Когда гибридный автомобиль едет на электричестве, а когда работает на бензине?

Мозг принадлежит не водителю, а системе управления энергией: она принимает решение между электричеством и бензином, ориентируясь на мгновенную потребность в мощности и состояние батареи.
Мозг принадлежит не водителю, а системе управления энергией: она принимает решение между электричеством и бензином, ориентируясь на мгновенную потребность в мощности и состояние батареи.

Поделиться этой страницей

Гибридный автомобиль работает на электротяге при трогании, на низкой скорости и при торможении; на высокой скорости, при разгоне и на подъёме - на бензиновом двигателе. Команды для этих переключений отдаёт не водитель, а система управления энергией - мозг автомобиля: в момент принятия решения она оценивает потребность в мощности, уровень заряда батареи и её температуру. В любых условиях система выбирает двигатель, обеспечивающий максимальную экономию топлива.

Главное

  • Режим EV в большинстве полных гибридов обеспечивает движение на электротяге примерно до скорости 40 км/ч ; порог не является фиксированным, его определяют потребность в мощности и состояние батареи.
  • Обычные гибриды в среднем на 40% экономичнее бензиновых автомобилей по расходу топлива.
  • Большинство подключаемых гибридов имеют запас хода на чистой электротяге 32–80 км ; когда батарея разряжается, они работают как обычный гибрид.
  • Постоянная температура батареи выше 25 °C может удвоить скорость деградации; холодная погода временно снижает ёмкость.
  • Раннее и плавное торможение позволяет рекуперативным торможением собрать больше энергии и продлить время работы режима EV.

Мозг, принимающий решение о переключении: как работает система управления энергией

Fren yaparken kaybettiğiniz enerji hibrit sistemde kaybolmaz; sistem onu toplayıp bataryaya geri yükler.

В гибридном автомобиле два двигателя: двигатель внутреннего сгорания и один или несколько электромоторов. Система управления энергией - это программное обеспечение, которое управляет ими одновременно и решает, в какие моменты и сколько мощности брать от каждого из них. Каждую миллисекунду система рассчитывает несколько входных параметров: требуемый на колёсах крутящий момент, текущую скорость, положение педали газа, уровень заряда батареи и её температуру. Выход простой: откуда взять мощность.

Логическая цепочка выстраивается следующим образом. Электромотор выдаёт свой крутящий момент мгновенно на низких оборотах, поэтому идеален для трогания и низких скоростей. Двигатель внутреннего сгорания достигает большей части своей мощности только на высоких оборотах, и именно там он эффективен. Система удовлетворяет запросы на малую мощность электротягой, на большую - бензиновым двигателем, а в каждой промежуточной точке ищет комбинацию с максимальной эффективностью.

Конструкция зависит от архитектуры. В параллельных гибридах - это самая распространённая схема - двигатель и электромотор связаны с колёсами механическим соединением; оба могут приводить колёса вместе или по отдельности. В последовательных гибридах колёса вращает только электромотор; бензиновый двигатель фактически приводит в действие генератор. Такая конструкция чаще встречается у подключаемых гибридов. Большинство же полных гибридов работают по последовательно-параллельной схеме: они непрерывно и ступенчато распределяют мощность между двумя источниками, и водитель воспринимает эти переключения не как отдельные моменты, а как плавную передачу.

Типы гибридов применяют одну и ту же логику в разном масштабе

ТипДвижение на электротягеЗарядкаВклад в экономию топлива
Мягкий гибридНет, только assists; может глушить двигатель при остановкахРекуперация и бензиновый двигательНизкий
Полный гибрид (HEV)Да, на короткие расстояния и на низкой скоростиРекуперация и бензиновый двигатель, без подключения к розеткеВысокий
Подключаемый гибрид (PHEV)Да, обычно с запасом хода 32–80 кмРозетка + рекуперацияОчень высокий при зарядке, на уровне обычного гибрида при разряженной батарее

Важно помнить: мягкий гибрид сам по себе не может привести автомобиль в движение; в нём нет вопроса "электричество или бензин" - бензиновый двигатель работает всегда, а электричество лишь помогает. Настоящая логика переключения реализована в полных гибридах и PHEV.

При трогании, на подъёме, на трассе: в какие моменты система переходит на какой двигатель?

