ถนนบนภูเขาและทางลาดชันต่อเนื่องลดข้อดีของระบบไฮบริดหรือไม่?

บนทางชันต่อเนื่อง ข้อได้เปรียบของรถไฮบริดจะลดลง เพราะแบตเตอรี่ไม่สามารถรับภาระในการลำเลียงน้ำหนักรถขึ้นสู่ความสูงหลายเมตรได้ด้วยตัวเองเป็นเวลานาน
บนทางชันต่อเนื่อง ข้อได้เปรียบของรถไฮบริดจะลดลง เพราะแบตเตอรี่ไม่สามารถรับภาระในการลำเลียงน้ำหนักรถขึ้นสู่ความสูงหลายเมตรได้ด้วยตัวเองเป็นเวลานาน

แชร์หน้านี้

ใช่ ถนนขึ้นเขาที่ยาวและไต่ความสูงต่อเนื่องจะทำให้ข้อได้เปรียบด้านการใช้เชื้อเพลิงของรถไฮบริดลดลงอย่างชัดเจน; แต่ในสถานการณ์ส่วนใหญ่ก็ไม่ได้ทำให้หายไปทั้งหมด เหตุผลง่าย ๆ คือ: กำไรของไฮบริดส่วนใหญ่มาจากการกู้คืนพลังงานเบรกในการจราจรแบบหยุด-ขับ และการวิ่งด้วยไฟฟ้าที่ความเร็วต่ำ บนทางชันต่อเนื่อง รถต้องแบกน้ำหนักตัวเองขึ้นไปเป็นเมตร ๆ; มอเตอร์ไฟฟ้าแบกภาระนี้เพียงลำพังได้ไม่นาน แบตเตอรี่หมดเร็ว และเครื่องยนต์เบนซินต้องรับงานส่วนใหญ่

ประเด็นเด่น

  • ในกรณีของ Mazda CX-50 Hybrid ข้อได้เปรียบของไฮบริดในเมืองต่างกัน 56% แต่บนทางด่วนต่างกันเพียง 19%
  • เครื่องยนต์สันดาปภายในสูญเสียกำลังประมาณ 3% ทุกการสูงขึ้น 1.000 ฟุต (~305 ม.) จากระดับน้ำทะเล
  • ในทางลาดยาว การเบรกแบบรีเจนเนอเรทีฟจะคืนพลังงานบางส่วนที่ใช้ไปตอนขาขึ้น; แต่เมื่อแบตเตอรี่ถึงระดับการชาร์จ 80% อัตราการได้กำไรจะลดลง
  • รายงานจากผู้ใช้พบว่าการใช้เชื้อเพลิงบนช่องเขาสามารถตกต่ำกว่าค่าผสมได้หลาย MPG และในบางกรณีอยู่ในช่วง 30–40 MPG เสียด้วย

ทำไมข้อได้เปรียบของไฮบริดจึงชัดเจนในเมืองแต่ลดลงบนทางชัน?

มอเตอร์ไฟฟ้าสามารถขับเคลื่อนรถเพียงลำพังได้ที่ความเร็วต่ำ โดยทั่วไปประมาณถึง 48 กม./ชม. หรือเมื่อความต้องการกำลังต่ำ ความสามารถนี้ทำให้ไฮบริดเหมาะเป็นเลิศในการจราจรในเมืองที่วิ่งไล่ไฟแดงไฟเขียว: การเบรกบ่อยครั้งชาร์จแบตเตอรี่ เครื่องยนต์ปิดอยู่ในช่วงที่มีประสิทธิภาพต่ำที่สุด สถาปัตยกรรมไฮบริดแบบซีรีส์ทำได้ดีเป็นพิเศษในสถานการณ์นี้ เพราะเครื่องยนต์สันดาปภายในถูกตัดออกไปโดยสิ้นเชิงจากเงื่อนไขหยุด-ขับที่มันทำงานได้แย่ที่สุด

