作表面，在技術上達到了世界領先的技術水平。對M282傳統機型進行改良並使用了停缸技術，而在插電式混合動力車型上則取消了這種技術，其原因是在部分負荷時在小型發動機上應用這種動態技術會限制對噪聲-振動-平順性（NVH）特性的要求，而在這種情況下插電式混合動力車型則會率先以純電動狀態行駛或調整負荷工況點。
圖3 插電式混合動力系統部件
混合動力運行的另一個特點是在純電動行駛期間內燃機停機時間較長，主軸承提高穩定性的聚合物塗層即考慮到此類情況，而且這種塗層提高了發動機因頻繁起動而對整機耐久性產生的損耗。電機在整車處於電動行駛工況時承擔了起動發動機的任務，因而可取消小齒輪起動機系統。除了能優化舒適性之外，同樣也是降低成本的重要的功能模塊。
Mercedes-Benz公司新開發的插電式混合動力變速箱是以8檔雙離合器變速箱為基礎的，並開發了模塊化的基本型變速箱，以獲得更為緊湊的混合動力系統。這種混合動力系統和新型的輪軸方案使其具有緊湊的結構型式。在混合動力裝置中集成了電機、雙離合器和分離離合器，其中一個磨損較小的溼式分離離合器安裝在電機轉子內部，而兩個雙離合器則與1/3/5/7奇數檔或R/2/4/6/8偶數檔連接。在兩個分動變速箱中能分別預選下一檔，然後迅速和精確地通過結合一個離合器和脫開另一個離合器來進行換檔。這種變速箱以8.81的大速比跨度輔助起動發動機。
使用機油冷卻的多摩擦片離合器具有功能優勢和快速精確的換檔性能，其較高的耐熱性提高了系統可靠性，並容許拖掛高達1 600 kg的拖車負荷。這種混合動力總成系統就以該數值確定了其在緊湊型車輛區段中的尺寸比例。變速箱內部所需的冷卻功率通過採用2個機油泵的設計方案來實現，機械式變速箱機油泵承擔基本負荷，而由此添加的整體式電動機油泵來滿足需要高冷卻要求的行駛狀況，這樣就能在發動機起動前供應機油和操控線停車系統。
具有75 kW功率和300 N·m扭矩的電機是純電動行駛以及與內燃機相結合獲得高動態行駛性能的關鍵（圖4）。其被設計成永磁式同步電機，具有最高的效率以及最佳的功率和扭矩密度值。基礎變速箱的高剛度和磁鐵轉子的斜切佈置有助於優化聲學性能。
圖4 功率和扭矩特性曲線
蓄電池模塊以其工作能力與單元容量為目標而進行系統優化設計。與現有的P2-90高電壓蓄電池模塊相比，緊湊型車輛區段的運行性能和功率需求允許調整電池單元技術，藉此可將電池容量提高到15.6 kW·h。這種電池化學仍是鋰鎳錳鈷（Li-NMC），當然通過技術調整能將電池單元的容量從37 A·h提高到43 A·h。配有外置冷卻系統的蓄電池殼、2個蓄電池模塊的排列以及1p100s連接方式都相當於現有的高電壓蓄電池，因此能勝任高工作能力和長使用壽命的開發目標。
在基本裝備中，充電系統包括一個7.2 kW的交流充電器（圖5），蓄電池使用這種交流充電器不到2 h就能充滿電，在家用電源插座上充電持續時間延長到約7 h。充電功率為24 kW的直流充電器可作為特殊裝備使用，蓄電池通過這種充電器可在25 min內將電量從10%充到約80%。用於充電站充電的部件由現有的模塊來承擔。除了驅動部件之外，電動冷凝劑壓縮機和高電壓PTC加熱器也通過高電壓車載電網供電，兩者提供了夏季和冬季車廂內的空調，而且電動冷凝劑壓縮機還被用於在直流充電過程期間有效地冷卻蓄電池。通過一個直流/直流（DC/DC）變換器為12 V車載電網以及轉向助力泵和回收能量的制動系統中的真空泵供電。
圖5 在充電樁旁充電的A級車
4 行駛程序和運行策略