Самый простой способ понять логику - разделить повседневную езду на этапы и отслеживать решение системы на каждом из них.

Трогание и низкая скорость: царство электромотора

В режиме "старт-стоп", при парковочных манёврах и движении по двору система чаще всего полагается только на электромотор. Если батарея заряжена, а требуемая мощность умеренна, автомобиль бесшумно катится; бензиновый двигатель либо выключен, либо не работает на холостом ходу - ведь гибрид может предотвращать работу двигателя на холостом ходу при остановке автомобиля. Это одна из главных статей экономии расхода топлива в городе.

В полных гибридах режим EV - это именно название такого режима: система берёт энергию только от батареи. Обычно он предназначен для коротких поездок на низкой скорости, и в большинстве систем типа Toyota работает примерно до 40 км/ч (25 миль/ч). Эта граница - не жёсткий запрет; если резко нажать на газ, система видит запрос, превышающий максимальную мощность, которую может отдать батарея, и подключает бензиновый двигатель.

Резкое ускорение и подъём: момент, когда бензиновый двигатель берёт на себя работу

Быстрое ускорение и подъём в гору доводят потребность в мощности до уровня, который батарея в одиночку обеспечить не может. Здесь система запускает двигатель внутреннего сгорания; в этот момент - то, что мы называем отложенным перезапуском - бензиновый двигатель сначала присоединяется к электромотору, а когда скорость растёт и устанавливается на крейсерской, он берёт работу на себя в одиночку. Водитель обычно замечает это по лёгкой вибрации и по схеме потоков мощности на панели приборов: стрелка мгновенно переключается с батареи на двигатель.

Инженерная логика здесь такова: заставить бензиновый двигатель работать в самом эффективном диапазоне оборотов и под нагрузкой. Электромотор заполняет пробел в момент перехода, благодаря чему бензиновый двигатель никогда не мучается в неэффективной зоне малой нагрузки.

Движение по трассе: зона наибольшего комфорта бензинового двигателя

На постоянной трассовой скорости двигатель внутреннего сгорания уже находится в своей эффективной зоне; система в основном опирается на бензиновый двигатель и держит электромотор в reserve на случай необходимости. Главное преимущество гибрида - не здесь: он наиболее эффективен в режиме "старт-стоп" в пробках, а при постоянной трассовой скорости разница в экономии топлива заметно снижается. Именно поэтому распространён вопрос "Переходят ли гибриды на бензин выше 80 км/ч?" - но скорость переключения не постоянна. Порог зависит не от скорости, а от мгновенного запроса мощности и состояния батареи; некоторые гибриды переходят на бензин уже на гораздо более низких скоростях.

Торможение и спуск: фаза зарядки

При нажатии на тормоз электромотор работает как генератор и возвращает кинетическую энергию, которая иначе была бы потеряна при торможении, обратно в батарею; это называется рекуперативным торможением. Тот же механизм работает и на спусках: у некоторых автомобилей положение "B" селектора усиливает рекуперативное торможение. При городской езде каждая остановка - это, по сути, небольшой процесс зарядки, и эта зарядка делает возможным следующий старт на электротяге. Гибрид не заряжается от розетки; свою батарею он пополняет исключительно за счёт такого рекуперирования и бензинового двигателя.

Как уровень заряда батареи и температура меняют переключения?

В таблице решений системы управления энергией две переменные определяют почти всё: сколько энергии осталось в батарее и какова её температура.

Когда уровень заряда снижается, система становится консервативной: режим EV укорачивается, бензиновый двигатель включается раньше и чаще, а иногда он может даже вырабатывать дополнительную мощность для зарядки батареи во время работы. У PHEV эта картина видна наиболее наглядно: когда энергия батареи иссякает, вступает в работу двигатель внутреннего сгорания, и автомобиль ведёт себя как обычный гибрид, пока его не подключат к розетке. В этом заключается практическая проблема владельцев PHEV - решать, какой из двух источников использовать в тот или иной момент оптимальным образом, - это задача стратегии управления энергией, и производители рассматривают эту оптимизацию как непрерывно совершенствуемую задачу управления.