บนทางไต่ความสูงต่อเนื่อง สมการจะกลับด้าน รถต้องแบกน้ำหนักตัวเองสู้แรงโน้มถ่วงขึ้นไป นอกเหนือจากการวิ่งบนพื้นราบ; ความต้องการกำลังเกินขีดที่มอเตอร์ไฟฟ้าจะจ่ายได้อย่างต่อเนื่อง แบตเตอรี่หมดเร็ว และระบบเหลือทางออกเดียว: ทำให้เครื่องยนต์เบนซินทำงานที่รอบสูงขึ้น เพื่อจ่ายกำลังทั้งการขับขี่และการชาร์จแบตเตอรี่พร้อมกัน นั่นคือช่วงการทำงานที่ไฮบริดไม่ได้ถูกออกแบบมาเพื่อประหยัดพลังงานอย่างแท้จริง

ส่วนต่างตัวเลขน่าทึ่ง เมื่อวางค่าในเมืองและทางด่วนเคียงกัน จะเห็นได้ว่าการสนับสนุนจากไฟฟ้าถดถอยลงมากเพียงใดที่ความเร็วสูง:

สถานการณ์ข้อได้เปรียบของไฮบริด / การใช้เชื้อเพลิงหมายเหตุ
ในเมือง หยุด-ขับประหยัดกว่า 56%สัดส่วนการสนับสนุนจากไฟฟ้าสูงที่สุด
ทางด่วน ความเร็วคงที่ประหยัดกว่า 19%ส่วนต่างแคบลงอย่างชัดเจน
ช่องเขา (รายงานผู้ใช้)ช่วง 30–40 MPGไต่ความสูงยาว การสนับสนุนจากแบตเตอรี่สั้นช่วง
ช่องเขา (รายงานอื่น)ต่ำกว่าค่าผสมเพียงไม่กี่ MPGสมดุลขาขึ้น-ขาลงค่อนข้างดี

ความต่างในสองแถวสุดท้ายคือแก่นแท้ของเรื่องนี้: ผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับลักษณะของเส้นทาง เนินสั้น ๆ ตามด้วยทางลาดช่วยให้เกิดวงจรการปล่อยและชาร์จแบตเตอรี่; แต่การไต่ความสูงต่อเนื่องจะปล่อยแบตเตอรี่ทางเดียวและทำลายเศรษฐศาสตร์การประหยัด

ทำไมแบตเตอรี่จึงหมดเร็วบนทางไต่ความสูงยาว?

แบตเตอรี่ไฮบริดถูกออกแบบมาสำหรับการเร่งกำลังแบบสั้น ๆ: การสนับสนุนขณะออกตัว การจัดแรงบิดเพิ่มเติมระหว่างการแซง และการเคลื่อนย้ายยานพาหนะด้วยความเร็วต่ำมาก ในการขึ้นทางชันอย่างต่อเนื่อง กำลังที่ต้องการจะสูงกว่าภารกิจสั้น ๆ เหล่านี้มาก และกินเวลาเป็นนาที มีรายงานจากผู้ใช้ว่าในช่วงทางด่วนที่มีการไต่ระดับยาว ๆ ระดับการชาร์จแบตเตอรี่ลดลงอย่างรวดเร็วภายในเวลาเพียงหนึ่งนาที - เป็นเรื่องเล่าจากฟอรัมซึ่งเป็นข้อมูลระดับภาคีเครือข่าย แต่สอดคล้องกันในแง่ฟิสิกส์

เมื่อแบตเตอรี่ต่ำกว่าระดับหนึ่ง ระบบจะเปลี่ยนพฤติกรรม เครื่องยนต์เบนซินไม่เพียงแต่หมุนล้อเท่านั้น แต่จะรักษารอบเครื่องยนต์ให้สูงกว่าระดับการวิ่งสม่ำเสมอเพื่อผลิตกำลังเพิ่มเติม และกำลังส่วนหนึ่งจะถูกส่งกลับไปยังแบตเตอรี่ผ่านเจเนอเรเตอร์ ในบางระบบ โหมดนี้จะดำเนินต่อไปจนกว่าแบตเตอรี่จะถูกชาร์จกลับมาที่ประมาณ %50 เป็นเรื่องปกติที่ผู้ขับขี่จะรับรู้ถึงสิ่งนี้: เสียงเครื่องยนต์จะเด่นชัดขึ้น และการเร่งความเร็วจะช้าลงชั่วคราว ในบันทึกการสังเกตยังพบว่าในทางขึ้นชันต่อเนื่อง คู่หูเครื่องยนต์และ e-CVT อาจให้เสียงและความรู้สึกที่ตึงเครียด