採用新一代的NTG 6遙控技術使用了一種全新的行駛程序邏輯，其可用於調整電動（Electric）、舒適（Comfort）、經濟（Eco）、運動（Sport）型行駛程序和蓄電池電量，因此駕駛員能根據需求，或者優先使用純電動行駛，而通過組合驅動激發動態行駛性能，或者優先使用內燃機行駛，以便例如節省電動行駛里程。
與Mercedes-Benz公司的第三代混合動力一起開發了利用導航系統行車路線數據的智能驅動管理。在混合動力行駛程序中，按照預置的行駛速度曲線和路線佈局，根據路線變化優化電動行駛、補充充電和換擋策略以及驅動部件的冷卻策略。現在這種預報功能也可用於緊湊型轎車上的插電式混合動力。
同樣，A級車型也可使用環保、節能、最優化（EC）助手，可按照預置的彎道、坡度、環形交通、十字路口和車速限制，提示鬆開加速踏板，從而輔助駕駛員採取經濟的行車方式，並提高在行車路線過程中回收的能量，例如由於行車路線數據帶有節能的減速，ECO助手能為駕駛員提前識別出環形交通或彎道。相反，如未配備ECO助手，則就必須在明顯更短的距離內消除這種速度差，以此會超高最高的回收功率，由此需採用摩擦制動。
ECO助手能在保持機動性的前提下調節能量回收系統，並使車輛減速以最佳地利用能量，而駕駛員無需操控加速踏板也能將回收能量的強度調整到其所期望的行駛性能，通過方向盤旁的控制手柄就能選擇5個回收能量等級，因此所產生的減速就能在車輛緩慢滑行與所謂的單踏板駕駛（one-pedaldriving）。
5 電動行駛的日常適用性
新的A級車型是第一款使用Mercedes-Benz多媒體系統MBUX的車型，MBUX包含眾多連接功能，例如Dienst Mercedes Me Charge（為我的Mercedes愛車充電）（圖6）。這種功能優化了對充電樁的搜索功能，其可提供相應充電方式、預定充電地點以及充電價格等在線信息。MBUX系統的自然通話功能可通過語音“嗨，Mercedes，尋找附近的充電樁”進行搜索，並且在大部分充電樁旁都能借助於MBUX方便地遙控通過Mercedes Me APP移動應用程序或信息系統獲准充電過程和付款。
圖6 尋找充電站和藉助於MBUX情況同步
日常行駛里程的評估通常趨向於短途行駛，而很少進行長途行駛（圖7），因此使用插電式混合動力的有利因素是大多數用戶在日常生活中使用電動行駛，而在長途行駛工況下才使用內燃機，以此就能安裝較小的蓄電池並將其作為純蓄電池電動行駛的車輛，從而減少了資源消耗和蓄電池質量。日常持續的使用電動行駛程序會反饋到加速踏板特性曲線的設計上，其選擇在操縱“自動跳合開關”也就是到踏板行程終了的壓力點時才起動內燃機。
圖7 緊湊型轎車車型日常行駛里程
如果將既非短途駕駛也非長途駕駛的日常行駛里程按照里程長度來排列的話，由此在緊湊型車輛區段中顯示出每天電動行駛里程70 km的天數約為300 天/年。但是，為了推導出電動行駛所佔的份額，必須考慮到充電性能、駕駛員的駕駛方式以及空調等輔助耗電設備。
6 總結
Mercedes-Benz公司用於緊湊型車輛區段的插電式混合動力將持續的機動性與動態行駛性能和舒適性結合起來，並以較高的電功率和較長的電動行駛里程在日常電動行駛適用性方面樹立了標準，而且以混合動力特有的MBUX服務改善了使用的舒適性，例如在搜索合適的可用充電樁或者准許充電和付款等方面。EQ-Power標記綜合了所有這些特性，同時表明其性能已接近Mercedes-Benz公司EQ標記的全電氣化車型。其總體方案具有智能車輛集成功能，並使用了由現有混合動力模塊組成的高電壓驅動部件，這種總體方案允許其在緊湊車型領域應用。
整理：範明強
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