Температура же влияет в двух направлениях. На холоде ёмкость батареи падает, внутреннее сопротивление растёт; система ограничивает отдачу и приём энергии, и в итоге гибрид зимой потребляет больше бензина. Это ограничение временно и не повреждает батарею безвозвратно - бортовой компьютер защищает батарею, когда она холодная. Прогревшаяся батарея возвращается к норме. При сильной жаре действует обратный сценарий: когда температура батареи повышается, система может снизить скорость зарядки, чтобы предотвратить перегрев. Постоянная 25 °C работа выше этой отметки может удвоить скорость деградации батареи; летом длительные поездки с высоким теплонакоплением сокращают срок службы батареи, поскольку между ними недостаточно охлаждения. Короткие поездки и периоды отдыха защищают батарею. Вывод: даже на одном и том же маршруте поведение переключений меняется в зависимости от сезона; зимним утром режим EV длится меньше, чем летним днём.

Может ли водитель управлять переключениями с выгодой для расхода топлива? Примеры сценариев

Вы не можете изменить решение системы, но можете влиять на её входные данные. Держать батарею максимально заряженной и смягчать запросы мощности - вот достаточно ёмкое резюме; на практике это соответствует следующим сценариям.

  1. Городские остановки и трогания: Читайте светофоры издалека и замедляйтесь, катясь накатом. Раннее и плавное торможение собирает больше энергии, чем резкая остановка, и продлевает время работы в режиме EV. Когда это безопасно, сбрасывайте скорость ещё до торможения; на спусках, если есть, используйте режим "B".
  2. Разгон: Нажимайте на педаль газа не резко, а ступенчато. При резком ускорении батарея запрашивает мощность сверх линии ECO, и бензиновый двигатель немедленно подключается; плавный запрос позволяет тронуться на электротяге.
  3. Автомагистраль: По возможности используйте постоянную скорость; переменная скорость означает постоянное переключение между бензином и электричеством. Распространённая практика среди пользователей PHEV - на трассе достигнуть крейсерской скорости в режиме EV, а затем перейти в гибридный режим - некоторые водители сообщают, что это самая эффективная комбинация, однако общий совет состоит в том, чтобы не принуждать режим EV отдельной кнопкой, а оставить всё естественной гибридной логике.
  4. Длинный спуск: Вместо нажатия на педаль тормоза катитесь накатом; рекуперация заряжает батарею на протяжении всего спуска и позволяет вам на перекрёстке в конце спуска остановиться на электротяге.

Общий принцип таков: каждое плавное торможение и каждый накат покупают следующий электрический километр. Батарею заряжает не бензиновый двигатель, а по большей части кинетическая энергия, которую вы гасите торможением.

Часто задаваемые вопросы

Почему гибрид на старте использует электричество, а на трассе - бензин?

Потому что каждый двигатель эффективен в своём диапазоне. Электромотор мгновенно выдаёт крутящий момент и эффективен на низких оборотах; двигатель внутреннего сгорания же достигает большей части своей мощности лишь на высоких скоростях и оборотах. Система использует каждый двигатель там, где он наиболее эффективен; это даёт лучшую экономичность с меньшим бензиновым двигателем по сравнению с одним двигателем.

Для чего нужна кнопка режима EV?

Если она есть, она обеспечивает движение только на электротяге; она рассчитана на низкую скорость и короткие дистанции. Типичный предел в большинстве систем - около 40 км/ч, и режим работает, если батарея заряжена достаточно. Он идеален для манёвров на парковке и тихой езды с низкими выбросами.

Когда в PHEV включается бензиновый двигатель?

Обычно когда энергия батареи исчерпана; с этого момента автомобиль работает как обычный гибрид, пока не будет подключён к розетке. Некоторые PHEV также могут работать постоянно в смешанном бензиново-электрическом режиме. Существуют модели с суммарным запасом хода в гибридном режиме более 960 км.

Заключение: Оставьте Решение Системе, а Входные Данные - Себе

Переключение гибрида между электричеством и бензином - не головоломка, которую водитель должен разгадывать, а задача управления, работающая на измеримых входных данных: при росте потребности в мощности - бензиновый двигатель, при её снижении - электричество; при разряде или остывании батареи - бензин, при торможении и спуске - набор электричества. Доля водителя - правильно направлять эти входные данные: плавный газ, раннее торможение, приближение накатом. Всё остальное система рассчитывает так, чтобы в любых условиях максимально повысить экономию топлива.

Источники