ข้อสรุปในทางปฏิบัติคือ: บนทางชัน ระบบไฮบริดเป็นผู้ช่วยที่สนับสนุนเครื่องยนต์เบนซิน ไม่ใช่เครื่องยนต์ที่รับผิดชอบภาระทั้งหมด ต่างจากรถยนต์ไฟฟ้า แบตเตอรี่ของรถไฮบริดไม่มีโอกาสได้รับการสนับสนุนจากโครงข่ายไฟฟ้าเมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้น - แหล่งเดียวคือเครื่องยนต์เบนซินของตัวเอง

เกิดอะไรขึ้นกับเครื่องยนต์เบนซินเมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้น?

ไม่ผิดที่จะบอกว่าถนนบนภูเขาสร้างความเสียหายให้กับรถไฮบริดในสองจุดที่แตกต่างกัน แรงกระแทกที่สองมาจากชั้นบรรยากาศ ยิ่งสูงขึ้น อากาศยิ่งเบาบาง ปริมาณออกซิเจนที่เข้าสู่กระบอกสูบลดลง และประสิทธิภาพการเผาไหม้ต่ำลง ตามกฎคร่าว ๆ เครื่องยนต์สันดาปภายในจะสูญเสียกำลังประมาณ %3 ในทุก ๆ การไต่ระดับ 1.000 ฟุต (~305 ม.) จากระดับน้ำทะเล ทางขึ้นที่สูง 2,000 เมตร หมายถึงการขาดแคลนที่มีนัยสำคัญสำหรับเครื่องยนต์ในภาพรวมนี้

หน่วยควบคุมเครื่องยนต์สมัยใหม่จะตรวจจับอากาศที่เบาบางและปรับส่วนผสมของเชื้อเพลิงให้เหมาะสม หมายความว่าไม่เกิดความหายนะอย่างสมบูรณ์ในแง่การใช้เชื้อเพลิง อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์ดูดอากาศธรรมชาติจะสูญเสียกำลังมากกว่าเครื่องยนต์เทอร์โบอย่างเห็นได้ชัด เมื่อรวมกับความต้องการกำลังสูงระหว่างการไต่ระดับ ผลลัพธ์คือการบังคับให้สมดุลที่ตึงเครียดอยู่แล้วในระบบไฮบริดต้องทำงานหนักขึ้นอีก: กำลังที่มีอยู่น้อยลง การจัดการรอบเครื่องยนต์ที่รุนแรงขึ้น และเชื้อเพลิงมากขึ้น

ในทางกลับกัน มอเตอร์ไฟฟ้าไม่ได้รับผลกระทบจากปรากฏการณ์นี้ แรงบิดของมันไม่ขึ้นอยู่กับระดับความสูง นี่คือจุดที่สถาปัตยกรรมไฮบริดทำงานได้ดีบนภูเขา - ตราบใดที่ยังมีพลังงานเหลืออยู่ในแบตเตอรี่ มอเตอร์ไฟฟ้าจะชดเชยส่วนที่อากาศเบาบางไม่สามารถทดแทนได้ด้วยแรงบิดของตัวเอง ปัญหาคือ พลังงานนั้นเพียงพอตลอดการไต่ระดับอย่างต่อเนื่องหรือไม่

การสูญเสียการเบรกแบบรีเจเนอเรทีฟชดเชยได้มากเพียงใด?

Batarya %80 şarja ulaştığında rejeneratif frenleme verimi düşer ve iniş enerjisinin fazlası kaçınılmaz olarak mekanik frene gider.

