混合動力巔峰對決2016年勒芒賽車簡析

[XCAR 科技原創]

代表當今混合動力巔峰技術的車型是哪款？相信不少車迷朋友都會在保時捷918、麥拿輪P1、法拉利LaFerrari這三款神車當中搖擺不定。它們是目前民用跑車當中的最強者，也是很多人的終極夢想。但是說到混合動力的巔峰，即使是神車，在WEC三巨頭保時捷919 Hybrid、奧迪R18 e-tron quattro、豐田TS050面前，也要甘拜下風。

什麼是WEC？

WEC即World Endurance Championship，世界耐力錦標賽。WEC是FIA（國際汽聯）繼F1、WRC、WTCC之後推出的第四項世界級別賽事。和F1這種衝刺賽不同，WEC比的是在規定時間內行駛的距離，對賽車的可靠性有相當高的要求。WEC 2016賽季的比賽包括了8場6小時耐力賽和一場24小時耐力賽，其中這場24小時耐力賽就是著名的勒芒24小時耐力賽。

WEC分為LMP1、LMP2、LMGTE Pro、LMGTE Am四個組別，其中LMP1（Le Mans Prototype ，原型車組）代表了該項賽事的最高水平。WEC的參賽車隊分為廠隊和私人車隊，廠隊無疑又有著更高的水平。現在LMP1組別有4支廠隊參加，分別是奧迪、豐田、保時捷，以及日產。

奧迪是WEC賽事上最成功的車隊之一，13座勒芒24小時耐力賽冠軍獎杯說明了一切。豐田雖然沒有贏得過勒芒的冠軍，但在2014年拿到了WEC賽季車手和車隊雙料總冠軍。保時捷在勒芒曾有過輝煌的戰績，在上世紀70~90年代拿下了16個冠軍，2014年保時捷廠隊回歸WEC LMP1組，並在第二年就包攬了了勒芒24小時耐力賽冠軍、WEC賽季車手總冠軍、WEC賽季車隊總冠軍。日產在WEC上的歷史成績一般，2015年重返WEC的日產帶來了前驅的GT-R LM Nismo，不過這輛車暫時不具備競爭力。

2016年的新趨勢：小排量渦輪增壓、8MJ混動系統、鋰電池

在2015年，保時捷車隊是最大的贏家。相比競爭對手，保時捷的冠軍賽車919 Hybrid的特點是採用小排量渦輪發動機、8MJ的混動系統，以鋰電池作為儲能設備。而這些特點也被競爭對手學習，成為了2016年WEC LMP1組賽車的新趨勢。

小排量渦輪增壓發動機

在2015年，豐田TS040的發動機是一台3.7L V8自然吸氣發動機，奧迪R18 e-tron搭載的是一台4.0L V6 TDI渦輪增壓柴油發動機。保時捷919 Hybrid的排量則只有競爭對手的一半，它搭載的是一台2.0L V4雙渦輪增壓發動機。

以小博大的保時捷笑到了最後，它的理念也給了豐田啟發。在新車TS050上，豐田換用了一台2.4L V6雙渦輪增壓發動機。

對此，豐田車隊的經理Pascal Vasselon表示，豐田完全可以造出一台即省油又有競爭力的自然吸氣，但問題是它的最優區間很窄，當環境（溫度和海拔等因素）發生變化時，它就沒那麼強勁了。渦輪增壓發動機就要好很多，能夠在更廣泛的工作區間裡獲得理想的動力和燃效。所以把自然吸氣發動機換成小排量渦輪增壓發動機的最大好處就是更大的工作區間。

新趨勢：更強的混動系統、鋰電池

8MJ混動系統

LMP1組又分為LMP1-H和LMP1-L兩個組，前者用的是混合動力系統，現在廠隊的賽車都屬於LMP1-H組。

混動系統如何發揮作用？在入彎前，賽車減速回收能量，出彎時，電機全力輸出，幫助賽車盡快提速。所以，在LMP1賽車的混動系統中，電機都相當強勁，比如在2016款919 Hybrid上，發動機的最大功率為500Ps，電機的最大功率也達到了400Ps。電機功率這麼大，當然工作的時間越長越好，這就需要回收的能量盡可能多。