การลงเนินเป็นสถานการณ์ที่มีประสิทธิภาพที่สุดสำหรับการกู้คืนพลังงานของระบบไฮบริด ในการลงเนินระยะยาว การเบรกแบบรีเจเนอเรทีฟสามารถชาร์จแบตเตอรี่ได้ในอัตราที่เร็วกว่ากำลังของเครื่องชาร์จผนัง Level 2 การวัดนี้อ้างอิงจากการทดสอบการลงเนินเพียงครั้งเดียว แต่ให้ความรู้สึกถึงขนาดความสำคัญ ประสบการณ์ของผู้ใช้ในทางขึ้นเนินสั้น ๆ ที่พลังงานที่ใช้ไปตอนขึ้นสามารถกู้คืนได้ตอนลง หรือกล่าวคือวงจรขึ้น-ลงถูกทำให้เป็นกลางได้บางส่วน ก็เป็นการสนับสนุนภาพรวมนี้เช่นกัน

ขอบเขตจำกัดของระบบก็ชัดเจน เมื่อสถานะประจุแบตเตอรี่ถึง 80% อัตราการกู้คืนพลังงานเบรกจะลดลง ในทางลงที่ยาวมาก ระบบจะชนเพดานนี้ และส่วนเกินจะไปที่เบรกกลไก นอกจากนี้ ระดับการคืนพลังงานสูงสุดไม่ได้เป็นตัวเลือกที่ประหยัดที่สุดเสมอไป - การให้มอเตอร์ไฟฟ้าทำหน้าที่เบรกมากขึ้น อาจส่งผลให้เสียพลังงานได้แม้ในบางสถานการณ์ที่ควรจะปรับปรุงการไหลของพลังงาน นั่นคือการชดเชยตอนลงเป็นเรื่องจริง แต่มักไม่ได้คืนพลังงานที่ใช้ไปตอนขึ้นทั้งหมด การสูญเสียประสิทธิภาพในการเก็บพลังงานกลไกเป็นไฟฟ้าและการปล่อยคืนเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้

ในรถปลั๊กอินไฮบริด ภาพรวมจะแตกต่างออกไปเล็กน้อย มีรายงานว่าเนินสั้น ๆ สามารถขึ้นด้วยไฟฟ้าได้ทั้งหมด ในขณะที่ทางลาดยาวด้วยความเร็วมอเตอร์เวย์ ระยะทางไฟฟ้าสามารถเกินการประมาณการได้ โดยใช้ไฟฟ้ามากขึ้น 2-3 ไมล์ ต่อกิโลเมตรกว่าที่วางแผนไว้ นั่นคือแม้แบตเตอรี่จะใหญ่ขึ้น บทตัดสินของการขึ้นต่อเนื่องก็ไม่เปลี่ยน: กำลังสูง การใช้พลังงานเร็ว

ไฮบริดเต็มรูปแบบหรือไฮบริดแบบอนุกรมทนทานกว่าบนทางลาด?

คำตอบที่ตรงไปตรงมาของคำถามนี้คือ การขาดการทดสอบเปรียบเทียบอย่างเป็นอิสระ: ยังไม่มีงานวิจัยเชิงปริมาณที่นำสองสถาปัตยกรรมมาเทียบกันในสถานการณ์การขึ้นต่อเนื่อง อย่างไรก็ตาม มีสิ่งที่อ่านได้จากตรรกะของสถาปัตยกรรมเหล่านี้ ในไฮบริดแบบอนุกรม พลังงานเบรกทั้งหมดจะกลายเป็นพลังงานไฟฟ้า ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบมากในการจราจรแบบหยุด-เคลื่อนที่ที่ต้องเบรกบ่อยครั้ง แต่ในการขึ้นยาว ห่วงโซ่ของไฮบริดอนุกรมจะยาว - กำลังกลไกถูกแปลงเป็นไฟฟ้าก่อน แล้วจึงแปลงกลับเป็นการเคลื่อนที่เชิงกล โดยการแปลงแต่ละครั้งสร้างการสูญเสีย

ระบบอนุกรม-ขนาน (power-split) แสดงความยืดหยุ่นเชิงโครงสร้าง ณ จุดนี้: ทำงานแบบอนุกรมที่ความเร็วต่ำ และแบบขนานที่ความเร็วและภาระสูง โดยเปิดเส้นทางกลไกไว้ได้ การขึ้นต่อเนื่องซึ่งเป็นโหมดภาระสูงโดยตรง ทำให้ความสามารถของการเชื่อมต่อแบบขนานที่ส่งกำลังจากมอเตอร์ไปยังล้อโดยตรงกลายเป็นข้อได้เปรียบในทางปฏิบัติ ส่วนไมลด์ไฮบริดเป็นหมวดหมู่แยกต่างหาก: พวกมันขับเคลื่อนรถด้วยไฟฟ้าเพียงอย่างเดียวไม่ได้ ให้การสนับสนุนเท่านั้น ในโลกจริง พวกมันสามารถให้ประสิทธิภาพเชื้อเพลิงเพิ่มขึ้น 20-25% เมื่อเทียบกับรถที่ไม่ใช่ไฮบริด แต่ผลกำไรนี้ก็ลดลงเหลือน้อยกว่าในเมืองมากเมื่อขึ้นภูเขา

สรุปที่ป้องกันได้มากที่สุดสำหรับการใช้งานที่เน้นภูเขาคือ: ในแง่ของกำลังขึ้น ความแตกต่างอธิบายได้ด้วยขนาดเครื่องยนต์ เทอร์โบชาร์จ และน้ำหนักรวมมากกว่าสถาปัตยกรรม ส่วนในแง่ของการประหยัด โปรไฟล์เส้นทาง - อัตราส่วนระหว่างการขึ้นและการลง - คือตัวชี้ขาด

อัตราการประหยัดที่สมจริงบนเส้นทางที่มีทางลาดเป็นเท่าไร?

การวัดเปอร์เซ็นต์การประหยัดบนถนนภูเขาที่ชัดเจนและอิงตามเส้นทางยังไม่แพร่หลาย ดังนั้นแนวทางที่ตรงไปตรงมาที่สุดคือการอ้างเหตุผลจากมาร์จิ้นที่รู้จักกันดีอยู่แล้ว ข้อได้เปรียบของไฮบริดในเมืองที่ มากกว่า 50% และบนมอเตอร์เวย์ที่ ใกล้เคียง 20% เป็นข้อมูลอ้างอิงที่วัดได้ บนเส้นทางที่ขึ้นต่อเนื่อง ข้อได้เปรียบต้องลดลงต่ำกว่ามาร์จิ้นมอเตอร์เวย์: การสนับสนุนไฟฟ้ามีจำกัด มอเตอร์สูญเสียกำลังตามระดับความสูง และพลังงานที่ใช้ชาร์จแบตเตอรี่ก็มาจากมอเตอร์ของตัวเองอยู่แล้ว เป็นการประเมินที่สมเหตุสมผลว่าในทางปฏิบัติ การประหยัดน้ำมันจะอยู่ในช่วงตัวเลขหลักเดียว กล่าวคือราว 10-20% บนเส้นทางที่มีเนินสูงต่ำเล็กน้อย และลดลงไปอีกในทางขึ้นต่อเนื่อง - โดยผลลัพธ์รายบุคคลจะแปรผันอย่างมากตามความชันของการไต่ลาด ระดับความสูง น้ำหนักบรรทุก และอุณหภูมิอากาศ