LMP1-H的混動系統又分為4個級別，分別是2MJ、4MJ、6MJ、8MJ，代表了每一圈所能回收的能量的上限，8MJ即8兆焦，相當於2.2kWh。但是在919 Hybrid面世之前，並沒有哪款車採用8MJ的混動系統。

這是因為，勒芒賽道一圈是13.629km，WEC其它站的賽道還要短一些。在這麼短的距離內，要回收2.2kWh的能量，並不容易。而8MJ系統的體積和重量都會比4MJ、6MJ系統要大一些，如果回收不到足夠的能量，反而會令速度有所損失。

保時捷是如何做到的呢？除了常見的製動能量回收裝置（MGU-K），還有一套渦輪能量回收裝置（MGU-H）。在一般車輛上，當渦輪增壓器壓力過大時，就會打開旁通閥，這一部分氣體的能量就浪費了。MGU-H是在渦輪軸上接上了一台電機，渦輪壓力過大時，渦輪會帶動電機發電，在渦輪轉速不足時，電機又可帶動渦輪轉動。

MGU-H的加入讓能量回收的效率大幅提高，也讓8MJ混動系統變得實用起來。豐田今年的新車TS050升級為了8MJ級別的混動系統，不過TS050並沒有搭載渦輪能量回收裝置（MGU-H），因為豐田的設計是在前後軸各搭載1套制動能量回收裝置（MGU-K ），而賽會規定一台車上最多能裝2套能量回收裝置。通過優化效率，TS050也能夠在一圈之內回收8MJ的能量。

儲能設備：鋰電池

在2016年，奧迪從4MJ升級到6MJ，豐田從6MJ升級到8MJ，都對儲能設備提出了更高的要求。在此之前，奧迪採用的是飛輪電池，豐田採用的則是超級電容電池，而在新車上，它們不約而同地把儲能設備換為鋰離子電池。

飛輪電池不同於傳統的化學電池，它是一種物理電池。飛輪電池的基本構成是電機和飛輪。在充電時，在外電源的驅動下，電機帶動飛輪高速旋轉，飛輪以告訴旋轉的形式儲存能量；放電時，電機則以發電機狀態運轉，在飛輪的帶動下對外輸出電能，完成機械能動能到電能的轉換。

飛輪的轉速可以高達60000r/min，所以飛輪電池對材料和製造工藝要求很高。飛輪一般由碳纖維材料製造，配合磁懸浮軸承，在真空環境中運轉。飛輪電池的能量密度大，能量轉換效率高。不過，升級到6MJ系統後，飛輪電池在車內狹小的空間內不好布置，相信這是奧迪轉投鋰電池的一個主要原因。

超級電容電池同樣不屬於傳統的化學電池，是一種介於傳統電容器與電池之間、具有特殊性能的電源。它的優點是功率密度大，充放電都非常迅速，這一特點讓超級電容電池非常適合用在能量回收系統裡。

但是，目前最好的超級電容的能量密度只有鋰離子電池30%左右，同樣的電量，超級電容電池的體積是鋰電池的三倍多。電池容量小的話，問題不大，當時達到8MJ的級別之後，電池組的體積就會影響到車輛的整體布置了。所以，超級電容電池被豐田所拋棄也就不奇怪了。

飛輪電池和超級電容電池都有其優點，但它們的發展沒有鋰電池成熟。鋰電池作為目前在汽車動力電池領域應用最廣的一種電池，綜合性能還是值得肯定的。

編輯點評：賽車技術雖然和普通消費者關係不大，但賽車極大地推動了各種技術的發展，從而讓民用車從中獲益。相信用不了多久，我們就能在市售車型上看到渦輪能量回收裝置和新一代的電池。