รายงานจากผู้ใช้ในระดับฟอรัมก็ยืนยันตรงกัน: ในการเดินทางผ่านช่องเขาบางเส้นทาง พบว่าระยะทางรวมลดลงเพียงไม่กี่ MPG ขณะที่บางคนขับรายงานการใช้พลังงานในช่วง 30-40 MPG ในการไต่ลาดยาว ทั้งสองอย่างนี้ไม่ขัดแย้งกัน; กรณีแรกคือเส้นทางลาดลงที่รักษาสมดุลไว้ ส่วนกรณีที่สองคือการไต่ลาดต่อเนื่อง ค่าที่ระบุบนฉลากไม่ตรงกับโลกจริงเสมอไปนั้นเป็นความจริงที่รู้กันอยู่แล้ว; บนภูเขาความต่างนี้ยิ่งเห็นได้ชัดขึ้นไปอีก

แต่ก็มีอีกด้านหนึ่ง: พื้นที่มีเนินสูงต่ำยังเปิดโอกาสให้กับรถไฮบริดด้วย แบตเตอรี่ที่ชาร์จระหว่างลงทางลาดชัน จะกลับมาเป็นแรงบิดเพิ่มเติมในทางราบชันถัดไป และการจัดการพลังงานอัจฉริยะจะสมดุลการใช้เชื้อเพลิงโดยไม่เสียสละประสิทธิภาพ โดยสรุป ไฮบริดบนภูเขาจะไม่ใช่เครื่องจักรประหยัดน้ำมันอีกต่อไป แต่บนเส้นทางภูเขาที่มีโปรไฟล์สมดุล มันยังคงประหยัดกว่ารถเบนซินที่เทียบเคียงได้ สิ่งที่หายไปอย่างสิ้นเชิงคือความได้เปรียบที่น่าทึ่งระดับ 50% ในเมืองนั่นเอง

ผู้ใช้ไฮบริดบนเส้นทางภูเขาควรทำอย่างไร?

  • วางแผนโดยลดครึ่งหนึ่งของการประหยัดที่สัญญาไว้ จนกว่าจะเห็นโปรไฟล์เส้นทาง; บนเส้นทางที่มีการไต่ลาดต่อเนื่อง ความต่างระดับหลักเดียวถือเป็นเรื่องปกติ
  • การพยายามชาร์จแบตเตอรี่ให้เกินระดับก่อนลาดยาวนั้นไม่มีประโยชน์; เมื่อระบบใกล้ระดับความจุ 80% มันจะลดอัตราการเก็บพลังงานลงเอง
  • เสียงมอเตอร์ดังขึ้นระหว่างการไต่ลาดไม่ใช่ความผิดปกติ แต่เป็นโหมดชาร์จแบตเตอรี่; เมื่อระบบไปถึงระดับความจุเป้าหมายแล้วจะกลับสู่สภาวะปกติ
  • ในระดับความสูง รุ่นที่ใช้มอเตอร์ดูดอากาศธรรมชาติจะรู้สึกถึงกำลังที่ขาดหายไปมากขึ้น; รุ่นเทอร์โบชาร์จหรือที่มีมอเตอร์ไฟฟ้าที่แรงกว่าจะสบายกว่าบนทางราบชัน
  • อากาศภูเขาที่เย็นจัดเพิ่มความท้าทายให้ไฮบริด; แบตเตอรี่ให้การสนับสนุนน้อยลงเมื่ออากาศเย็นและประสิทธิภาพลดลง

สรุป: ทางชันต่อเนื่องลดข้อได้เปรียบของไฮบริดลง แต่ไม่ใช่เป็นศูนย์ ในทันทีที่มอเตอร์ไฟฟ้าไม่เพียงพอต่อการรับน้ำหนักทั้งหมด มอเตอร์เบนซินจะเข้ามาทำงาน ระดับความสูงเพิ่มภาระให้มอเตอร์ และการประหยัดจะตกต่ำกว่าตัวเลขในเมืองมาก อย่างไรก็ตาม บนเส้นทางภูเขาที่สมดุลระหว่างการขึ้น-ลง ไฮบริดยังคงวิ่งได้ประหยัดกว่ารถเบนซินเทียบเคียง - เพียงแต่อย่าไปโอ้อวดความต่างให้ใคร คิดว่าอยู่แถวๆ ระดับมาร์จิ้นของการวิ่งทางด่วนเป็นอย่างดีที่สุด

แหล่งอ้างอิง